来自 影视资讯 2019-10-16 22:34 的文章
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引力是以太,他已经解开了老布兰德的引力方程

1关于维度
爱因斯坦的广义相对说的我们生活在4维时空(1维时间+3维黎曼空间-过一点不能做一条直线与已知直线平行);量子力学除了以上4维,还有粒子自旋空间(量子尺度);超弦理论需要10维空间,貌似现在M理论(超弦理论升级版,就是影片里说的宇宙终极方程式,认知宇宙万物)需要11维。
2关于时间变慢效应
运动的时间变慢,这个是狭义相对论的时空三效应之一(另外两个是运动的长度变短和运动的质量变大),并且给出了计算公式(爱因斯坦真大神也):t1=t0 / 根号(1-v^2/c^2),其中t1为相对静止参考系时间(影片里对应为永恒号飞船),t0为运动系时间(影片里对应为围绕黑洞运行的行星),v为运动系速度,c为真空中光速,可以定量计算出时间变慢了多少。
实际上这个效应我们每天都在用,你手机,汽车的导航通过GPS卫星定位,而GPS卫星因为绕地球旋转,相对地球有很大速度,卫星时钟会变慢(虽然很微小),累积后产生较大定位偏差,所以会定时校准卫星时钟。
PS:通过简单推导,可知强引力也可以让时间变慢,这也是围绕黑洞旋转的行星1小时等于飞船上7年的原因。
3关于高维空间体验
低维对高维来说是通透的,不存在内和外的区别,按理说男猪脚能看到三3维物体内部。通过4维空间观察,比如看一个人,能看见时间流逝,你能看到他从出生到死亡的一切过程,就像电影胶片一样;4维空间看到一支时间线,而5维空间能看到这个人所有时间线,也就是各种可能的人生和未来(平行时空)。
4关于男猪脚在超立方体和女儿交流
男猪脚身处5维,可以影响3维的空间曲率来改变重力,当然也可以改变时间速率,从而进行间接通信。
可以想象下身处3维的2维生物如何与一个2维平面的2维生物通信。
他给女儿的数据,是解开终极方程,解决相对论(引力)和量子力学的内秉矛盾(也是现在物理学最大难题),发现引力的本质,得以操控或者平衡3维地球的引力,所以才能让巨大的飞船升空,载上所有剩余人类离开地球。
4关于时间悖论
在量子论中,没有所谓的“时间悖论”,量子纠缠效应已经实验证实了,事件可以发生了,再去决定如何发生的,不存在我们日常经验的“因果性”,这也是爱因斯坦为代表的经典物理学家最不能接受的地方。所以男猪脚可以在未来给过去发送信息,从而导致自己现在所处的未来发生,形成时间死循环。
5关于影片里的‘’爱‘’
如果大学学过薛定谔著名的波动方程,知道粒子按照波动方程给出的概率在空间弥漫分布,直至被观测时(意识)波函数坍缩,粒子位置确定。电影里面将量子力学所说的“意识”包裹在布兰德对男友,以及男猪脚对女儿的爱(意识)的说明里头;他们在争论去哪颗星球探索时候,布兰德一大篇关于爱的直觉和理论推导哪个正确的说辞(‘’爱和引力可以超越维度‘’),最后证明布兰德正确,同时男猪脚也通过爱在5维无限的时空中定位想要的女儿所在的时空。
将‘’意识‘’引进物理学,这也是量子力学最惊世骇俗的地方,你还别不信,这里面有复杂艰深的数学和物理学推导,各种得了诺贝尔奖的科学家进行了研究和支持。
6关于引力可以穿越维度
我们已知的宇宙3种最基本的力(引力,电磁力,强核力,弱核力)中,引力强度要远远远远小于其他3种基本力,为什么引力如此小?这让物理学家一直不解。M理论中,引力子是一种特殊的闭合弦,可以从3维空间逃逸到更高维的空间,也就是说,引力被分散到了高维空间,所以它显得如此的弱,这也就是电影中说引力可以穿越时空,进行不同维度间的通信。
7吐槽
a.其实觉得只要没发生毁灭性的灾难,完全没必要抛弃地球去外太空找宜居地啊,从成本、可行性和当时地球状况来看,改造地球是更合理的选择。
b.他们到了那颗围绕黑洞旋转的行星,引力已经大到让时间变慢6万倍,这么大的引力早就将行星撕裂了。

《引力是什么?》这是一本很棒的科普书,没有晦涩的理论和烦人的公式,单纯讲述引力的历史。通过引力是什么,这个问题揭示了人类认识世界的历史过程,抬头仰望星空,低头察看跟星空一样浩瀚的微粒世界。引力是以太?引力是万有?引力真的存在?伟大的科学家亚里士多德、牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦都用他们天才的灵感令人类对宇宙的空间认识以10亿米级(或10亿分之一米)扩展,后来的科学家也追随者巨人的脚步不断前行。

神人无功

事物永远不是你所以为的,你以为的永远只是你以为的。引力的历史同时也验证了那句真理,“这世上,唯一永恒不变的就是——变!”引力是什么?这会是终极问题?这个问题会是打开宇宙万物的神秘之钥?

