影片名称:星际穿越

导演:克里斯托弗·诺兰
主演:马修·麦康纳 / 安妮·海瑟薇 / 杰西卡·查斯坦
上映时间:2014-11-12
时长:169分钟
语言:英语
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在《星际穿越》中,为什么男主角在太空中经历的时间会变慢?

在《星际穿越》中,为什么男主角在太空中经历的时间会变慢?
2021-12-04

在《星际穿越》中,男主角与地球上的人所经历的时间存在巨大的差异,这是由黑洞的引力时间膨胀效应所引起的。爱因斯坦的广义相对论表明,对于身处不同引力场中的观察者而言,他们的时间流逝速率是不一样的,引力场越强的地方时间流逝速率越慢。简单来说,引力场的强度与天体的质量有关,天体的质量越大,使得周围时空的扭曲程度越大,则引力场越强。黑洞是宇宙中一种特殊的天体,它自身的物质被强大的重力极度压缩为奇点,而这个点会强烈扭曲周围时空,导致光线无法从中逃脱出来。只有在黑洞事件视界之外的空间,包括光在内的物质才有可能逃脱其引力束缚。越靠近黑洞的事件视界,引力场的强度将会急剧升高。

在这部影片中,男主角一行人第一个探索的行星被称作米勒行星。这颗行星不是绕着恒星旋转,而是绕着一个黑洞运行,并且它所处的轨道接近这个黑洞的事件视界。这就会导致米勒行星上的时间流逝速率与地球上存在巨大的差异,米勒行星上的1小时等同于地球上的7年。男主角一行人从降落到离开米勒行星,总共耗费了3个多小时,而用地球参照系的时间进行衡量,这相当于23年。此后,男主角又因为再次接近黑洞,而导致他所经历的时间进一步变慢五十多年。因此,当他回到地球之后,虽然他认为自己才离开地球没多少年,但地球上已经过去了几十年。

这部电影中的引力时间膨胀效应并非是虚构的,而是真实存在的,并且我们每天都会使用到。在太空中飞行的GPS卫星较为远离地球,在地球上的观察者看来,GPS时钟会比地面时钟走得更快一些。为了能够精确定位,必须要校准这种时间差异。

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可以这样理解:

影响时间的因素有:质量、引力、速度。并且,他们之间的关系,是反比状态!就好像一个跷跷板,一边放着质量、引力、速度等因子,一边放着时间因子。当质量、引力、速度某一项增大时,时间就会变慢,跷跷板就会往一边倾斜。

为什么质量、引力、速度的增大会导致时间变慢呢?

按照爱因斯坦对时间的理解,时间的本质是一种“尺度”,它与空间一起,构成了一张向四周散开的网格状时空膜。当质量越大的物体,处于这张时空膜中,就会拉伸时空膜,造成时空膜的弯曲。质量越大,弯曲程度越大。而所谓引力的本质就是时空弯曲造成的。这样,当另一个物体经过这个时空时,只能绕这个已经弯曲的时空作测地线运动,这样,物体经过的路程远了,时间就变慢了。(时间是相对的,在当事人看来,时间流逝的感觉没变化,但第三者看来,时间却是变慢了许多)

在《星际穿越》中,当主角在那个米勒星球上时,一小时等于地球上7年,那是因为米勒星球位于黑洞附近,因为黑洞炒鸡大的质量,对周围时空造成的弯曲很大,所以,当主角在经历这一场域时,穿过的“时空”路程变长,这样,相对于地球时间而言,时间变慢了。

当主角掉入黑洞之中,此时,看到的是黑洞中时间、空间似乎都静止了。此时,可以理解为:因为主角位于黑洞视界之内,在这里,黑洞的引力场是最强的,黑洞对周围空间造成的空间弯曲也是最大的。在接近奇点处,曲率变得无穷无穷大,时间,空间在这里,已经停止运行。

所以,当主角被救起,回到女儿身边时,女儿早已垂暮病床,银发稀稀。而自己,跟刚进入太空时,基本没有什么变化,因为它只是经历了几个小时而已。而位于地球上的女儿,则经历了几十年上百年。

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说起来很简单,因为根据广义相对论,引力越大,时间越慢,男主角在黑洞附近,引力太大了,所以他的时间相对于地球上的时间过得要慢,而且这是已经被实验证实了的。

但是引力大了时间为什么会变慢呢,这个最根本的原因还不得而知。但是相对论提出了时间与空间是相互联系,不可分割的。当你在空间里的速度增大时,你的时间就会变慢,反之,当你空间里的速度很慢,你过的时间就会超快。举个例子:你在站着不动,你的朋友朝你跑过来,这时候你的生物学时间就会过得比你朋友快,也就是说你比你朋友要老的快,只不过微乎其微,根本无法察觉而已。

现在再言归正传,男主角在太空中的引力大,而引力又是空间弯曲的表现(这个我就不在多说了),也就是说男主所在的空间被压缩,那么时间就作为补偿,膨胀了,也就是变慢了。

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这真是一件奇妙的事情,主人公宇航员库珀仅仅在黑洞附近飞行了几小时,地球上却过去了几十年,当自己赶回去,发现自己年幼的女儿墨菲已经是老态龙钟躺在床上垂垂暮年,自己容貌却没多少变化,这父女俩的身份简直颠倒了,宇宙真是奇妙,仿佛他经历了完全不一样的时空,就像中国古代说的,天上方一日,地上已千年。爱因斯坦太伟大了,发现了这么神秘的理论,我感慨物质能量的强大,在强大的物质能量面前,一切空间时间都要为他折腰,人类太渺小了。

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