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扭曲的星际科学(5/6):时光机和第五维度

上一篇文章的续集 星际扭曲的科学(4/6)

2014年11月,好莱坞大片和科幻电影 星际 被释放在屏幕上,并引起了许多媒体上的兴奋。
这是我对这部电影的某些科学方面进行分析的6篇文章系列的第五篇,该文章改编自我去年春天在2004年发表的一篇论文。 推论:国际科学评论.

加尔各塔内的时间旅行

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在电影的最后部分,主角库珀跳入了Gargantua。在那里,请注意潮汐力量会破坏一切!实际上,在Schwarzschild几何体中,随着r->0;因此,即使对于像Gargantua这样的超大质量黑洞,一旦安全越过了事件视界并接近中心奇点,一切都将最终被破坏。故事的延续很高兴,Gargantua旋转快,其致命的奇点具有可避免的圆环形状。因此,时空结构使Cooper可以将Kerr黑洞用作虫洞;他避免了环的奇异性,并转移到了另一个时空区域。在电影中,他最终进入了一个五维的宇宙,在这个宇宙中,他将能够时光倒流,并通过重力信号与女儿交流。

环状奇异旋转黑洞的内部结构
环状奇异旋转黑洞的内部结构

关于物理定律是否允许时光倒流已经进行了大量研究。黑洞物理学给出了有趣的结果,但没有确切的答案。如帖子中所见 星际扭曲的科学(1/6),根据彭罗斯·卡特(Penrose-Carter)图,一个旋转的黑洞可以将无数的虫洞连接到时空几何的不同部分。由于两个事件在时间和空间上都可能不同,因此有可能在给定的时间从一个给定的位置沿着精心选择的轨迹经过虫洞,到达相同的位置但在不同的时间,在过去或将来。换句话说,黑洞可能是一种时间旅行机器。

除非时光倒流是对常识的冒犯。很难接受一个人可能会穿越时空并杀死他的祖父,而他没有时间生育孩子。因为凶手不可能出生,也不能谋杀他,依此类推……在著名的电影系列中,这种时间的悖论令人愉快地表现出来。 回到未来.

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星际扭曲的科学(1/6)

一年前,就是2014年11月,这部好莱坞大片和科幻电影 星际 被释放在屏幕上,并引起了许多媒体上的兴奋。

这是我专为分析电影的某些科学方面而撰写的6篇系列文章中的第一篇,该文章改编自我去年春天在2004年发表的一篇论文。 推论:国际科学评论.

星际海报星际  讲述了一群探险家的冒险活动,他们使用虫洞穿越银河系之间的距离,并找到可能居住的系外行星来定居。 星际 这是一个虚构的电影,遵循着自己的艺术许可规则:电影导演克里斯托弗·诺兰(Christopher Nolan)和编剧,他的兄弟乔纳(Jonah)并不想在屏幕上放映有关天体物理学的纪录片-他们宁愿制作一部轰动一时的电影,但他们成功地获得了成功。在这一点上很好。但是,在科学方面,他们与物理学家Kip Thorne合作,后者是广义相对论和黑洞理论的世界著名专家。在这样的顾问的推动下,电影的宣传在很大程度上坚持了故事的科学写实,特别是在由基普·索恩和视觉效果公司团队计算出的黑洞图像上 双重负。这部电影还涉及当代科学的许多方面,从经过充分研究的问题,例如扭曲的空间,快速旋转的黑洞,吸积盘,潮汐效应或时间膨胀,再到源于我们当前前沿的更具投机性的想法知识,例如虫洞,穿越过去的时间,额外空间的尺寸或预期的“万有理论”的“最终方程式”。

这就是为什么除了每个人对小说故事本身可能拥有的主观欣赏之外,许多人-物理学家和科学记者-还是在互联网上撰写赞美或批评电影中所展示的科学的文章。基普·索恩(Kip Thorne)写了一本很受欢迎的书, 星际科学 [一世] ,以解释尽管克里斯托弗(Christopher)和乔纳·诺兰(Jonah Nolan)有时会提出异乎寻常的要求,但他如何努力尊重科学准确性,尤其要确保黑洞和相对论效应的描述尽可能准确。

本文的目的不是写(不可避免的主观)评论 星际 作为一个小说故事,但要解读一些支持电影框架的科学概念。

太阳系中的人工虫?

 在影片的第一部分中,我们被告知,几十年前在土星附近发现了一个名为“虫洞”的“引力异常”,在“另一侧”发现了十二个宜居行星,还有十二个宇航​​员被派去探索他们。特别是,一个系统具有三个可能居住的行星,而现在的英雄Cooper的任务是,通过虫洞驾驶一艘太空飞船,找出哪个行星更适合为人类提供垂死的地球的新家园。 继续阅读