《星际穿越》中的科学：虫洞像个迪斯科灯吗_科普知识_中国百科网
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《星际穿越》中的科学：虫洞像个迪斯科灯吗
    《星际穿越》宣传海报《星际穿越》宣传海报新浪科技讯 北京时间11月7日消息，据国外媒体报道，克里斯托弗?诺兰的最新科幻大片《星际穿越》由于其中涉及黑洞以及行星探索方面的内容所具有的科学专业性而受到赞誉。这部电影的情节讲述的是一个濒临毁灭的地球。绝望中的人类派出他们最后一批宇航员，试图通过穿越时空中的隧道(虫洞)，找到一个适合生命生存的新的家园。这部影片的导演克里斯托弗?诺兰可谓大名鼎鼎，他是经典大片《蝙蝠侠：黑暗骑士崛起》，以及《盗梦空间》的导演。但更加令人瞩目的是，这部影片甚至还邀请到了加州理工理论物理学家基普?索恩(kip thorne)作为影片的执行制作人和科学顾问。他曾经为著名美国天文学家卡尔?萨根的《超时空接触》一书首次提出了“虫洞”的概念。索恩还专门为这部影片撰写了一部配套的书，叫做《星际穿越中的科学》，该书将跟随影片上映同步发售。甚至由于在本片制作过程中涉及的一些宇宙尺度特效的计算，索恩还准备基于这些计算发表几篇科学论文。索恩在谈论影片的幕后制作时表示：“在此前的任何好莱坞影片中都还从未有如此真实展现虫洞以及黑洞的场景。这是首次基于爱因斯坦广义相对论原理进行场景的构建。”然而美国弗吉尼亚州国家航天研究所的斯特恩?奥登瓦尔德(sten odenwald)认为索恩对于虫洞的观点可能与实际情况仍然存在距离。他表示：“我不认同他有关虫洞可能像是一个迪斯科灯的最新观点。”但不管真实的虫洞看上去是否像是一个迪斯科灯，星际穿越这部影片的确提供了一个视角，让我们思考人类在太空中长期航行的问题，甚至是为我们第一次去思考这一问题提供了很好的理由。就在上周，维珍银河公司的“太空船2号”坠毁造成一死一伤的惨剧。在这样的时刻思考这样的问题就显得愈发有一种不同的意义。我们是否值得用大量的金钱甚至是生命的投入，去换取让游客们能够去太空“到此一游”？在这场辩论中你将看到支持者与反对者之间激烈的争议。西斯?肖斯塔克(seth shostak)是总部位于加州的“搜寻地外智慧生命”(seti)研究所的高级科学家，他是商业航天的支持者之一。以下便是他在邮件中对这一问题的回答：他写道：“历史的经验告诉我们，从长远来看，探索可能是我们所能做的一切中最能引起思想变化和社会变革的行为。如果没有哥伦布这样的探索者，我们中的大多数人可能都还是农奴。”从太阳系开始如果地球上的一切真的变得极其糟糕，我们是否的确像《星际穿越》中描述的那样需要一个虫洞？西斯?肖斯塔克对此的观点是否定的。他说：“对于地球上所发生的危机，正确的应对方式应当是向我们太阳系内的其他星球进发。当然火星是首选，但或许也可以是小行星。但主要的形式应该还是在太空运行的空间站。”奥登瓦尔德同样持有相似的看法，但相比之下内容更丰富得多。他说：“考虑到我们极为有限的资金状况，我们应当做的是殖民我们的整个太阳系。我希望将整个太阳系变成一座新的纽约城。”就在上个月，在《赫芬顿邮报》的一篇专栏中，奥登阿尔德指出了将人类送往其他星系路线图中的一些漏洞。他说：“即便是我们到了濒临灭绝的边缘，你真的认为全球70-100亿的人们都会愿意拿出所有的钱，然后耐心等待几十年，让少数几位幸运儿乘坐飞船离开地球去往一颗遥远的星球吗？――甚至在你都不能确定那颗星球是否是宜居的情况下。”正是这样的逻辑漏洞，提醒我们《星际穿越》毕竟只是一部影片，而不是人类虫洞远征的号召片。