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《星际穿越》一个天体物理学博士角度对影片中的科学元素进行评价

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  最近最吸引各位天文小伙伴的电影莫过于Interstellar了,昨天和朋友们美嘉看了这部电影,真是超值啊,想想现在到哪找45块钱管3小时的电影啊,人家诺兰大导演就是这么实诚。
   有索恩大神保驾护航,电影虽是一部科幻片,但里头的物理学基本是正确的(跳进黑洞里头之后的部分就纯属脑补了),加之电影中几个宇航员兼物理学家时不时的讨论讲解,整部电影通俗易懂,绝对没有择众显优越,所以哪怕你已经和数理分手多年,只要你还对星空这个话题感兴趣,这部电影都是绝对值得一看的。
   出于专业兴趣,这里仅对电影中几个点讨论一下,也避免剧透的嫌疑。
  
  一,关于虫洞。
  虫洞是个球这一点是正确的,在电影中演员已经完美的用一张纸作出了解释,理论上来说虫洞不稳定,一旦出现会立刻坍塌,更勿谈有人类能驾驶飞行器穿越进了。虫洞是否存在现在还没有定论,更不用谈怎样让虫洞持久存在了,不过可以肯定的是,纯粹靠自然保持一个能过人的虫洞是不可能的,它一定是某个未知意志(后来发现是未来人,也就是男主女儿作出卓越贡献拯救全人类之后)维持着它开启的。
  
  二,关于第一个星球。
  这里有一处值得质疑,第一个星球的科学家到达后十几分钟就被海浪拍死了,但由于这个星球刚好处在一个黑洞周边,被黑洞的引力影响,其所在轨道处时间一小时等于地球上七年,所以地球上的人类还至少收到了好几年的信息,这也就误导了我们的男主一行人跑过送死。然而,NASA的科学家大神云集,且不说被黑洞引力拉长的信号已经到了其它频段(假设我们的科学家是用几乎全波段的信号接收的),那么多人却没有注意到一条十几分钟的信息被拉长到了好几年(就好比周杰伦的《双节棍》被一路拖愣是拖成了京剧腔),实在让人费解。只要有一个科学家分析过这一信号的异常,就会阻止我们的男主一行人登陆一号行星。
  
  三,关于黑洞潮汐力。
  由于月球引力影响,地球上有潮涨潮落,而黑洞的质量至少是太阳的好几倍,其潮汐力可想而知,这点从一号星球上的巨浪就能看出来(全星球表面的海水都被拉成了一堵巨浪,以至于其它地方都成了几尺深的浅摊,所以我们的男主一行人可以登陆),这么高的潮汐力,任何实体还没达到黑洞视界,就会被立刻撕碎,而我们男主和它的飞船竟然安全地通过了黑洞,这一点算是一点硬伤。当然,如果男主挂了,也就没有后来地科幻情节,想必在电影中构造出黑洞内部的奇妙景象,哪怕只是猜想,也是不少物理学家的梦想吧。
  
  附,恒星级黑洞的潮汐力对人类十分危险,越大质量的黑洞潮汐力反而越小,如果一个人掉进一个宇宙级别的黑洞,他通过视界时反而感觉不到。这是因为越大质量的黑洞视界越大,因而在视界处两点的引力差(也就是潮汐力的定义)也就越小。
  
  四,浅谈第二个星球。
  看到杰森伯恩竟然跑外太空当科学家真是让我大吃一惊,他想秒男主分分钟的事情啊!Sorry,跑题了,实际上,让我感兴趣的是这颗行星的空气,根据第二个科学家的汇报,这颗星球表面氨的成分特别高,根本无法正常呼吸。
  
  实际上,要查看行星大气成分,根本不用亲自登陆,现在系外行星探测技术,只需要分析其大气光谱就行了,因此NASA应该给我们科学家的飞船带上测光谱的望远镜的,可惜活生生把我们的杰森伯恩熏成了一个叛徒(啊,又跑题了!)。
  
  尽管索恩是黑洞研究的大神,但在生态学方面却未必懂得很多,实际上,类似于地球这样的大气环境其实是生命的产物,影片一开始也说了,如果植物大面积死亡,大气中的氧气含量将很快降低,人们只能窒息而死。因此,尽管地球的氧气含量稳定地维持在两成左右,但这样的稳定却是一种走钢丝的平衡,很容易被打破,地球的大气,是几亿年原始生命不断呼吸改造成的,如果没有生命参与大气循环,地球表面的矿物质会迅速氧化,海洋因为铁元素的呼吸而被染得一片通红,因此宜居星球与其说是先有适合生命的环境,毋宁说是先有改造环境的生命。有兴趣的读者可以参见凯文凯利(KK)的《失控》。
  
