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星際效應辨真偽

作者/吳俊輝    

上個月總算去看了電影《星際效應》,觀看前滿心期待,一方面覺得這下子我總算能回答媒體及親友的提問,不用再尷尬地承認自己還沒看,另方面也能見證影評所說「有史以來最合乎科學原理的影片之一」,因為該片的科學顧問及執行製作是知名的天文及重力物理學家基普‧索恩(Kip Thorne), 他是黑洞大師霍金教授的多年摯友。看完之後,除了深深讚賞片中以詩歌為重點旁白、在親情上的著墨、以及探討人類生存世界的崩壞之外,我反倒有點失落,不是片子拍得不好,而是在看完前面大約四分之一之後,我已經大概知道後面要演什麼了,因為劇情的主軸大多是依據目前已知的理論及邏輯在發展,較缺乏合乎科學邏輯的創意,不免令人小小失望,這或許是期待過高的後遺症。不過話說回來,片中也有不少違反已知科學的內容,這些內容大多出現於直接破哏的橋段中。讓我們來看看片中這些關於黑洞、蟲洞、時光流速、五維空間、機器人、星際空間站、宇宙飛船、太空旅行等內容,到底孰真孰偽,以及其中的啟發。


《星際效應》片中究竟有多少科學基礎和謬誤呢?
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人造重力

首先是一邊旋轉一邊前進的宇宙飛船和太空殖民地,大家如果仔細看,影片前段其實點出飛船在開始旋轉後才產生人造重力,這是依據愛因斯坦「等效原理」(Principle of Equivalence)的前身理論「弱原理」(Weak Principle),主張我們無法分辨重力效應和加速中之觀察者的感受,日常中的例子就是當電梯剛加速上升時,我們會覺得自己變重。這項科技已經漸趨成熟,以太空中半徑為50公尺的環形太空船來說,只要它大約14秒轉一圈(如影片中的宇宙飛船),或是讓半徑200公尺的環形太空站約每半分鐘轉一圈(如影片末的殖民太空站),就能讓上面的物體感受到和地表重力大小相同的離心假力。

然而物體只要離開這個旋轉半徑,它所受的等效重力之大小就不會和地表相同(如影片末的棒球破窗橋段),影片在這方面確實相當用心。

雙子悖論

影片中最感人的橋段莫過於結局父女相認時,父親比女兒年輕數十歲的那一幕,不只戲劇張力強,也有堅實的科學依據。根據相對論,受到重力越強的物體,時間會過得越慢,也就是當一個人乘著太空船進入黑洞時,外面遠處的人會看到太空船裡的時鐘越走越慢、裡面的人像是慢動作般趨於靜止。相反地,裡面的人所見到的外面世界則像是快轉影片,這和中國神話所說「天上一日、地上三年」的情境相仿,不禁讓人覺得神話似乎是由更高等文明生物所創。著名的雙子悖論就是在闡述這一點,設想原本同齡的雙胞胎中,其一離開地球進入太空旅行,經歷加速或經過黑洞附近再返回地球,他將發現自己比孿生兄弟年輕許多!這個現象在粒子加速器的實驗中證實,但尚未於生物上獲得實證,我相信在我們的有生之年應該見證得到(如果目前的理論是對的)。

五維空間

多維度空間的主要理論基礎是「弦論」,與其說弦論是物理,不如說它已發展得像是數學,因為目前已建構出的完備理論雖已達到11個時空維度,但尚無可靠的實驗方式能驗證四個已知時空之外的維度存在。這有點像是螞蟻數學家在思考長、寬兩個維度之外的第三個維度「高」時,一般的螞蟻會覺得很難理解,因為在螞蟻的世界裡並沒有跳躍和飛行,牠們只有前進、後退、左轉和右轉。因此要在人類所生存的四維時空中來談第五維,並不容易。影片中利用第五個維度(也就是空間中繼長寬高之外的第四維)來探討黑洞、蟲洞的物理及應用,學理上雖有據,但現實中仍有待實驗確認。

蟲洞

蟲洞簡單說就是連接兩個時空點的捷徑,科幻小說中的星際旅行常利用蟲洞,在學理上是將兩個相異位置的黑洞在更高的維度中連接起來,所以這個捷徑長度會小於兩黑洞在三度空間中的直線距離。然而進出蟲洞要面臨的問題其實和進出黑洞相同,任何生物都很難抵禦重力撕裂。影片中所利用的蟲洞顯然不是已知科學所認知的類型, 否則太空船將無法順利進出。部分網友批評,蟲洞既然是兩個黑洞在高維度的通道,那麼土星旁的蟲洞入口處黑洞應該早就將土星吸入,其實該說法就已知的學理而言是錯的, 因為黑洞的質量不一定要很大,就算是一支原子筆也可以形成黑洞,只要將它的質量擠壓到很小的體積內即可!


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