影片制作方的主要目标当然还是拍摄一部科幻巨制，并且能够带来滚滚票房。而如果他们的作品还能像去年的《地心引力》那样引发观众的一些严肃思考，那当然就更好了。理论上说，相比《地心引力》，《星际穿越》应当更能引起观众的思考，因为它涉及的是一个人类命运的终极问题，即人类的长久生存以及人类种族的向外扩张。另外观众在观影过程中还将直面一些科学现象――时间膨胀，黑洞，当然还有虫洞。虫洞的真实性那么究竟虫洞？《星际穿越》的编剧一定很喜欢这个概念，因为它可以让人物从宇宙的一个角落直接出现在另一个角落而不用面对其飞行速度是否已经超越光速的质疑。你所要做的只是扭曲时空，并借助一个超维度通道――虫洞――将a点和b点联系在一起就可以了。在本片的情节中还出现了位于虫洞另一端的超大质量，高速旋转的黑洞的形象。这里正是索恩的科学计算发挥作用的地方，影片制作人根据索恩的计算结果制作了相应的特效。索恩的计算揭示了在黑洞引力场附近光线将会如何发生弯曲。而影片特效组则直接将索恩的设想变成了一个“怪物”――一个以接近光速疯狂旋转的黑洞。所有为了黑洞和虫洞可视化做出的努力最后都得到了回报――惊人完美的特效。但奥登瓦尔德对此仍然非常不认同，他表示：“这里的问题就在于，你只有两种方法在宇宙中产生一个虫洞。其中之一是宇宙大爆炸，另外一种就是在一颗恒星爆炸的时候。”搜寻宜居星球即便我们能够制造出一个虫洞并将其作为通往另一个宇宙的通道，这样做也将是极其危险的。很难预料在虫洞的另一端将会是何种情况。肖斯塔克表示：“我们目前已经有能力找到一些地球大小的系外行星，在未来数十年内我们还将发现地更多。但如果想找到一个和地球相似的新世界――比如要拥有富含氧气的大气层，那么实际上你所谈论的就是一个已经遍布生命的世界。那么这样可能还有出现食物的问题，还有如何面对当地的本地生命！”“搜寻地外智慧生命”，或者叫seti项目，或许有一天会通过无线电波或信号让我们首次接触外星人。但无论是好是坏，在我们目前的阶段，实际接触地外智慧生命的可能性是微乎其微的。肖斯塔克在电子邮件中写道：“如果没有虫洞，我们想要抵达宇宙中的那些区域将会十分艰难。除非我们能够掌握一些我们目前还尚不能掌握的物理学原理(但也许那样的原理根本就不存在！)，再或者我们能够掌握让人类长久休眠的技术。”但《星际穿越》是一部好莱坞电影，拥有1.65亿美元的预算，电影制作者们可以自由的使用科幻的手法来解决现实中的挑战。但他们具体究竟是如何做的呢？好吧，你去看看电影就知道啦。(晨风)
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《星际穿越》中的科学硬伤：虫洞并不存在
来源: 新浪科技　发布于： 14:09:59
上周，克里斯托弗-诺兰执导的科幻大片《星际穿越》登陆全球各大影院。片中，一群探险家为了拯救地球乘坐&坚韧&号飞船飞出太阳系。《星际穿越》由安妮-海瑟薇和马修-麦康纳领衔，前者饰演布兰德(左)，后者饰演库珀(右)。
在影片《星际穿越》中，勇敢的探险家们利用土星轨道附近的一个虫洞进入另一个行星系统。正如影片所描述的那样，虫洞弯曲了空间，让超远距离旅行可以在瞬间完成。形象地说，虫洞弯曲空间就像将一张纸折叠，缩短纸的两个远点之间的距离。专家们指出虫洞并不存在，至少目前未发现。
《星际穿越》中的黑洞，利用CGI技术制作，立基于加州理工学院的基普-索恩进行的计算，展示了黑洞扭曲周围的光线和物质。《星际穿越》是迄今为止对黑洞描述最为精确的影片。
