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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《星际穿越》中外星一小时等于地球七年,如果地球上观看外星球直播(可能的话),看到他们动作是不是放慢千倍的?

《星际穿越》中外星一小时等于地球七年,如果地球上观看外星球直播(可能的话),看到他们动作是不是放慢千倍的?
2021-09-02

确实是这样,而这样的现象可以用相对论来解释。

在广义相对论中,引力场强度的差异会对时间产生影响,比如地球表面的时钟将比太空中的时钟走的慢,也就是引力越强的地方,时间流逝的就越慢。

因此在电影《星际穿越》中,太空员在降落到米勒行星后,由于该行星是围绕着一颗大质量黑洞在进行公转,因此那里的时间将会比地球上的时间流逝的要慢很多,这也就是为什么有外星一小时地球已七年的说法。

实际上电影中的黑洞是带有自转的(克尔黑洞),相比如无自转黑洞(史瓦西黑洞)带来的时间膨胀以及对行星轨道稳定性的影响,克尔黑洞显得更加符合实际。

不过这种相对论效应,我们在日常生活中是很难见到的,原因就是地球引力太弱了。

此外还有一点,就是有人对电影中主角掉入黑洞的事件视界时,为什么没有被潮汐力给撕碎有疑问。

原因在于这颗黑洞的质量太大了,以至于它的视界半径非常大,而在那样的距离下,潮汐力则变的非常小,不同于普通的恒星级黑洞,主角是可以安然的进入黑洞视界以内的。

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《星际穿越》中外星一小时等于地球七年,如果地球上观看外星球直播(可能的话),看到他们动作是不是放慢千倍的?

这是星际穿越中的比较大的一个BUG,但很多朋友都认为星际穿越是一部硬科幻,不会存在这个大BUG的,但事实上在表现卡冈图雅的时候,就存在好几个BUG!比如:

一、黑洞的色调差异;

其实这个也不能算BUG,因为电影都需要表现效果,如果一个暗暗的黑洞,那效果绝对差强人意,大把的特效资金就丢水里了!

卡冈图雅的黑洞效果杠杠滴,但其实这个吸积盘不可能会有那么明亮,不是因为别的,而是因为它是黑洞的吸积盘,其巨大的引力将会引起可见光向红外波段多普勒频移,因此我们将看到一个暗红色的黑洞!

就是这样的效果,不过如果真这副德行的话,《星际穿越》估计就少一大波观众了!所以这个是为表现效果不得以为之!

二、米勒行星的巨浪;

从理论上看黑洞的潮汐引力确实可能引起如此高的巨浪,但米勒行星在如此接近黑洞的位置运行,被潮汐锁定是注定的,还有巨浪?即使没有潮汐锁定,巨大的引力和水体引起的粘滞作用自转也已经极度缓慢,还有这个效果?当然这个不能较真的,一旦较真就不好玩了!

所以看的时候还是别想着拿计算器算!

三、米勒行星的时间交换比;

米勒行星上的时间交换比达到了1:6万,因为米勒行星公转速度达到了光速的54.5%,轨道周期仅1.7小时,这时间交换中有速度部分,但非常轻微,主要是引力,这个距离下,米勒还没有在吸积盘中被黑洞洛希极限撕碎?

四、黑洞吸积盘的X射线;

比较诡异的是卡冈图雅的吸积盘如此明亮,那么可想而知其物质被碎裂压缩时候发出的高能射线,大部分是X射线,各位可以参考银心Sgr A*吞噬物质时的X射线耀斑,黑洞周围的是死亡区域,哪艘飞船敢接近?一件宇航服就能轻松抵挡X射线耀斑的轰击?

不过最后一个好奇的是接近一半光速运行的米勒行星,永恒号上的交通艇何德何能可以自由出入?

当然以上都是废话,看了很多《星际穿越》没有BUG,那就随便找几个哈!毕竟我们今天要解决的最关键问题是在外界看来米勒行星上的人是不是超慢动作,我们可以很肯定的说是!事实上接近一半光速运行的远离的时红移,接近的时候是蓝移,而且会受到附近黑洞的引力影响,所以是也不可能看到米勒行星表面的行为!

不过有一个很容易方式很容易解决,登录米勒行星的几位完个直播就行,但事实上没有任何人能看下去,因为他们在上面呆了十分钟而已,但观测者转变却过了几十年,何止慢了千倍,而是六万倍!那么各位可以想象一下,老黑在轨道上看这个直播时有多无聊,当然有一点可以安慰的是至少老黑知道他们还活着,不至于剧中老黑一直在傻等!

