星際穿越7大科學硬傷:人無法在黑洞中存活

 

克里斯托弗-諾蘭執導的科幻大片《星際穿越》向全世界的影迷呈現一場驚心動魄的星際之旅。一時之間,這部影片成為票房戰場上的最大熱門之一同時也成為影迷,尤其是科幻迷的討論話題。在獲得無數人喝彩的同時,這部科幻巨制也因為科學硬傷遭到一些人的批評,尤其是科學家。為了幫助影迷從科學的角度了解《星際穿越》,英國媒體采訪了英國皇家天文學會教授馬丁-巴斯托、太空科學作家和《50億年的孤獨》作者李-比林斯以及行星學會的馬特-卡普蘭,讓這些專業人士解讀影片存在的科學硬傷以及所呈現的科學事實。

1.蟲洞并不存在 至少目前未發現

在影片《星際穿越》中,勇敢的探險家們利用土星軌道附近的一個蟲洞進入另一個行星系統。正如影片所描述的那樣,蟲洞彎曲了空間,讓超遠距離旅行可以在瞬間完成。形象地說,蟲洞彎曲空間就像將一張紙折疊,縮短紙的兩個遠點之間的距離。蟲洞在理論上具有可行性嗎?

巴斯托表示:“我不認為蟲洞真實存在。解釋蟲洞的工作原理僅限于科幻范疇,沒有任何直接證據證明宇宙中存在這種東西。我們對黑洞有一定了解,但對于連接空間不同區域的東西,我們還只是提出想法并且是非常初級的想法。從拍攝《星際穿越》的角度上說,蟲洞這種東西在影片中必須存在,否則的話,影片的情節便無法往前推進。”

比林斯表示:“蟲洞最吸引我的地方就是既讓星際旅行變得比實際情況容易,同時又比實際情況復雜。宇宙中可能存在蟲洞,我們可以利用一個蟲洞在空間穿行,上演5個維度的太空之旅。依靠這個物理學奇跡能夠降低星際旅行的難度,同時又提高了星際旅行的復雜性。我們并不知道穩定的蟲洞能否在宏觀尺度下存在。也許,依靠傳統方式更能降低星際旅行的難度,一種無需借助奇跡的方式,例如借助太陽帆獲得推進力,在恒星系統之間穿梭。”

2.你無法在黑洞中存活

在影片《星際穿越》中,主人公庫珀離開“堅韌”號飛船(Endurance)以減輕飛船的重量,讓安妮-海瑟薇飾演的布蘭德得以抵達另一顆適居行星。一旦進入黑洞——被稱之為“卡岡都亞”——他便被飛船拋出,影片進入類似《2001太空漫游》的橋段。人類能夠在黑洞中存活嗎?

巴斯托表示:“不能。黑洞的引力場非常劇烈并且快速變化。任何掉進黑洞的物體都會像意大利面一樣被黑洞的巨大引力拉伸。也就是說,任何物質或者任何人都無法在黑洞中幸存,通訊更是成為一種不可能。”

比林斯表示:“我認為如果宇航員靠近一個超大質量黑洞的吸積盤——影片中存在這一情節——等待他們的將是無法避免的厄運。黑洞的事件穹界周圍積聚大量超熱物質,釋放出可怕的輻射。從事件穹界上方掠過而不是遭受熔化的厄運只能是一種科學幻想。此外,影片中提到的適居行星也讓人產生質疑。”

3.你可以環繞黑洞飛行

影片中,布蘭德環繞黑洞飛行,而后抵達系外行星系統的一顆行星。這是一種幻想還是可以成為現實?

