宇宙中真實的蟲洞長什麼樣? 這部奧斯卡科幻片描述的太形象了

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不要溫和地走進那良夜,白晝將盡,暮年仍應燃燒咆哮。怒斥吧,怒斥光的消逝。———狄蘭托馬斯

這句經典的台詞來自20世紀的英國詩人狄蘭托馬斯的《不要溫和地走進那個良夜》。當年,狄更斯為他生命垂危的父親寫下了這首詩,就是想鼓勵他的父親在生命臨終時刻仍然能有勇敢地活下去的信念。那麼這句傳奇般的詩詞跟我們今天要講的主題有什麼關係呢?

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其實,這句非常經典的詩詞被用在了一部經典科幻片《星際穿越》中。《星際穿越》就是我們今天要講的電影。在電影《星際穿越》中,老教授、布蘭德的父親留給他女兒布蘭德的最後一句話,就是這句詩。他希望女兒的宇宙探險隊能夠突破困境、保持着積極的鬥志、帶着人類最後的希望尋找到新的家園。

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在庫珀、布蘭德所帶領的探險隊通過地球上方的蟲洞到達蟲洞對面的另一個星系的時候,他們發現了12顆潛在的宜居星球,並開始了驚險的冒險旅程。今天小帥帶大家回憶的並不是他們在穿越過蟲洞後如何冒險的故事,而是探討他們所穿過的「蟲洞」。

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眾所周知,蟲洞這個理論,在天文物理學中已經是毋庸置疑存在的。但是,科普並沒有做到盡善盡美,我們普通人對這種看上去比較專業的天文學名詞,仍然是一知半解的。《星際穿越》這部電影所做的科普恰恰打通了這一環,將蟲洞這個理論完美無疑甚至說是極為震撼的展現在了觀眾面前。我想這也正是這部電影能夠獲得奧斯卡最佳特效獎的原因吧!話不多說,下面我們就以《星際穿越》中所展現的蟲洞概念來幫助大家理解什麼是宇宙中真正的蟲洞,我們一邊欣賞《星際穿越》中絕美的蟲洞特效、一邊來解釋蟲洞的原理。

一、降維思考

降維

為了能夠讓大家更好地理解什麼是蟲洞,首先,我們必須從二維中的蟲洞說起,也就是做一下將降維思考。在二維平面中,我們可以把蟲洞看作是平面上的一個圓形的洞,現在我們假設在一張紙上有兩個大小一致的蟲洞,這兩個洞分別在紙的兩端。我們可以看到,如果在二維平面上我們要從一個洞到達另一個洞,假如我們要用最短的時間的話,那麼必須在兩個洞之間畫一條直線,這是我們能夠在二維平面上最快到達另一個蟲洞的辦法了。

對於一隻生活在二維平面的螞蟻來說,它既沒有高度的概念,也沒有時空間的概念,從某種程度上來說,它基本上是屬於二維生物了。那麼作為一個二維生物,如果螞蟻想要從我們剛才提到的紙上的一個蟲洞到達另一個蟲洞的話,他唯一的辦法就是沿着紙張這個平面,慢慢從一個洞向另一個洞移動。因為他沒有任何三維空間的意識,它無法跳脫二維平面以上帝視角來看待這個平面。

2.升維

降維思考的目的,就是讓我們把人類假設成那隻螞蟻,然後通過升維的方法來還原這個問題。當我們面對二維空間的蟲洞的時候,因為我們有三維空間的意識 ,我們是生活在三維空間的生物,所以我們可以跳脫那張平面,從上帝的視角來看問題,這樣一來,我們只需要一個力,把這張紙對摺,讓這兩個蟲洞貼合在一起,我們是不是就找到答案了呢?

