佚名

曾執(zhí)導(dǎo)過(guò)《盜夢(mèng)空間》的美國(guó)著名導(dǎo)演克里斯托弗·諾蘭的新片《星際穿越》在國(guó)內(nèi)上映后迎來(lái)了觀影熱潮。諾蘭十年磨一劍，片中教科書(shū)式的情節(jié)和理論，引發(fā)了人們的熱烈討論。

該片的走紅指數(shù)堪稱“現(xiàn)象級(jí)”，無(wú)論理科男還是文藝女，見(jiàn)面或是網(wǎng)絡(luò)社交用語(yǔ)必稱“蟲(chóng)洞”“五維空間”?！缎请H穿越》名利雙收，除了名導(dǎo)、名演和炫酷特技外，影片借助宇宙、航天這些“高大上”的概念，擊中了觀眾獵奇的欲望。

這部電影基于美國(guó)理論物理學(xué)家基普·索恩的理論成果，而他的理論成果基本都在他的著作《黑洞與時(shí)間彎曲》一書(shū)中。包括著名天體物理學(xué)家斯蒂芬·霍金在內(nèi)的數(shù)位學(xué)者都給《星際穿越》點(diǎn)贊，可見(jiàn)這部電影的“燒腦”程度不亞于《盜夢(mèng)空間》。觀影亦是學(xué)習(xí)，讓我們也來(lái)科普一下影片中提及的一些科學(xué)術(shù)語(yǔ)及理論吧。

什么是黑洞

黑洞是空間中有強(qiáng)大引力的超高密度的天體。假如太陽(yáng)質(zhì)量不變，大小卻變成乒乓球那樣，這就是太陽(yáng)坍縮成了黑洞。

黑洞的特點(diǎn)就是有進(jìn)無(wú)出，即：1.任何東西都可以掉進(jìn)黑洞。黑洞外圍有一層“事件視界”，任何東西只要經(jīng)過(guò)了這個(gè)“視界”，就要掉進(jìn)黑洞。2.任何東西都不可能從黑洞里逃出，包括光。因?yàn)闆](méi)有光從黑洞逃出，故無(wú)法直接觀測(cè)黑洞，但是從物體被黑洞吸入之前放出的紫外線、X射線等邊緣信息，可以推測(cè)出黑洞的存在。

黑洞“潮汐力”

一艘很大的飛船飛向一個(gè)天體，飛船頭部距離天體比較近，受到的引力比較大;而尾部距離天體比較遠(yuǎn)，受到的引力比較小，頭部和尾部受力大小有差距，就會(huì)在飛船中間產(chǎn)生撕扯的拉力，這個(gè)拉力就是潮汐力。如果天體是黑洞，質(zhì)量非常大，飛船距離黑洞距離越小，引力差就會(huì)越大，這就是黑洞的潮汐力。這個(gè)力甚至可以把飛船撕成碎片。飛船里的宇航員也同樣會(huì)受到潮汐力的作用。

蟲(chóng)洞的奧秘

“蟲(chóng)洞”是科幻片中經(jīng)常出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)，想必大家都不陌生。所謂“蟲(chóng)洞”就是在三維空間中，利用特殊技術(shù)形成的一個(gè)可在短時(shí)間內(nèi)穿過(guò)較遠(yuǎn)距離的空間隧道，即蟲(chóng)洞是宇宙中相距遙遠(yuǎn)的兩點(diǎn)間的一條捷徑，霍金的《時(shí)間簡(jiǎn)史》里也提及過(guò)。沒(méi)人見(jiàn)過(guò)蟲(chóng)洞，有人說(shuō)我們周圍到處都是蟲(chóng)洞，又有人說(shuō)黑洞里有蟲(chóng)洞，還有人說(shuō)蟲(chóng)洞是時(shí)空隧道，能進(jìn)行時(shí)空旅行。基普·索恩在書(shū)里說(shuō)，我們可以自己構(gòu)建蟲(chóng)洞。

負(fù)能量物質(zhì)

蟲(chóng)洞在某個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生，短暫地打開(kāi)，然后關(guān)閉、消失。從產(chǎn)生到消失，時(shí)間極短，短到?jīng)]有什么物體能在這么短的時(shí)間內(nèi)，從一個(gè)洞口穿到另一個(gè)洞口。所以，我們能利用蟲(chóng)洞進(jìn)行時(shí)空旅行的前提是得有辦法使蟲(chóng)洞一直開(kāi)著，不讓它消失?；铡に鞫饔X(jué)得有某種奇異物體能貫穿蟲(chóng)洞，使蟲(chóng)洞一直開(kāi)著。這種奇異物體和人類所見(jiàn)的任何物質(zhì)都大不一樣，它具有負(fù)能量。要實(shí)現(xiàn)負(fù)能量其實(shí)并不難，參照系不同便可實(shí)現(xiàn)。在飛船以接近光速的速度接近蟲(chóng)洞時(shí)，蟲(chóng)洞的能量自然就成了負(fù)的。