《星际穿越》中的&坚韧&号飞船。太空科学作家李-比林斯表示：&&坚韧&号飞船似乎很符合科学，尤其是通过旋转产生人造重力。人造重力避免船员因微重力导致的骨骼退化。不过，&坚韧&号飞船所拥有的强大的推进力并不现实。片中，这种飞船借助强大的推进力摆脱可导致船员在一小时内老10年的行星极端重力井。我真心希望美国宇航局能够拥有这种燃料，这样一来，我们便可极大地提高飞船的速度。&
　　新浪科技讯 北京时间14日消息，据国外媒体报道，上周，克里斯托弗-诺兰执导的科幻大片《星际穿越》举行首映，向全世界的影迷呈现一场惊心动魄的星际之旅。一时之间，这部影片成为票房战场上的最大热门之一同时也成为影迷，尤其是科幻迷的讨论话题。在获得无数人喝彩的同时，这部科幻巨制也因为科学硬伤遭到一些人的批评，尤其是科学家。为了帮助影迷从科学的角度了解《星际穿越》，英国媒体采访了英国皇家天文学会教授马丁-巴斯托、太空科学作家和《50亿年的孤独》作者李-比林斯以及行星学会的马特-卡普兰，让这些专业人士解读影片存在的科学硬伤以及所呈现的科学事实。
　　1.虫洞并不存在 至少目前未发现
　　在影片《星际穿越》中，勇敢的探险家们利用土星轨道附近的一个虫洞进入另一个行星系统。正如影片所描述的那样，虫洞弯曲了空间，让超远距离旅行可以在瞬间完成。形象地说，虫洞弯曲空间就像将一张纸折叠，缩短纸的两个远点之间的距离。虫洞在理论上具有可行性吗？
　　巴斯托表示：&我不认为虫洞真实存在。解释虫洞的工作原理仅限于科幻范畴，没有任何直接证据证明宇宙中存在这种东西。我们对黑洞有一定了解，但对于连接空间不同区域的东西，我们还只是提出想法并且是非常初级的想法。从拍摄《星际穿越》的角度上说，虫洞这种东西在影片中必须存在，否则的话，影片的情节便无法往前推进。&
　　比林斯表示：&虫洞最吸引我的地方就是既让星际旅行变得比实际情况容易，同时又比实际情况复杂。宇宙中可能存在虫洞，我们可以利用一个虫洞在空间穿行，上演5个维度的太空之旅。依靠这个物理学奇迹能够降低星际旅行的难度，同时又提高了星际旅行的复杂性。我们并不知道稳定的虫洞能否在宏观尺度下存在。也许，依靠传统方式更能降低星际旅行的难度，一种无需借助奇迹的方式，例如借助太阳帆获得推进力，在恒星系统之间穿梭。&
　　2.你无法在黑洞中存活
　　在影片《星际穿越》中，主人公库珀离开&坚韧&号飞船(Endurance)以减轻飞船的重量，让安妮-海瑟薇饰演的布兰德得以抵达另一颗适居行星。一旦进入黑洞&&被称之为&卡冈都亚&&&他便被飞船抛出，影片进入类似《2001太空漫游》的桥段。人类能够在黑洞中存活吗？
　　巴斯托表示：&不能。黑洞的引力场非常剧烈并且快速变化。任何掉进黑洞的物体都会像意大利面一样被黑洞的巨大引力拉伸。也就是说，任何物质或者任何人都无法在黑洞中幸存，通讯更是成为一种不可能。&
　　比林斯表示：&我认为如果宇航员靠近一个超大质量黑洞的吸积盘&&影片中存在这一情节&&等待他们的将是无法避免的厄运。黑洞的事件穹界周围积聚大量超热物质，释放出可怕的辐射。从事件穹界上方掠过而不是遭受熔化的厄运只能是一种科学幻想。此外，影片中提到的适居行星也让人产生质疑。&
　　3.你可以环绕黑洞飞行
　　影片中，布兰德环绕黑洞飞行，而后抵达系外行星系统的一颗行星。这是一种幻想还是可以成为现实？
　　巴斯托表示：&你可以环绕黑洞飞行，但前提是不能靠的太近。在进行天文学研究时，我们观测到大量环绕黑洞的系统，通常是带有恒星的系统。你能够观测到这些系统，但如果进入黑洞的事件穹界，可怕的物理学现象便会出现。你会螺旋坠落，直至被黑洞吞噬。&
　　4.行星可以在黑洞周围存在，但可能不具有适居性