  因此影片中令人奇怪的事情是,第一和第三个星球看起来大气环境都还行,却没有发现除了新登陆人类之外的任何生命,而没有生命的星球是不可能维持一个富氧的大气层的(因为氧元素不稳定,极易氧化其它物质)。
  
  五,三个星球是怎么生存下来的?
  恒星级黑洞的诞生往往来源于前身超大质量恒星的死亡,恒星燃烧完内部的核心燃料后会迅速膨胀(因周围壳层开始燃烧),半径迅速增大,太阳进入这一膨胀期之后其半径将吞没地球的轨道,更不用谈一个好几倍太阳质量的恒星了,而第一个行星离黑洞特别近,理应在黑洞的前身星膨胀时就被吞没掉了,然而它表面竟然还有水!这一点令人匪夷所思。唯一的解释只可能是,这颗行星是在黑洞形成以后被俘获的。
  
  但摒除恒星膨胀这一点不谈,要形成黑洞,恒星死亡前将经历一场壮烈的大爆炸,其形成的超新星在一瞬间亮度可以与整个星系相媲美,产生的星风足以吹散靠近它的任何物质,它的三颗行星是怎么在这样一场灾难中幸存下来的呢?如果说第一颗行星是被俘获的,一个黑洞俘获三颗行星概率就更小了(而且根据影片介绍,实际上这颗黑洞周边至少有12颗行星...),尤其是第一颗行星的近圆轨道(男主一行人在飞船中讨论时是将第一颗行星画成了圆轨道)则更让人奇怪了,如果第一颗行星是俘获的,为何它的偏心率这么小呢?如果不是俘获的,它是怎样生存下来的呢?
  
  六,关于男主最后的年龄。
  根据电影,男主在回到地球,错了,是太阳系(人类最后迁移了)之后,唤醒他的医生告诉他,他的年龄已经124岁了,实际上男主的年龄应该是多少呢?当然如果时间可以倒流的话,对地球人来说,男主124岁应该没错,但实际上男主应该已经存活了(假设他安全通过了黑洞)无穷久!
  
  这是为什么呢?
  
  因为男主掉过一次黑洞!
  
  人掉进黑洞是什么样子一直是个津津乐道的话题,我们总认为,掉进黑洞必死无疑,但实际上,从一个观察者的角度看,掉进黑洞的人是获得了永生的,由于黑洞视界处的时空扭曲,我们永远无法看见一个人掉进黑洞,在掉落者接近黑洞时他的时间过得无穷慢,我们会发现(如果可以看见的话)男主永远在无限接近视界,但就是掉不进,最后变得越来越红(因为光的波长被拉长了),越来越暗,与黑洞视界融为一体,因此从这个角度上来说,若一个你的同伴跳黑洞了,你返回一趟地球过了二十年再回来看他,你会发现他还在掉,实际上等世界灭亡了,他都没能掉进。
  
  而从男主的角度来看,外边的世界是什么样子呢?由于黑洞的时空弯曲,首先他的视野会越来越窄,周边的宇宙重复出现(由于透镜效应),外部世界的时间越来越快,在他掉进黑洞(他自己能感受到自己掉进视界)视界那一瞬间,在他的视野完全关闭的那一瞬间,外面的宇宙将极速演化,他会看到星系跟蛇一样疯狂扭曲震动,外边的宇宙膨胀,星系四处飞散,外部宇宙一瞬间演化到尽头,此时人类都不知灭亡多少次了。
  
  因此男主角的实际生存年龄,若以地面时间为基准的话,已经跑到了无穷大。
  
   以上便是目前想到的对影片的全部讨论,至于人类如何在短短几十年就拥有了开启虫洞救出黑洞里男主的能力(能知道一个方程的答案和能产生相应的技术完全是两回事,人类至今还没法让自身达到光速的千分之一,尽管相对论已经诞生了一百年),还是可以持宽容态度的。后话是,索恩做的那个黑洞实在是太赞了,应该是有史以来最接近真实的黑洞模型了,如果能再顺便给黑洞吸积面上的光渲染出红移和蓝移就更赞了!无论如何,这是一步非常优秀的科幻电影,希望以后这样的好电影越来越多。

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