時(shí)間機(jī)器

飛船要進(jìn)入蟲(chóng)洞，其速度要接近光速。根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論原理，如果你在太空中的速度足夠快，可以做到在太空中待上幾十天，地球上卻已經(jīng)過(guò)了幾十年，正所謂古人常說(shuō)的“天上一日，地上一年”。也就是說(shuō)，如果你2014年坐飛船以接近光速的速度進(jìn)行一個(gè)月的時(shí)空旅行后，回到地球，發(fā)現(xiàn)地球此時(shí)已經(jīng)是2044年，這就實(shí)現(xiàn)了穿越到未來(lái)。目前的科學(xué)理論表明，回到過(guò)去是不能實(shí)現(xiàn)的。

母子怪圈

雖然回到過(guò)去沒(méi)有科學(xué)依據(jù)，但這時(shí)就有個(gè)每部有關(guān)穿越時(shí)空的科幻片都面臨的悖論：假如我有時(shí)間機(jī)器，我就能夠回到過(guò)去，在母親懷我之前把她殺死。此時(shí)，母親死了，我就不會(huì)出世，那又怎么會(huì)有我穿越時(shí)空來(lái)殺母親呢？

之前的科幻片對(duì)這點(diǎn)的處理方法有兩種，其一是歷史不可改變觀點(diǎn)：我雖然想殺母親，但會(huì)有外界因素使我不能成功;或者說(shuō)，過(guò)去某時(shí)某人死了，我回到過(guò)去想救某人，會(huì)有其他因素阻止我救人，甚至我的出現(xiàn)就是那個(gè)人死的原因。

其二是平行宇宙觀點(diǎn)：時(shí)空不是唯一存在的，而是有無(wú)數(shù)個(gè)時(shí)空平行存在，它們彼此之間是無(wú)法產(chǎn)生聯(lián)系的。這種觀點(diǎn)普遍被人接受。我只是穿越到另一個(gè)平行宇宙，殺死了那一個(gè)時(shí)空里的母親，但這并不影響我穿越前那個(gè)宇宙的母親。也就是說(shuō)，我只是穿越到別的時(shí)空而已，而不是回到過(guò)去或未來(lái)，更沒(méi)有所謂的改變歷史。

五維空間

我們所在的世界是三維的，而紙上平面的世界就是二維，現(xiàn)在宇宙學(xué)家將時(shí)間看作第四維，而第五維指的是能量的無(wú)界限，是由無(wú)數(shù)個(gè)第四維時(shí)間組成的平面。在那里，時(shí)間是實(shí)體化的。就像你面前有一堵墻，由無(wú)數(shù)的豎線組成，每一條豎線就是一條第四維時(shí)間線，透過(guò)每一條時(shí)間線都能看到，在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)三維空間里發(fā)生的事情。

這畫(huà)面就好像上帝在看每一個(gè)人的生活一樣，很神奇，在“第五維度”的世界里，沒(méi)有時(shí)間或者空間的界限。歐洲原子核研究中心在瑞士和法國(guó)的邊境地下100多米深處，興建了一臺(tái)世界上規(guī)模最大的大型粒子對(duì)撞機(jī)。粒子對(duì)撞機(jī)正式投入使用后，便可觀察在強(qiáng)大引力的作用下是不是有粒子消失，進(jìn)入了人類看不到的“第五維空間”。

神奇的引力

在電影中，引力是世界的一切力量之源，是通往各維度空間的唯一橋梁，是拯救世界的關(guān)鍵力量。那么，引力是如何產(chǎn)生的？

在廣義相對(duì)論中，引力被認(rèn)為來(lái)自質(zhì)量與彎曲時(shí)空之間的相互作用。質(zhì)量決定了引力的大小，而彎曲時(shí)空決定了引力的方向。任何物體相互之間都有吸引力，這個(gè)力的大小與物體的質(zhì)量成正比?？墒?，引力為何成了穿越維度的唯一方式？那是因?yàn)樽銐虼蟮囊δ軌蜻M(jìn)一步彎曲時(shí)空從而使得兩個(gè)維度之間產(chǎn)生交集點(diǎn)，通過(guò)交集點(diǎn)就能到達(dá)另一個(gè)維度空間。