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《星际穿越》中的科学:虫洞特效宛如迪斯科灯

2014年11月8日
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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。”

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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。”

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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

那么究竟什么是虫洞?《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。”

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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!”

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“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激光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。

 

转自新浪科技 作者:晨风

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