【 第1页 第2页 第3页 第4页 第5页 第6页 第7页 】

时空之谜:《星际穿越》中的科学与幻想

http://www.CRNTT.com   2014-12-11 12:09:19

库珀跳入黑洞中之后，他与黑洞之外的一切联系在视界处被完全切断，但是他与同样跳入黑洞的机器人TARS之间的联系却与在黑洞外面时没有什么区别。因为卡冈图雅是一个极大的黑洞(半径与地球环绕太阳运转的轨道半径接近)，所以当他们跳过黑洞的视界时并没有任何特殊的感受，也没有因为黑洞的潮汐力而被迅速撕裂。与此同时，库珀和TARS获得了融合广义相对论和量子力学的最佳条件，他们终于可以活着在黑洞中采集数据，虽然这些数据注定不能被发送出去，这其中也有着一种“朝闻道，夕可死矣”的毅然决绝。 　　量子力学和广义相对论都诞生于20世纪初，经过了100年的发展，这两个学科已经成为当代物理学的两个支柱。量子力学主要是描述在极小的微观领域内物质的运动规律，而广义相对论则是描述在极大尺度，或是物质密度极高的条件下，物质和时空的相互作用规则。在20世纪中期，物理学家们就已经意识到了，广义相对论和量子力学彼此间不能相互协调。这两种理论所主宰的领域并不相同，但是试图把它们融合在一起，形成一个大统一理论的尝试至今为止全都失败了。当今物理学的“圣杯”，所有当代物理学家的最终追求，就是获得一种融合了这两种理论的“量子引力理论”。如何才能获得这种理论？物理学家们认为，在这两种理论同时起作用的领域内进行真正的观测，获得数据，就有可能得到启发。 　　库珀和TARS纵身一跃，终于获得了这种物理学家们梦寐以求的机会，而TARS也抓住机会，迅速获得了观测数据，这是融合两种理论、建立完整的量子引力理论的关键。而就当库珀做好牺牲的准备时，他和TARS一起进入了一个“超立方体”，在这个高级生命为了拯救他们而特地放置在黑洞中的超立方体中，时间维度对库珀打开了。 　　人们生活在三维空间中，而后相对论结合了时空，把时间变成了一个特殊的维度。人们在空间中可以自由游走，而时间维度的特殊之处在于，根据狭义相对论，尽管在不同情况下可能彼此前进的速度不同，人们在时间维度中都只能前进而无法后退，也就是说，人们无法“回到过去”。但是，空间除了前后、上下、左右三个维度外，还有没有其他维度？此前物理学家们并不相信，认为更高的维度只能是数学游戏而已。在1984年，两位物理学家迈克尔·格林(Michael Green)和约翰·施瓦茨(John Schwarz)在进行量子引力理论研究时发现，在更高的维度数中，量子力学和广义相对论有可能相互融合，这个理论发现开启了一个如今在理论物理学领域炙手可热的研究领域——弦论。在弦论中，除了一个时间维度外，空间实际上存在有9个维度，人们只能感觉到其中的3个维度，而另外6个维度在卷曲起来中，使引力不至于发散得过快，以至于无法形成星系。从此以后，对于更高维度空间的研究不再是数学游戏，而是成为严肃的物理学探索。在电影中，出于视觉效果的考虑，导演并没有展现出多余的6个维度，而只是展现了多出的一个维度，在这个维度中，时间维度也展开了，库珀看到了自己和女儿的过去。原来，以前发给自己信息的人就是他自己。 　　回到过去，在电影中使时间旅行成为可能，这将使电影陷入到一个循环的悖论中，也是物理学定律所不允许的。为了解决这个难题，诺兰导演做出了设定：在超立方体中，如果黑洞的视界一样，光只能单方向传播过来，过去的自己则看不到超立方体中的一切。另外，一切的粒子、相互作用、场等物理学实在也无法相互传播，这在极大程度上限制了时间旅行的可能。那么，库珀如何把他收到的在黑洞内部的观测数据传送给他已经成为物理学家的女儿，进而解救人类？他只能利用唯一可以从超立方体向过去传播的力，引力。 　　库珀收到了同在超立方体内的TARS传来的量子引力数据，希望把它传给自己的女儿。但是他发现，他在时间维度上，无法与过去的自己相互联系，他只能单方向收到来自过去的信息，他的女儿却听不到自己的叫喊。但是他马上意识到，引力可以穿过各个维度，进行时间旅行，正因为如此，他用力地反覆敲击他女儿房间的书架，产生的引力场使书架上的一些书掉落在地上，这正是他女儿长久以来追寻的“鬼”。也就是说，他可以通过引力作用与他的女儿进行联系。他在收到机器人TARS传来的数据后，掌握了如何利用重力与另一个世界联系，进行时间旅行的方法。他敲击表针，利用摩斯代码与女儿联系，终于把在黑洞里取得的量子引力信息传送出去，解决了难题。

【 第1页 第2页 第3页 第4页 第5页 第6页 第7页 】