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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

《星际穿越》中的黑洞形象被称为有史以来对黑洞面貌描述最准确的模型。这个模型是 30 个人、数千台计算机工作一年的成果   　　虫洞  　　虫洞已经成为一切星际穿越题材的电影中最必不可少的装置，这不仅是因为在理论上虫洞自身奇异的特性，也是由浩瀚的宇宙自身所决定的。人类目前的活动范围仍然被限制在太阳系以内，一方面是受到自身科学技术水平的限制，另外也要受到狭义相对论的限制。爱因斯坦的狭义相对论规定，光速是宇宙中最快的速度(大约为每秒钟30万公里)，人类驾驶宇宙飞船，无论使用何种动力手段(包括核动力)，都很难接近光速。太阳只是银河系中的一颗中等恒星，而人类所居住的太阳系本身是太阳的1000倍，光穿过整个太阳系都需要11个小时，而即使是以光速到达距离太阳最近的恒星，比邻星(Proxima Centauri)也需要4.22年，以人类目前的科技水平，甚至是在可预见的未来，都绝无可能到达(在电影中，库珀利用火箭从地球出发，到达土星都花费了两年时间)。太阳和比邻星，不过是银河系中的沧海一粟而已，银河系也只是浩瀚宇宙中的沧海一粟。那么人类想要进行星际旅行，唯一的可能就是借助虫洞进行穿越。 　　索恩与虫洞的渊源颇深。实际上“虫洞”这个名字就来自于索恩的博士生导师、著名的理论物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)。惠勒受到穿透了苹果表面的虫洞启发，给这种仅存于理论中的现象命名。而早在此之前，理论物理学家们就已经意识到了虫洞存在的可能性，这也源于爱因斯坦。爱因斯坦在1915年发表了描述宇宙中质量(能量)、引力以及时空之间如何相互影响的广义相对论，随后很快有人得到了广义相对论方程的一个解，这代表了一种可能性：存在着一种连接宇宙中两个遥远时空的“桥”，这种可能性在十几年之后又被爱因斯坦和他的助手罗森发现，因此这种理论中的宇宙桥被命名为“爱因斯坦－罗森桥”(Einstein-Rosen Bridge)，也就是俗称的虫洞。 　　虫洞仅能够存在于理论中，原因就在于索恩证明，它即使存在，也会极不稳定，这种奇异的天体诞生—膨胀—收缩—死亡的速度极快，更有可能是在微观尺度下的量子泡沫中随机的产生和消失，远小于原子尺度，因此完全不可能让人类进行宇宙间的穿越旅行。而且，要形成一个在理论上稳定的虫洞，需要大量有负能量的“奇异物质”，这在理论上也无法做到。 　　即使是在理论上可以实现，在宇宙中也很难“自然”形成一个稳定的虫洞，原因就在于人类目前观测不到任何有可能形成虫洞的天体。《星际穿越》中出现的其他天体，比如恒星、行星、黑洞、中子星等，人们都早已通过天文学观测得到了证实，但是人类在宇宙中找不到任何天体存在着任何可能演变为虫洞，而宇宙大爆炸过程中“自然”产生出虫洞的机会也是微乎其微。 　　尽管如此，要实现星际穿越、探索宇宙中各种奇异的天体、挽救地球，一个可以穿越折叠空间的虫洞仍然必不可少，否则人类连冲出太阳系都不大可能。索恩假设可以出现稳定的虫洞供人类进行宇宙穿越，同时这个巨大的虫洞就被放置在太阳系内，这如同在一个失火的房子窗口恰好出现了一个安全梯，如此体贴，不可能是一个巧合。那么，在电影中解释，只可能是一种更为高级的生命把虫洞放在那里，专门为了解救人类。索恩通过计算，设置了土星附近虫洞的大小：直径大约是1公里，长度则只有几十米，飞船穿越，应该是一晃而过。但是诺兰为了电影效果，还是将拍摄成虫洞漫长且内部充满了奇异的闪光，犹如是驾车驶过一个黑暗的隧道，这其实也是很多人对于穿越虫洞场景的想象。

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