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科幻电影中的物理学

科幻电影是好莱坞类型电影里的一个分支。它的情节往往包括了

各类各样的科学奇想，有依附于现有已知科学定理的，也有关于以后

图景的超前假想。和其它类型电影一样，科幻电影是电影工业化的产

物，其人物、叙事和主题都有必然的模式，就像批量生产的圣诞节商

品，要紧目的是知足人的娱乐需求。作为类型电影的缺点也很明显，

大部份科幻电影往往注重视觉奇迹而缺少深刻的内涵。固然，其中也

不乏一些在美学、思想和历史上有价值的经典作品。以下，我将例举

最近看了一些科幻电影其中有一些新颖的现象，最为科幻影视作品所

钟情的物理元素，从中探访科幻电影和科学尤其是物理学之间的联

系。

还记得20世纪60年代的科幻电影杰作《决战猩球》吗？

三名宇航员在太空飞行中意外被卷入“时刻空洞”（物理学专出

名词），被迫降落在一颗由猩猩统治的陌生星球上，而那颗星球其实

确实是几千年后的地球。物理学家反复咀嚼这部电影的情节以后发

觉：很多人以为狭义相对论使得时空旅行成为可能，可是那个例子恰

恰说明，狭义相对论使时空旅行成为一种挑战。

依照狭义相对论，在这部电影里，以这几名宇航员自身为参考系，

他们持续飞行了一年半，而其间地球上的光阴已飞逝了2000年。依

照狭义相对论法那么，这是真实的一幕。可是，这怎么可能呢？因为，

不管从哪个参考系进行观测，光速(c)都是恒定的，通过一系列逻辑推

理，爱因斯坦证明了：两个事件之间的时刻距离长度，取决于你对之

进行观测的参考系，因此自但是然就会有如此的结果。

依照狭义相对论，任何质量不为零的物质，其运动速度都不可能

超过光速。可是，当你运动的速度足够接近光速的时候，就会显现时

刻膨胀。时刻膨胀公式如下：Tship=Tearth(1-v2/c2)1/2(以上公式显

示，相关于地球来讲，太空船必需以v=的平均速度飞行，才能取得

《决战猩球》中那么长的时刻膨胀量。)因此，尽管从理论上来讲，

假设你的飞行速度足够接近光速，你就能够专门快抵达一个地址。可

是，当你抵达目的地时，你很难弄清楚地球上今夕是何年，总统是何

人。当你返回地球时，你的小孩可能比你还老。

在恐怖科幻电影《黑洞表面》中，精神状态不稳固的威尔博士向

咱们描述了一个人如何才可能绕过狭义相对论中的光速极限：威尔博

士拿了一张纸，在纸的两头画了两个记号，表示这两个记号是距离能

多远就有多远的两个地址。然后，他把纸折起来，让那两个记号彼此

挨着。他说明说，假设咱们对空间也能够这么做，而且能够跳跃穿越

如此的“捷径”的话，咱们就能够在距离极为遥远的星系里以极短的

时刻穿梭旅行，而可不能违抗狭义相对论中所指的物质运动速度不可

能超过光速这一原那么。是的，威尔博士尽管很疯狂，但他可不笨。

显然，他对广义相对论也略知一二。

广义相对论称，物质能够让时空弯曲。因此，从理论上来讲，假

设你能够制造一个足够大的引力场，你就能够在时空中把遥远的两个

地址拉在一路，超级接近。那个假想听起来前景光明，但仍有几个大

问题：第一，任何一个引力场，假设它足够壮大，能够做到以上假设

的话，那它就会摧毁你的宇宙飞船。第二，制造如此一个引力场所需

要的能量之大，是完全超乎咱们的想像的。第三，即便你找取得一条

连接两个端点的途径的话，你也可能陷入上面两点提到的麻烦里去。

但是，电影中那艘“地平线号”破飞船命中注定仍是找到了那条

捷径。不幸的是，那艘飞船进入了咱们所知宇宙之外的一个混沌世界，

玩完了，许多恐怖和不快事件发生在飞船全部乘员身上。

电影中的伪科学与失重形成对照的是一些科幻电影中显现了一

种重力极大的物体黑洞。在影片《银河访客》(GalaxyQuest)将要终止

的时候，舵手汤米拉雷多(TommyLaredo)告知贾森尼史密斯船长(Capt.

JasonNesmith)NSEA爱惜者号必需穿过黑洞才能返回地球。在迪斯尼

公司的影片《黑洞》(TheBlackHole)中一名太空船船员穿过黑洞抵达

了另一个遥远的地址。问题在于，人是不可能穿越黑洞的。黑洞是由

一颗寿命将尽的恒星坍缩形成的，该恒星的质量至少应比太阳大三

倍。恒星坍缩后，其核心部份的密度极高，产生的重力是如此之大，

以致任何物质乃至包括光都无法逃脱。黑洞并非是一个隧道。任何进

入黑洞边缘或其视界的物体都会掉进黑洞。它内部的重力会把任何物

体撕个粉碎。关于黑洞的一个错误观念是它们会像一部庞大的吸尘器

那样将周围的一切都吸进去。这并非完全正确，