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星际穿越中的物理学:第二次上映,科学和BUG并存!

好莱坞经典大片《星际穿越》已经二次上映了,很多朋友都去二刷,种花家原本也想再去刷一遍,但可惜是实在是没有时间,不过抽时间写了篇《星际穿越》中的科学和BUG,大家都来回忆下,剧中到底哪些情节是合理的!

《星际穿越》的大导演诺兰和科学顾问基普·索恩

《星际穿越》的大导演诺兰我们就不多说了,他拍摄的每一部电影都是经典,尤其是《盗梦空间》和《记忆碎片》等,绝对是鬼才导演!我们先来主要聊聊《星际穿越》的科学顾问、2017年诺贝尔物理学奖获得者基普·索恩!

基普索恩为《星际穿越》书写物理公式

他是著名的理论物理学家,2017年10月13日,因LIGO探测器和引力波观测上作出了决定性的贡献而获得诺贝尔物理学奖,他专长的是引力理论和天体物理学领域,他目前担任加州理工学院费曼理论物理学教授,是当今世界上研究广义相对论下的天体物理学领域的领导者之一。

2017年诺贝尔物理学奖获得者

所以他来做《星际穿越》的科学顾问,无疑是大材小用了,不过据说基普·索恩才是这部片子真正制片人,因他的要求才拍的这部片子,不过这些我们就不太关心了,诺奖得主把关的影片到底有多硬核,我们再来捋一捋!

《星际穿越》中有哪些情节是科学的?哪些又是BUG?

关于怎么样发生危机我们就不扯了,一般好莱坞大片对这种原因交代都不太清楚,观众也不会太较真,毕竟要不发生这个剧情,大片就没得看啦!

  • 永恒号为什么要旋转?

很多朋友在观看的时候都想不明白,为什么《星际迷航》这些大片的飞船并不需要旋转,为什么“永恒号”就要旋转呢?

其实这个情节设计是非常合理的,因为在太空中要产生重力,除了1G的加速度不断加速外(一年左右即达到光速,倒过来再以1G减速也可以,但这样折腾实在太消耗能量了)!只要很少的启动能量即可维持的自转产生的“离心力”来模拟重力是非常合理的!

但按“永恒号”的比例目测,它的直径大约32米左右,旋转式速度大约0.55弧度/秒,很简单即可计算出它的向心加速度为9.68米/秒,确实和一个G的重力相差无几!但这个速度大约下一分钟的转速为11.4圈,而人体最佳舒适度模拟大约是2-3圈,当超过4-5圈时会不适,再增加时会非常不适!所以永恒号的设定合理的,但这会让人很不舒服,甚至眩晕!

《火星救援》种赫尔墨斯号的直径更小

  • 米勒星球上的巨浪合理吗?一小时等于七年合理吗?

很多人都诟病库伯去的第一个也就是“米勒星球”上的巨浪不合理,认为那薄薄的水层不可能产生十千米高的巨浪,因此认定这是星际穿越中的BUG!

但有一个条件下米勒星球十千米高的巨浪就是合理的!那就是米勒星球必须自转,因为弥勒星球环绕黑洞公转,卡冈图雅黑洞的强大吸引力会将水吸引到黑洞一侧,因此在弥勒星球的自转下,这个水墙将会覆盖米勒星球的的赤道地区,两极仍然不会有巨浪!

月球对地球潮汐作用

因此这就是一个争议问题,因为弥勒星球太靠近黑洞,水体的潮汐效应会让自转严重减速,也就是说米勒星球会被卡冈图雅黑洞潮汐锁定!所以这个你要说是BUG也可以,如果说不是BUG呢也行,看是是不是铁粉啦!

不过要提醒下,如果自转的话有十千米高巨浪,同时也会伴随着巨大的地质运动,每次都撕扯一次,会伴随着地震和火山喷发,因此弥勒星球会是个地狱!

米勒星球为什么会有光

准确的说这个确实不算什么BUG,因为在黑洞周围会有吸积盘的亮光,但光到底有多亮,是不是会发红(引力红移),或者辐射是否严重(伽马射线)等等就只能呵呵了!

  • 米勒星球上一小时等于七年合理吗?

黑洞周围的强大引力会导致时间交换比从1:1(无限远)到1:(视界),所以只要米勒星球在黑洞周围合适的轨道上公转即可达到1小时:7年的(时间膨胀6万倍),但如果要达到这个效果,根据计算,弥勒星球必须要非常接近视界!

当然这理论上并没有问题,但实际就麻烦大发了,首先是洛希极限,卡冈图雅的黑洞不是一个超大质量的黑洞,因此天体的洛希极限在视界外,弥勒星球还能保持完整形状?另一个超级BUG则是此处的逃逸速度接近光速,库伯驾驶的是交通艇不可能达到这个速度!也就是说降落的时候无法减速,起飞的时候不够加速,无论哪条,库伯都不应该活着回来!

  • 黑洞通向库伯加的书房,而且还回到了出发前的时刻,情节合理吗?

这个情节描述的是库伯掉入了黑洞,但当库伯穿越奇点后并没有被引力撕碎,却到达他自家书房里,神奇的是他能在那个位置的时间线上任意拨动,回到过去也能到达未来,只是不能干预(剧中交代可以用引力方式影响)

墨菲在书房里

这应该是基普·索恩实现他思想实验的时候到了!他当年提出了一个理论上自洽的时间旅行实验,设定很简单,一艘高速飞行的飞船(尽量接近光速,以实现相对论效应的时间高速下时间越来越慢的时间交换),一个虫洞连接飞船和出发地!

当飞船飞行一段时间后,假设飞船达到的速度产生的相对论时间交换比是1:1000,也就是飞船飞一天,出发地的时间就过了1000天,也就是2年半的样子,此时当飞船驾驶员从虫洞中跨出时,他就回到了出发时的那一刻!

是不是很神奇?确实是,而且索恩的学生计算了整个过程,逻辑是自洽的,因此从理论上库伯回到出发前这一点是没有问题的!另一个解释是黑洞的奇点是一个闵可夫斯基空间,除了长宽高以外,还有一维时间是可以自由拨动的,所以库伯能看到这个位置的过去,也能看到未来!

所以从理论上来看这也没什么问题!至于土星附近的虫洞能不能制造,那不是我们讨论的问题,毕竟理论上也是成立的,广相支持这样的连接模式!

  • 库伯从奇点空间里掉出来,在土星附近,合理吗?

其实没有人知道奇点空间崩溃后会怎样,这个产生的虫洞连接的时空的不同区域,它的坐标系和三维宇宙的坐标不一样,所以它崩溃后,可能出现在宇宙的任何地方,当然也有可能出现在土星轨道附近!

剧情也只有如此安排才有可能让库伯获救,毕竟剧情似乎还要拍一部续集,要是男主在第一季中就挂了实在不是很吉利,当然那么多粉丝支持库伯,挂了也对不起粉丝是吧!

最飙泪的是结尾,安妮海瑟薇孤独的背影。

总的来说《星际穿越》存在BUG,但更多的是展现出来的科学,对于这种硬科幻风格的大片,再看一遍又如何?

《星际穿越》一张图全部概括

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