未来某年,地球人口暴涨。300亿?600亿?不知道。反正人们很怀念只有60亿的时代。沙尘暴肆虐,植物大部分已经灭种。植物少了,氧气也开始稀薄。全人类将在至多50年时间里,在窒息或饥饿中灭绝。

此书为图灵(TURING)出版,其作者大栗博司是日本的物理学家(1962年出生),科学博士(东京大学,1989),美国加州理工学院理论物理讲席教授,理论物理研究所所长,日本东京大学数学物理联合宇宙研究机构主任,专业是基本粒子理论。著作前沿物理三部曲《引力是什么》、《强力与弱力》、《超弦理论》。

美国前宇航员库珀被征召回去参加拯救人类的“拉撒路计划”,在宇宙中寻找适合人类生存的星球。他被告知有两个计划:A:把人类转移过去;B:只运送几百个受精卵到新星球“殖民”,以这种方式延续人类。但是这样的星球很远,所以他们只能穿过超时空的“虫洞”,用大约10年的时间来完成常规几百年的旅程。

关键词:力,以太,万有引力,相对论,潮汐力、GPS卫星定位、光的波粒二象性、量子力学(薛定谔的猫,一切皆不确定),弦理论,超弦理论(超对称性的“超”)

当飞船到达第一个目标星球时,宇航员发现根本不具备适合人类生存的条件。更悲摧的是,他们这时才知道,计划A根本就是一个骗局。主持这项计划的布兰德教授因为一个引力方程无解,根本不可能把地球人类转移出来。因此,他们只能飞往第二个目标星球去完成计划B。

一、物理学的理论是以“10亿”米的步伐发展

新的航程开始了,由于燃料不足,库珀把自己当作反作用力反方向飞回地球,以给布兰德教授的女儿——年轻漂亮的小布兰德教授的飞行舱有足够的作用力到达目的地。回到地球时,库珀由于穿越黑洞时的“钟慢效应”,比他离开地球时只有10岁的女儿墨菲还要年轻。可是现在他在一个五维空间里,能看见女儿却无法交流。着急的是,他已经解开了老布兰德的引力方程——计划A可以实现!

10亿*10亿*10亿米(通过光能看到的宇宙尽头)或许爱因斯坦的语言“引力波”能解开这么大世界的面纱

对家人和人类的爱使他终于想出办法,把方程解传输给了已在美国航天局工作的墨菲。待到库珀最终被转移到人类建造的“库珀空间站”时,中年的他终于在病房里见到了耄耋之年的女儿墨菲。在女儿的鼓励下,库珀又重登征程,去会合执行计划B的小布兰德。

10亿*10亿米(星系的大小)爱因斯坦的相对论

这就是最近上映的美国科幻片《星际穿越》里的故事。除了豪华的导演和演员阵容,编剧是本片一大亮点:第一编剧是当下世界一流的天体物理学家基普?索恩。

10亿米(月亮的轨道)牛顿万有引力

索恩也许大家不熟,霍金总知道吧——那位坐在轮椅上的物理大师。索恩就是霍金的好友,而且还是“赌友”。上世纪这俩人开了两个“赌局”——天鹅X-1星是否傍有一个黑洞,黑洞信息是否守恒,两次都以霍金失败而告终。

1~2米(人的高度)向上宏观,向下微观

由这样一位内行操刀剧本,足值的科学含量使这部电影成为“硬科幻”。有人说这部影片“既催泪又烧脑”。“催泪”嘛,多准备几张纸巾就行;而“烧脑”,我们就不得不预习一下功课。

10亿分之一米纳米科学麦克斯韦电磁学

穿越时空的隧道

10亿分之一*10亿分之一基本粒子的标准模型量子力学,超弦理论

“虫洞”是索恩的导师惠勒在1957年首次使用的概念,尽管这个理论早在1935年由爱因斯坦已经提出。好比一个苹果上的一条小虫,要从苹果的一端到达另一端,它只能沿着苹果表面爬过一条弧线的路径。恰好它又是一条蛀虫,它就蛀出一个“虫洞”,直线到达目的地。更奇异的是,苹果表面是一个二维空间,而“虫洞”却是三维空间。

二、宏观方向的宇宙

至于宇宙航行呢?相对论已经证明空间是弯曲的,从任何一个星球发出一束光线,只要时间足够长,它一定会回到这个星球。因此,在四维时空(三维空间加一维时间)航行,从星球A到达星球B,最短的航线是一条弧线。但空间曲线并不是平滑的,如果在某处有一个质量特别密集的“黑洞”,就会形成一个漏斗形的凹陷。

1、引力的性质和不可思议

假设星球A旁有一个黑洞A,星球B旁有一个黑洞B,这两个黑洞就象两条蛀虫在常规的弧线航线上“蛀”出两个凹陷,最后两个黑洞接通,就形成了一个五维时空的“虫洞”。

1.1引力是“力”

通过“虫洞”这个“时空隧道”,原本漫长的旅程就变得几乎可以即时到达。影片中老布兰德教授形象地比喻:一张平铺的白纸上的两个点,连接它们需要一条漫长的直线。如果把这张纸对叠过来,让两个点重合,那么从此点到彼点就只有两张纸的厚度。

