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星际穿越,一场跨越时空的父女之爱 精选

已有 13622 次阅读 2014-11-16 13:21 |个人分类:热点新闻|系统分类:观点评述| 虫洞, 电影, 黑洞, 星际穿越

在我的记忆中,从小时候开始我就有个天文学家的梦想。但是造化弄人,三、四十多年过去了,各种阴差阳错终于让我明白这个梦想不再可能实现了。有了自己的孩子,就寄希望于他能帮我完成这个梦想。因此,从他刚知道如何用语言交流之时,我就给他灌输了一些天文学知识,并暗示他自己是一个小小的天文学家。别说,这一招还真奏效,他在读幼儿园的时候,就知道了黑洞、白洞、虫洞等等,还能绘声绘色地描绘加自己的想象,告诉别人一个非常有趣的宇宙空间。这同时也唬住了其他的亲友们,别人在送他的礼物中就有很多与天文学有关的书籍和玩具,比如天文望远镜呀,太阳系拼图呀之类的。随着年龄增长,他显然并没有表现出对天文学的特别兴趣。小学三年级的时候,我帮他购买了史蒂芬·霍金的《时间简史》。不知道他当时是否看了这本书,只是他最近告诉我(现正读初二),已经将这本书看完第二遍了。而且,还要继续与我探讨了关于黑洞和虫洞的问题,无奈他刚开始学物理课,许多问题显然难于理解,又加上我自己对于有些问题的理解也是半吊子,很难深入探讨下去,因为细微之处我也解释不清楚。

周五(11月14日)晚,他期中考试结束了,在家沉浸在电脑游戏中。吃完晚饭,我问他是否想去看电影,目前正在热映的《星际穿越》(Interstellar)怎么样?他从网上看了一下介绍,马上就关闭了游戏,异常兴奋地答应了。于是,从选电影院到网上购票,乘车去电影院,总共花费不到半小时,来了一场说看就看的电影。显然,这部电影很对我们父子的口味。看电影的整个过程很是享受,而且我们还不时就电影中的内容进行小声讨论。电影不算短,有两个多小时,但我们还是觉得时间过得太快。电影讲述一队探险者根据基普·索恩的理论,突破科学极限、穿越虫洞进行的太空冒险,为人类寻找新家园的故事。不过,电影的前半小时有些磨人,几乎与星际旅行没有任何关联。但也就是这样一个有血有肉的故事情节,让整个故事跌宕起伏,演义了一场跨越时空的父女之爱,一部催人泪下的科幻片

对这部电影关注的人很多。2014年11月7日在美国首映,11月12日在中国大陆首映,很快网上就充斥了各种影评,从各种角度评论的都有。与其他类型影片不同的是,有关科幻片的影评大多是从科学角度来“挑刺”的。这部片子当然也不例外,那么我也就不凑这个热闹了。其实,有些著名的科学大刊也对该片充满着兴趣,比如11月13日出版的Nature,就以Space-time visionary为题,采访了这部电影的“始作俑者”——理论物理学家基普·索恩(Kip Thorne)。多亏了索恩,让真正的科学能嵌入到克里斯托弗·诺兰(Christopher Nolan)的电影《星际穿越》中,也让我们这些科幻迷获得了更有趣的饭后谈资。索恩在该文中讲述了他从这部将黑洞和虫洞空前可视化的影片中学到了什么,以后在教学和撰写书籍时应该如何做,以及人类脱离太阳系的可能性。

索恩现年74岁,美国理论物理学家,其主要贡献就是引力物理和天体物理学领域,着重于对相对论性星体和黑洞,特别是引力波的研究,是当今世界上研究广义相对论下的天体物理学领域的领导者之一。很多活跃于相关领域的新一代科学家都曾经过他的培养和训练。他和霍金,以及美国天文学家和科幻小说作家卡尔·萨根(Carl Sagan)保持了长期的好友和同事关系。对于公众而言,索恩最著名且富有争议的理论可能就是他关于虫洞或许能够作为时间旅行工具的假说。不过,索恩真正的科学贡献其实涵盖了广义相对论里以时空和引力本性为中心的几乎全部的话题。曾出版著作《黑洞与时间弯曲——爱因斯坦的幽灵》等书。美国的PBS电视网和英国的BBC电视网都播放过索恩关于黑洞、引力波、相对论、时间旅行以及虫洞等主题的公众演讲节目。下面是他接受Nature采访的几个问题。

 1)《星际穿越》是怎么来的?