沒錯,如果是這樣,我們為螞蟻把這張紙摺疊,那麼螞蟻就可以很輕鬆地從一張紙的蟲洞一端到達另一個蟲洞的另一端。我們扮演了上帝的角色,為螞蟻提供了穿越蟲洞的機會。

二、類比推理

我們已經做了這麼多鋪墊,接下來,就是見證宇宙蟲洞奇蹟的時刻了。

首先,我們得到了二維的蟲洞模型和理論,現在我們進行類比推理,把它推廣到多維空間。在宇宙中,宇宙作為一個時空間的集合體,它的維度在三維之上,那麼宇宙中的蟲洞至少是三維的。我們已經得到了二維中的蟲洞模型,一個圓。那麼通過類比推理我們很容易得到,圓在三維空間中被表示為球體。同理,三維空間的「蟲洞」便是球形。

正如《星際穿越》電影中展現的蟲洞那樣,在地球上方出現的那個蟲洞,正是一個載滿了各種星系的球體。我們理解了蟲洞是一個球體之後,又有新的問題出現了,蟲洞里的那些星系我們可以進去後到達任何一個想去的星系或者方向嗎?

就目前的科學技術水平和對蟲洞的研究來說,是不可能的。

下面請聽我的解釋。

在電影《星際穿越》中,宇航員多伊爾給出了這個問題的答案。當飛船進入蟲洞的時候,他向駕駛員庫珀解釋道:「這是高於三維的空間,在高維空間里,我們能做的只是體驗和觀察。」沒錯,就像電影中所所描述的那樣,宇航員們順利的飛躍了蟲洞,但是他們無法控制方向的從蟲洞一端到達了另一端。

蟲洞通過巨大的引力將蟲洞內的時空間彎曲,從而使其成為一個作為在宇宙中便捷移動的工具。在《星際穿越》中,導演諾蘭通過極其逼真的特效為我們展現了一個蟲洞內部完整的景象。從飛船緩慢的駛入蟲洞時,慢慢進入蟲洞時其邊界的變化,到後來蟲洞顯示出其洞狀的特徵,飛船開始劇烈搖晃加速,飛船內的各種控制器全部失靈,到布蘭德第一次和高維度空間的握手接觸產生的時空扭曲。

1.蟲洞的邊界變化

這個比較好理解了,剛才我們已經證明出了蟲洞是球體,那麼在飛船進入蟲洞的時候,會先看到蟲洞的球形邊界,然後慢慢的進入,邊界會變成四周包圍的感覺,這個時候我們就已經進入了蟲洞,這一部分,電影《星際穿越》中做非常細節的展現。

2.蟲洞的內部體驗

剛剛我們提到,在宇航員們進入蟲洞時,多伊爾的解釋說,在高維度空間里我們只能做體驗和觀察,而不能做干涉。這是非常重要的一點,由於人類是三維空間的生物,在達到高維度空間時,人類只能做在三維空間能做的事情,二高於自身維度的事情,人類無法做出,只能去用肉眼觀測一幕幕不可思議的現象。

電影中的布蘭德,在飛船中伸出了手去和身旁彎曲的時空間握了一次手,幸虧這次握手沒有產生副作用。不然蟲洞內強大的時空間扭曲,極有可能在飛船高速在蟲洞內穿梭的情況下,將宇航員甩出飛船或者將她的肉體和飛船糅合在一起。當飛船離開蟲洞的時候,可能布蘭德已經身體鑲嵌在了船體中了,那將是飛船可怕的一件事情。

三、關於科幻文學

所有的這些細節,為我們詳細地描述了人類在進入蟲洞時會經歷的情況。而這個部分,恰恰是科幻片中缺少的極為重要的一環,諾蘭導演為我們所做的科普和生動的描述,遠比市面上任何一本已知的天文學書籍講述蟲洞來的更加直觀、精彩、甚至壯觀。

講到這裡,小帥和大家分享的宇宙真實蟲洞的故事就結束了。《星際穿越》這部經典科幻片奪得了奧斯卡金像獎,無論是從它燒腦的劇情還是它壯觀的特效來看,它都是一部值得反覆觀看的科幻佳作。

諾蘭導演所能帶給我們的,不僅僅是一部燒腦且絕美的科幻文學作品,它更是一部堪比任何一本天文學科普書籍的生動活躍的視頻資料。它能夠給我們普通人做出最吸引人、最震撼、最令人印象深刻的天文學現象,它通過這種真實的天文學現象為普通人做出了最簡潔形象的科普,我們不得不佩服諾蘭導演的才華。

但我們更應該發問的是,科幻文學的魅力這麼強大,為什麼鮮有科幻片能像這部《星際穿越》一樣膾炙人口、具有科普價值呢?這個問題留在最後大家一起討論吧!

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