巴斯托表示:“你可以環繞黑洞飛行,但前提是不能靠的太近。在進行天文學研究時,我們觀測到大量環繞黑洞的系統,通常是帶有恒星的系統。你能夠觀測到這些系統,但如果進入黑洞的事件穹界,可怕的物理學現象便會出現。你會螺旋墜落,直至被黑洞吞噬。”

4.行星可以在黑洞周圍存在,但可能不具有適居性

影片中,探險家們造訪了一個獨特的行星系統,不僅環繞一顆黑洞,同時還擁有一顆具有潛在適居性的行星。雖然存在這種適居行星的想法給人一種遙不可及的感覺,但并非不現實。

巴斯托表示:“雖然沒有人探測到環繞黑洞的行星系統,但我們沒有理由懷疑這種行星系統的存在。問題是,這樣的系統具有怎樣的穩定性。對于這個問題,我所知道的相關計算并不多。因此,我很難確定是否存在這樣的行星。但如果軌道內的所有因素都處在安全限值之內,可能性還是存在的。更有可能存在的一種情況是:一顆恒星環繞黑洞,一個行星系統環繞這顆恒星。任何與黑洞存在聯系的行星系統都可能被黑洞吞噬。”

比林斯表示:“我認為《星際穿越》更多地是面向物理學家的一部影片,而不是行星學家。你能夠在影片中看到他們強調哪些是精確而真實的科學,哪些不是。我們面臨著很多與行星有關的問題。例如,一些行星上存在巨大潮汐,但潮水的深度還不及你的腳踝或者膝蓋。目前尚不清楚何種因素導致這種瘋狂的潮汐,可能的原因就是存在黑洞。然而,如果真的由黑洞導致,黑洞還會引起巨大潮汐以外的其他現象。”

5.沒有所謂的“溫和奇點”

大衛-基耶斯飾演的人物羅米利在片中指出,黑洞的核心是一個“溫和的奇點”,這可能解釋了他們造訪的行星系統并不存在極為可怕的環境。宇宙中真的存在羅米利所說的“溫和奇點”嗎?

巴斯托表示:“重點是黑洞的質量存在巨大差異。奇點本質上是中央點,奇點理論認為所有黑洞都擁有無限大的質量,不會隨隨便便消失在太空中。我們之所以能夠探測到黑洞的存在是因為它們的質量影響周圍物質。物理學家認為物質會發生塌陷并且取決于質量的多少,所占據的區域存在差異。” 卡普蘭表示:“雖然有一些科學發現,但我們對黑洞附近發生的事情仍知之甚少。我們對事件穹界提出了理論,超出事件穹界的區域發生什么事情,沒有一個人知道。我認為一個質量達到卡岡都亞級的黑洞便是這種情況。如果黑洞擁有足夠大的質量,這些事情就不可避免。但在我們利用儀器設備對黑洞進行觀測前,一切都只是理論。”

6.真實呈現宇航員因時間膨脹的衰老方式

由于時間膨脹,《星際穿越》中的“堅韌”號船員衰老速度比地球上的人慢。這種現象符合愛因斯坦提出的理論。根據愛因斯坦的理論,當人以接近光速的速度移動時,時間便會變慢。在地球上,科學家已經通過實驗證明了這種理論。巴斯托:“這種現象已經得到驗證。根據愛因斯坦提出的狹義相對論,以不同速度移動的物體經歷的時間存在差異。例如,登上月球的宇航員移動速度超過地球上的任何人,他們的衰老速度略慢于地球上的任何人,但還沒有達到顯而易見的程度。不過,如果你的速度接近光速——很難實現——你便能注意到這種影響。在物體快速在宇宙中移動,我們也能看到這種現象。”

7.“堅韌”號飛船通過旋轉產生人造重力是一種理想選擇,但魔術般的推進力并不現實

“堅韌”號飛船用于進行星際旅行。專家們表示這種飛船具有很大的可行性。但影片中描寫的飛船從行星上起降的場景過于簡單化,給人一種似是而非的感覺。

比林斯表示:“‘堅韌’號飛船似乎很符合科學,尤其是通過旋轉產生人造重力。人造重力避免船員因微重力導致的骨骼退化。不過,‘堅韌’號飛船所擁有的強大的推進力并不現實。片中,這種飛船借助強大的推進力擺脫可導致船員在一小時內老10年的行星極端重力井。我真心希望美國宇航局能夠擁有這種燃料,這樣一來,我們便可極大地提高飛船的速度。”

卡普蘭表示:“吉恩-羅登伯里說過他之所以為《星際迷航》設計傳送器是因為他不想將時間浪費在一次又一次的起降上。我認為在現實世界做到這一點的可能性極低,但為了講述一個引人入勝的故事,這種設計是可以原諒的。”