我一直对黑洞在进行研究,自1980年代以来,我又在研究虫洞——可连接遥远宇宙的假设隧道空间。大约八年前,我和我的一位电影制片人朋友琳达·奥布斯特(Lynda Obst),想推出一个有关“扭曲的宇宙”(warped side of the Universe)的电影集,讲述黑洞,虫洞,高维空间和超越等话题。导演史提芬·斯皮尔伯格( Steven Spielberg)对此产生了兴趣,就让乔纳诺兰(Jonathan 'Jonah' Nolan)来写剧本。史提芬后来退出了,乔纳的兄弟克里斯托弗·诺兰(Christopher Nolan)接任导演和最终的编剧。他们哥俩几乎完全改变了我们原来的故事,但保留了扭曲时空的情节,并且出色地用电影视觉手段将真正科学编织到科幻之中。在不违反物理规律的前提下,所有的大胆猜测都来自于科学,而不只是编剧的胡乱遐想。

2)您在开发过程中如何操作?

当诺兰兄弟在精心制作电影剧本之时,我们每隔几周就见一次面,对科学想象进行头脑风暴。在黑洞和虫洞的视觉效果上,我与奥斯卡奖得主保罗·富兰克林(Paul Franklin)和他在伦敦的Double Negative Visual Effects团队合作。

黑洞不发光,所以只能通过引力透镜才能看到,它们会让从其他天体发出的光线弯曲。我根据爱因斯坦的广义相对论方程,建立了用三个参数来描述虫洞的方程,这三个参数是虫洞连接外宇宙的直径、内部长度和耀斑程度。保罗的团队用我的方程来计算相机在穿过虫洞时可看到什么;通过精心考察这些图像,克里斯托弗选择了用于《星际穿越》中虫洞的参数值。

3)您获悉了什么新东西吗?

随着技术的发展,计算威力已经超过了普通物理学家的使用要求,能用于IMAX分辨率快速变化影像的设计软件也相继出现,我们可以利用此来看到一些前所未见的东西。我们可以模拟一个快速旋转的黑洞和恒星场,我们发现在靠近黑洞阴影边缘的地方星光是一个异常复杂的、类似指纹一样的模式,这都来自这个引力透镜。有些区域的恒星看起来像是静止的,而其他的一些星星则在打转。当我们第一次看到这样的情形,我认为我们做错了。现在我们认为它是相机中“过去光锥”(past light cone)引起的复杂焦散作用(褶皱),就像阳光明媚的游泳池底部的模式。这缠绕在天空中很多次,因为黑洞的旋转让空间产生了漩涡。

4)有文化冲突吗?

不,完全可以接受这种艺术与科学的融合,这可扩展到四个主要演员。马修·麦康纳(Matthew McConaughey)和安妮·海瑟薇(Anne Hathaway)与我进行了深入的讨论,他们试图理解科学。迈克尔·坚(Michael Caine)要与我一起拍张照片,弄得我我目瞪口呆。他告诉我,他的性格与我有些类似,他想谈谈一个理论物理学家是如何思考的。杰西卡·查斯顿(Jessica Chastain)希望得到量子方程方面的帮助。最好的事情就是与这些有才气的、求知欲如此之强的来自不同领域的艺术家一起工作。 

5)星际旅行有可能吗?

离我们最近的可能适合居住的行星,在太阳系外12光年(3.7秒差距)处,绕鲸鱼座恒星τ Ceti旋转。如果你认为从纽约到珀斯、澳大利亚,然后从地球到月球的距离大约是7厘米。这会给你带来一些挑战。我认为人类将会使这样的旅程变成现实,并非本世纪或下世纪,或许是下下个世纪。这真的太难了!对科幻故事来说,在下个世纪让一个更高级的文明来为我们创造虫洞似乎是唯一的做法,否则是不可能的,但这并非像虫洞的存在。你必须维持他们以“负能量”开始,但是物理学定律似乎并不可能允许您收集到足够的负能量。当然也没有证据证明他们不存在。

6)物理学领域目前让您兴奋的是什么?

我的热情是理解扭曲时空的非线性动力学,这一研究的理想场地是黑洞碰撞。在未来几年我们将有很大可能探测这种碰撞所产生的引力波——时空织物上的涟漪。结合计算机模拟和引力波观测,真的能让我们的双眼观测到扭曲空间和扭曲时间的疯狂动态行为。谁能知道,或许我们下一部电影就将涉及到黑洞碰撞。让我们拭目以待吧!


参考资料:
Kip Thorne. Nature 515, 196–197 (13 November 2014) doi:10.1038/515196a, Published online 12 November 2014

 



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