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看《星际穿越》科学顾问如何回应科学吐槽 转自果壳

2014-11-29 21:18

 

《星际穿越》中永恒号即将进入虫洞的场景。图片来源:华纳兄弟。

电影《星际穿越》上映后,不仅在观众中引发了黑洞虫洞科普热,也在科学圈内引发了吐槽热——果壳网“科学人”就汇总过不少科学家的吐槽(详见:科学圈怎么吐槽《星际穿越》?)。这些槽点真是影片在科学设定上出现了bug吗?

事实上,在电影正式上映的同时,该片科学顾问兼制片人、美国加州理工大学的理论物理学家基普·索恩(Kip Thorne)也同步出版了一本新书,名为《〈星际穿越〉的科学》(The Science of Interstellar)。在这本书里,索恩透露了许多电影中没有明确说明的科学设定,以及设定和实际影片的差异,恰好能够回应人们吐出的不少槽点。

基普·索恩的新书《〈星际穿越〉的科学》,详细介绍了这部影片的科学设定。图片来源:mshcdn.com

问题:“卡冈图雅”自转到底有多快?

旋转黑洞会导致很复杂的星象场,也会导致黑洞本身和吸积盘左右看起来不对称。

如果按照导演诺兰的要求,米勒行星上的1个小时等于地球上的7年,那么“卡冈图雅”的自转几乎需要达到黑洞的最大可能自转(仅比最大可能自转慢100万亿分之一)。索恩在科学设定中使用的都是这样的自转速度。

然而诺兰对广大电影观众是很负责任的,为了减少这种不对称和复杂的背景带来的困惑,他把卡冈图雅的自转降到了最大可能自转的 60%。

补充说明:克尔黑洞的自转受到广义相对论的限制,如果旋转再快的话,裸奇点就会出现,这在目前的大多数理论中不被允许。无论运动多快的物质进入到黑洞,都不可能再增加黑洞的自转。高速旋转的极端克尔黑洞周围会看到很多复杂的现象。

问题:这些行星的能量来源是什么?

能量的来源,就是电影中“卡冈图雅”周围那些发光的东西,也被称为吸积盘。这是一个非常非常薄的盘,环绕黑洞一周。吸积盘在引力的吸引下围绕黑洞旋转,由于靠近黑洞的部分和远离黑洞的部分转动速度不一样,物质之间存在“摩擦”,因而发光发热,于是引力能量就通过这种辐射的方式被释放出来。能量释放的过程,吸积盘内的磁场也起了重要作用。

问题:“卡冈图雅”吸积盘里的物质是从哪里来的?

“卡冈图雅”的吸积盘是它撕掉一颗红巨星之后捕获的。如果一颗恒星不小心太过靠近黑洞,它就有可能被潮汐力彻底撕碎。一颗几乎径直冲向“卡冈图雅”的红巨星一旦开始受到“卡冈图雅”的影响,24 小时之后就已经把持不住,被撕碎了。

按照设定,“卡冈图雅”周边的吸积盘,是大黑洞撕掉了一颗红巨星之后捕获的。不过这张示意图中的黑洞,就远没有电影《星际穿越》里那么真实了。图片来源:huffingtonpost.com

问题:为什么靠近黑洞的人没有被吸积盘的辐射杀死?

黑洞的视觉效果呈现—— 一团发光物质围绕着它,并逐渐被引力吞掉——是相当合理的。但是如果你进入了这个区域,那你要么会被灼热的伽马辐射杀死,要么会被引力撕开。
                   —— 罗伯托·特罗塔(Roberto Trotta),天体物理学家,英国伦敦帝国学院高级讲师

“卡冈图雅”吸积盘的温度只有几千度,与大多数黑洞吸积盘不同。而太阳的表面温度也不过 5500 ℃,太阳光中高能的 X 射线、伽马射线很少,对地球上的我们无害。同样,温度只有几千度的吸积盘,对“卡冈图雅”的3颗行星是无害的。

补充说明:吸积盘的温度与吸积物质的多少等因素相关,单位时间内吸积的物质越多,吸积盘的温度就越高。按照设定,“卡冈图雅”已经很久没有吃到东西了,饿到了极度“贫血”的地步,所以吸积盘的温度就降下来了。

问题:为什么电影中的黑洞的吸积盘没有相对论束流效应?

但是他们好像忽略了多普勒效应和相对论性射束效应。吸积盘快速环绕着黑洞旋转,其中总会有些面向观察者飞来、另一些远离观察者而去,飞来的那些物质看起来应该更蓝也更亮才对。
                   —— 罗伯特·奈耶(Robert Naeye),天文学家,《天空和望远镜》杂志总编

旋转黑洞的吸积盘确实会导致一侧更亮且呈现

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