科幻电影中的物理常理

浅析 星际迷航 11 中的物理常理 120301064 刘莹 历史系 星际迷航 是根据美国著名科幻影视剧系列 星际迷航 改编的电影 由杰弗里 雅各布 艾布拉姆斯导演 本片是 星际迷航 系列电影第 11 部 其主要角色为 星际迷航 原 初系列 的人物 并由新一代的年轻演员饰演 电影描述了詹 姆斯 T 柯克与斯波克在联邦星舰企业号上相遇 并协力对抗 未来的罗慕伦人尼罗的情节 它描述了一个乐观的未来世界 人类同众多外星种族一道 战胜疾病 种族差异 贫穷 偏执与战争 建立起一个强大的 文明 随后一代又一代的探险家们又把目光投向深邃的宇宙 竞相探索银河系 寻找新的世界 发现新的文明 散播和平与 理解 星际迷航 11 以超凡的视觉效果 一波三折的情节 无愧 于继星球大战系列之后的又一部科幻类史诗级大作的称号 在这部电影中 涉及到了许多物理现象 那么这些现象符 合物理常理吗 现实生活中能够实现吗 1 人工黑洞 电影中 由于超新星的出现 人们创造一个人工黑洞 想 通过携带 红物质 red matter 的飞船 水母号 消灭超新 星 然而 黑洞的视界困住了星舰 并把它们送到了过去 在 最后被点燃的红物质在纳拉达号的甲板上层制造出了一个黑洞 纳拉达船员们射出并引爆了所有的曲速反应核 爆炸产生的冲 击波将星舰推离了黑洞 这就是人工黑洞的产生 2 翘曲飞行 为了实现超空间旅行 五花八门的幻想特技在 星际迷航 中轮番上阵 翘曲飞行 虫洞 三维传输器 全息幻觉甲板 等等 对观众来说 翘曲飞行是一种炫技 但对 企业号 来说 这是它的基本技能 为了故事情节的需要 主角必须在光年量 级的银河系中 迅速地从地球到达另一星球 企业号的翘曲飞行 是将普通空间中距离甚远的出发地和 目的地 在高维空间上重叠在一起 从而来实现超光速旅行 并且随着企业号的升级换代 这个公式还被不断加入新的参数 来进行修正和完善 尽管它从未直接在电视画面中出现过 科普作家张旭表示 从柏拉图到牛顿再到爱因斯坦 虽然 物理学概念理论已经天翻地覆 但支撑物理学的因果律岿然不 动 比如 炮弹要先打出炮膛才能击中敌人 不可能炮弹先击 中敌人再打出炮膛 相对论不允许超光速 因为超光速破坏因 果律 物理的逻辑性就消失了 星际迷航 聪明地使用了翘曲飞行 既不破坏因果律 又 实现了超光速 表面上 它是在很短时间里到达光速都到达不 了的地方 实际上飞船在负能量密度的奇异物的支持下 改变 空间物理结构 建立捷径缩短空间距离 让太空船在时间上 打败光速 航行 3 虫洞 在宇宙中 穿越 美国理论物理学家索恩 Kip Thorn 提出的著名 虫洞 理 论和翘曲飞行有异曲同工之妙 1916 年 爱因斯坦广义相对论 发表后的几个月 史瓦西在爱因斯坦引力场方程里发现了一个 解 著名的史瓦西解 1935 年 爱因斯坦和其学术助手罗森 在一篇论文中 把连接宇宙中两个遥远区域之间的假想通道称 为 桥 后来这被称为 爱因斯坦 罗森桥 也就是 虫 洞 假设我们生活的普通宇宙是一个苹果 人类是生活在宇宙 表面的虫子 他们只有能力在表面爬来爬去 如果有一天他们 认识到他们说明的果面是曲面 并且具备了咬穿果面的能力 虫子在苹果里 咬 了一个洞 那么 从一地到另一地的距离 就也要比果面距离短很多 我们的宇宙未必就是平直的 朴素 的 有可能存在更高维的空间 地球距离织女星是 26 5 光年 但若通过一条虫洞连接它们的话 也许就才 1 千米 不过 以虫洞来进行超光速旅行所面临的问题 那就是怎 样保证虫洞的开放时间 索恩的最终设想是以具有 负能量密 度 的奇异物作为保持虫洞持续开放的物质条件 由此虫洞将 被改造成违背因果律的时间机器用于星际航行 此外 用两个 黑洞来作为虫洞也成为一种假设也被提出 4 光波传送 回到过去 飞往未来 星际迷航 11 中 年少不羁的寇克被分解成 量子 被 放逐到雪地里 遇到怪物袭击 意外地见到了老年史巴克 寇克的这一奇遇之旅是 企业号 的 光波传送系统 实 现的 这一高科技传送装置也是一时间机器 能让企业号的成 员到达任何地方 这一装置是虚构的 可为了实现时间旅行 众多的时间机器被设计出来 而其相关理论都源自这样一个观 念 和构成空间的三个维度一样 时间也是一个可变的维度 1905 年之前 物理学家们认为 时间如同一支射向未来的 箭 射出了就不会转向 而要想让时间倒转 就需要超光速 然而 光速是一个无法逾越的极限 李淼指出 无论是经典力 学还是量子力学 光速都是无法超越的 然而也有特殊情况 那就是在量子力学范畴中的纠缠态 量子物理学认为 一对相 互作用的微观粒子可能有着某种特定的联系 对其中一个粒子 作用 可能同时对另外一个同时产生影响 即使两者已经相距 很远 很显然 这种同时作用超越了光速 与此同时 科学界无数的假说在破解着超光速的难题 从 而为时间机器的超光速之旅找到依据 1937 年 荷兰物理学家 J van Stockum 从爱因斯坦场方程中得到一个解 指出有一根 快速旋转而又无限长的柱体重力场 这样一个场将会违反因果 律 它允许出现连接两个时空的闭合类时间曲线 1949 年 奥 地利数学家哥德尔 Kurt Godel 发现一个爱因斯坦场方程的解 描述了一个旋转但既不膨胀也不收缩的全宇宙 从理论上而言 它允许时间旅行 当然 我们观测到的宇宙正在膨胀 但并没 有呈现出转动 李淼指出 尽管现在出现了一些对爱因斯坦场 方程的解 但目前对于时间机器的假说中大都是关于这种闭合 的类时曲线 科学与科幻总是在双向推进 出现在科幻影片中的一些高 科技正逐渐变成我们的现实 下面就是一些现实中的技术 1 军用激光枪 单兵便携式非致命激光步枪 是由美国空军研究实验室定 向能总部研制成功的 它采用一种带有两个不同波长的激光系 统可使敌人暂时失明 它与 星际迷航 中的光炮来福枪颇为 相似 2 透明铝盔甲 透明铝盔甲已被美国军方作为一种轻型 高强度材料进行 测试 ALON 是一种类陶瓷材料 具有非常高的耐压强度和耐久 性 比传统玻璃钢材料的性能更出色 星际迷航 中的透明铝 材料与 ALON 有着相似之处 3 语言翻译器 星际迷航 中 企业 号成员经常会接触星系中其他智能 生命 当遇到不同星球的语言时 他们会使用 宇宙翻译器