首先,引力是“力”,力为何物?亚里士多德时代,人们认为物质分为水、火、土和空气四元素,为解释天体的运动,人们有将天上的物体归为以太(第五元素)组成。牛顿颠覆了这个观点,明确定义了“力”,即能够改变物体运动状态的一切都是“力”。根据牛顿的力学定义,物理学被确立为记述“物体”和作用于物理的”力”所产生的现象的学问。物体的自由落体运动必然受到一种叫做地球引力的“力”改变了它的运动状态。

黑洞也是惠勒提出的概念(这个奇思妙想的家伙),尽管理论和实验远在概念提出前。1915年,德国物理学家史瓦西就根据相对论推导出一个“史瓦西半径”,认为任何天体,只要它的质量被压缩到这个半径之内,则内部或从外部进入的任何物质,哪怕是一束光线,都无法从中逃逸。比如说地球,如果压缩成一个只有几厘米直径的小乒乓球,也会成为一个黑洞。

1.2引力的强度(即大小如何?)

现在天体物理学的理论和实验已经证明,茫茫宇宙,有无数质量足够大的恒星,当它们的燃料耗尽的时候,由于强大的球心引力,星球坍缩至小于史瓦西半径,就成了无数个黑洞。已有大量的间接观测证据证明黑洞的存在。

非常弱。亨利.卡文迪许用过扭秤实验确认了物体间万有且如此弱的引力的存在

爱因斯坦的广义相对论的方法论特征就是物理学几何化,用几何形状来描述以前用代数量表述的物理原理。我们投掷的一颗手榴弹成抛物线最后落到地上,牛顿力学解释为引力现象。而爱因斯坦则说,这是因为地球的质量造成的空间弯曲,手榴弹不过是走了最短的路径。空间的曲率由质量决定,质量越大,曲率就越大。

1.3引力即使分开也能作用

所以引力强和空间曲率大,在爱因斯坦看来是两个等价的说法。但后一个说法能解释前一个说法不能解释的现象。比如说,太阳遮挡住的背后的一颗恒星,由于太阳的质量造成的空间弯曲,它的光线会转着弯绕过太阳,照射到我们的眼睛让我们看见。这个预言已经在1919年的天文观测中被证实。

引力即使分开也能作用,推导出引力场论。磁场中,在磁铁吸引的时候,具有传导力的粒子往来于两者之间的,引力也是如此。在苹果和地面以及月亮和地球之间也存在看不见的粒子在传导引力。姑且此粒子称之为引力子,但至今为发现其存在。

空间和时间在相对论上还是互相纠缠在一起的,而不是互相独立的。空间曲率加大与时间变慢是一物两面。就像一条有弹性的水管,把它弯成弧形时,时间就如水管的长度一样,同时也被拉长。一栋100层的大楼,住在1层的比住在100层的更接近地心,因此,引力更大,空间曲率更大,手表也更慢,所以1层会比100层的人更长寿。别小看这点差别,卫星定位如果不区分1层的时钟和100层的时钟,其导航就可能谬之千里。

1.4引力对一切物体的作用是一样的

宇航员进入黑洞、穿越“虫洞”会是什么情形?由于巨大的引力和空间曲率,时钟就会变得很慢很慢。穿过“虫洞”的库珀和小布兰德落到“虫洞”附近一个表面都是水的星球,由于“虫洞”造成的巨弯空间,他们的1小时就等于在空中飞船上的7年。所以他们花了几小时再回到飞船,在那里等候的宇航员已经长了23岁。

质量表示改变物体运动状态的难易程度,而重量表示引力的强度。为何同时苹果和铅球同时落地,为什么“动起来的难易程度”和“引力的强度”正好相互抵消彼此的效果呢?

“凡是可能的它就一定会发生”

1.5引力是“幻想”

在宏观世界,我们能观察到的至多是四维时空,多一维都是不可想象的。库珀回地球见女儿的五维空间是怎么回事呢?这样来想象吧:第五维空间是一条线,这条线的每一点上都系着一个四维时空球。所以,宏观世界的一个书架在五维空间的库珀那里就是无数个书架,而且是不同时间点的书架。

引力虽然不能像电磁力那样被屏蔽,但是可以让人感觉不到引力的效果(自由落体的人感觉不到引力,爱因斯坦本人说是“人生中最棒的灵感”)。引力具有因看法不同而发生变化的不可思议的性质。

打个比方吧。比如蚂蚁只有二维空间感觉,有一天他们集合去搬运一只呆在地上的蚂蚱。可是没想到这只蚂蚱是活的,当无数蚂蚁都看见蚂蚱的时候,蚂蚱腾空一跃,就在众目睽睽下消失了。因为蚂蚁看不到第三维空间,这对他们来说就是一个从有变无的“灵异事件”。然后一只蚂蚁物理学家提出,这个世界还有一个第三维空间,蚂蚱就是通过这个空间逃逸的。这个事件就得到了合理的解释,尽管它们还是无法想象。

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