读了一下编剧,著名黑洞物理学家基普.索恩(Kip Thorne)的书,试着解释一下吧。
下文中未特别强调的图片,都来自剧照,或索恩的书。
这并非索恩第一次与电影界合作,早在八十年代,著名天文学家、科普界的老前辈卡尔.萨根在创作其名著《接触》时,曾设想利用黑洞和时空弯曲来进行穿越,但他对技术细节不太有把握,所以向索恩求教。
索恩建议萨根改用虫洞。
在传统的广义相对论中,虫洞研究不受重视,大家都相信它不可能真的存在。
但Thorne经过仔细研究发现,在一定的特定条件下虫洞是可以稳定存在的,只要存在足够多的负能量奇异物质。
之后,虫洞的研究成为一个重要的科研对象。
负能量的物质虽然未必存在,但是量子力学的卡什米尔效应(Casimir Effect,Casimir effect)从效果上看能够产生低于真空的能量。
这可能是有史以来,文学艺术第一次反过来影响科学研究。
1995年,小说被改编为同名电影《接触》(或《超时空接触》),这次《星际穿越》电影,Thorne的作用更加重大,很多重要的设定是索恩提出来的,当然导演也有自己一定要坚持的设定,比如末日景象,时间循环,超立方体等等,所以最后的电影,在科学和逻辑上仍有一些漏洞。
在影片中,小女孩的书房里出现了奇怪的幽灵,书本会莫名其妙地掉到地上;沙尘暴肆虐而过,在地板上形成了莫尔斯码的结构;自动收割机莫名其妙地聚集在房间门口。
这一切看似玄幻。
在揭秘的过程中,男主角库伯和女儿居然无意中闯入国家宇航局。
到此,谜题才揭开。
原来,所有的一切,都是源于重力异常(gravity anomaly,不是量子理论中的gravitational anomaly):由于一些奇怪的原因,地球上不同地方的重力大小发生了改变。
这里顺便提一下自动收割机为什么也要收到影响:自动收割机要靠GPS系统来定位,由于GPS卫星是运行在高空的,引力不同与地面,时间流逝速度不同于地表,须考虑广义相对论效应(全球定位系统 (GPS) 是相对论的应用吗?),如果地面附近出现了引力反常,那么GPS系统也会紊乱,所以收割机们都跑到他家门了。
请注意,重力异常并未影响电磁场,电子线路还是正常工作的,收割机并非是电路收到干扰而受到影响的。
地球的重力是由万有引力产生的,由于地球的自转,不同地区的重力加速度数值会略有不同:赤道较小,两极较大。
同时,离地心越远,地球的重力加速度也越小。
此外,地下所含的矿物的密度不同,也会造成重力加速度的变化。
如果地下岩层含有铁矿等密度较大的矿石,那么地表的重力加速度会略高于普通岩层构成的地表;如果地下岩层含有空洞、地下湖泊或者矿物燃料,那么地表的重力加速度会略低。
所以,测定地表的重力加速度,反过来可以初步猜测地下有哪些矿物。
地球的重力加速度,其中蓝色出重力加速度较大,