　　影片中，探险家们造访了一个独特的行星系统，不仅环绕一颗黑洞，同时还拥有一颗具有潜在适居性的行星。虽然存在这种适居行星的想法给人一种遥不可及的感觉，但并非不现实。
　　巴斯托表示：&虽然没有人探测到环绕黑洞的行星系统，但我们没有理由怀疑这种行星系统的存在。问题是，这样的系统具有怎样的稳定性。对于这个问题，我所知道的相关计算并不多。因此，我很难确定是否存在这样的行星。但如果轨道内的所有因素都处在安全限值之内，可能性还是存在的。更有可能存在的一种情况是：一颗恒星环绕黑洞，一个行星系统环绕这颗恒星。任何与黑洞存在联系的行星系统都可能被黑洞吞噬。&
　　比林斯表示：&我认为《星际穿越》更多地是面向物理学家的一部影片，而不是行星学家。你能够在影片中看到他们强调哪些是精确而真实的科学，哪些不是。我们面临着很多与行星有关的问题。例如，一些行星上存在巨大潮汐，但潮水的深度还不及你的脚踝或者膝盖。目前尚不清楚何种因素导致这种疯狂的潮汐，可能的原因就是存在黑洞。然而，如果真的由黑洞导致，黑洞还会引起巨大潮汐以外的其他现象。&
　　5.没有所谓的&温和奇点&
　　大卫-基耶斯饰演的人物罗米利在片中指出，黑洞的核心是一个&温和的奇点&，这可能解释了他们造访的行星系统并不存在极为可怕的环境。宇宙中真的存在罗米利所说的&温和奇点&吗？
　　巴斯托表示：&重点是黑洞的质量存在巨大差异。奇点本质上是中央点，奇点理论认为所有黑洞都拥有无限大的质量，不会随随便便消失在太空中。我们之所以能够探测到黑洞的存在是因为它们的质量影响周围物质。物理学家认为物质会发生塌陷并且取决于质量的多少，所占据的区域存在差异。&
　　卡普兰表示：&虽然有一些科学发现，但我们对黑洞附近发生的事情仍知之甚少。我们对事件穹界提出了理论，超出事件穹界的区域发生什么事情，没有一个人知道。我认为一个质量达到卡冈都亚级的黑洞便是这种情况。如果黑洞拥有足够大的质量，这些事情就不可避免。但在我们利用仪器设备对黑洞进行观测前，一切都只是理论。&
　　6.真实呈现宇航员因时间膨胀的衰老方式
　　由于时间膨胀，《星际穿越》中的&坚韧&号船员衰老速度比地球上的人慢。这种现象符合爱因斯坦提出的理论。根据爱因斯坦的理论，当人以接近光速的速度移动时，时间便会变慢。在地球上，科学家已经通过实验证明了这种理论。
　　巴斯托：&这种现象已经得到验证。根据爱因斯坦提出的狭义相对论，以不同速度移动的物体经历的时间存在差异。例如，登上月球的宇航员移动速度超过地球上的任何人，他们的衰老速度略慢于地球上的任何人，但还没有达到显而易见的程度。不过，如果你的速度接近光速&&很难实现&&你便能注意到这种影响。在物体快速在宇宙中移动，我们也能看到这种现象。&
　　7.&坚韧&号飞船通过旋转产生人造重力是一种理想选择，但魔术般的推进力并不现实
　　&坚韧&号飞船用于进行星际旅行。专家们表示这种飞船具有很大的可行性。但影片中描写的飞船从行星上起降的场景过于简单化，给人一种似是而非的感觉。
　　比林斯表示：&&坚韧&号飞船似乎很符合科学，尤其是通过旋转产生人造重力。人造重力避免船员因微重力导致的骨骼退化。不过，&坚韧&号飞船所拥有的强大的推进力并不现实。片中，这种飞船借助强大的推进力摆脱可导致船员在一小时内老10年的行星极端重力井。我真心希望美国宇航局能够拥有这种燃料，这样一来，我们便可极大地提高飞船的速度。&
　　卡普兰表示：&吉恩-罗登伯里说过他之所以为《星际迷航》设计传送器是因为他不想将时间浪费在一次又一次的起降上。我认为在现实世界做到这一点的可能性极低，但为了讲述一个引人入胜的故事，这种设计是可以原谅的。&(孝文)