2021-09-02

答:在电影《星际穿越》中,男女主角登陆的米勒行星,时间膨胀高达6万倍;意味着黑洞附近向外发射的电磁波,将产生很大的红移效应,然后电磁波无法从噪音中分离出来。


根据电影描述,《星际穿越》中的卡冈图雅黑洞,质量是太阳的1亿倍,属于超大质量黑洞,男女主角在米勒行星上登陆的3个多小时,外界过了23年。

根据广义相对论的描述,黑洞有一个特点,就是中小质量黑洞在视界处的潮汐力非常大,大到可以撕毁任何物质,但是随着黑洞质量的增大,黑洞平均密度缩小,视界周围的潮汐力也减弱。


如果一个人乘坐飞船进入超大质量黑洞,可能不会被黑洞引力撕碎,甚至可以在穿过黑洞的途中安度余生,直到无限接近黑洞奇点时,被黑洞奇点的引力撕碎,这也是《星际穿越》中用到的假设。

如果一个宇航员在黑洞视界附近,给外界的队友发送信息,必然会受到广义相对论的时间膨胀影响;我们简单算一下,米勒行星上一小时对应外界7年,那么米勒行星上一秒钟就对应外界17小时。


在米勒星球上发出去的电磁波,会被拉长6万倍,也就是电磁波发生了严重的引力红移效应,类似多普勒效应,也可以理解为光子为了挣脱黑洞引力,降低了自身能量。

降低能量后的电磁波,将彻底淹没在宇宙噪声当中,无法被仪器探测到;就算我们假设没有噪声干扰,外界接收内部一秒钟的电磁波信息,需要花上17个小时的时间,可能就是几个光子几个光子的接收。


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速度越快,时间越慢。类似的,引力越强,时间也越慢。星际穿越中,米勒行星处于一个巨大黑洞的旁边,导致它的引力巨大。因此,米勒行星上的时间和地球上的时间流速完全不对等,在米勒行星上面过一个小时,地球上要过7年。如此巨大的时间比,导致相对论效应十分明显,这也是为什么男主角回到煮飞船后,那个黑人科学家已经度过了14年头发变白的原因。



就像题目中的问题一样:如果我们在地球上可以实时观看米勒行星上的画面,我们会感到他们在米勒行星上的动作变慢吗?

答案是肯定的,从上面的描述中我们也可以看出,米勒行星和地球的时间比夸张到1:7年,我们看到人们在米勒行星上面的动作慢的夸张,就像静止一样。这种时间比,比我们看植物生长的速度还慢。基本上,我们肉眼就无法分辨他们是否在运动。在我们看来,他们就像时间静止了一样。




宇宙就是这么神奇,很多事情完全超出了我们的想象。就像星际穿越中的虫洞、黑洞内部可视化的时间维等等,都是我们平时想象都想象不到的东西。毕竟,人类的历史对于宇宙来说还太短,人们对于宇宙本身的认识连皮毛都算不算。所以,面对宇宙,我们仍然要保持敬畏。

2021-09-02

先给出答案,确实是慢动作,而且是相当的慢,慢得甚至感觉就是时间停止的状态!想想假设把地球上一小时的事件用慢镜头用七年时间播放完,你会有什么感觉?是不是镜头就相当于停止了?

为何《星际穿越》中外星球的时间会变得如此之慢?原因就是因为外星球距离黑洞很近,强大的引力大大扭曲了那里的时空结构,造成时间流逝速度相对变慢,这是爱因斯坦广义相对论中体现出来的!

很明显,之所以不少人对比有怀疑,认为一小时相当于地球的七年太不可思议太不合乎常理了,就是因为我们一直生活在低引力世界,同时,一小时和七年也相差太大了,所以很难让人相信!

不过生活中你经常会用到的一个东西让你不得不信,那就是汽车导航或者手机导航系统,导航系统的基本原理就有广义相对论中的时间膨胀!

由于卫星距离地球相对较远,受到引力作用会相对较小(相对地面),所以相对地面来说时间流逝速度就会相对变快(当然还要加上速度的影响),所以,必须提前调整卫星上的时钟以保证与地面时钟一致,不然导航就完全失效了!

虽然,卫星上与地面上的引力差异并不大,但累积起来就比较明显了,加上导航对于精确度的要求很高,所以我们必须考虑引力对时间的影响!

2021-09-02

在《星际穿越》中,宇航员造访的第一个星球是米勒行星。这颗星球不像普通行星那样绕着恒星公转,而是绕着一个质量为太阳1亿倍的超大质量黑洞(卡冈图雅)公转。

米勒行星处在临界点,几乎快要被黑洞的引力拽进去,它的轨道半径只有1.06天文单位,与日地距离相当。但由于黑洞的引力作用强大,为了避免被黑洞吞噬,米勒行星的轨道速度达到了光速的54.5%,轨道周期仅1.7小时。并且在米勒行星上,还有巨大的潮汐效应,产生了滔天巨浪,使其成为水行星。

由于太过于靠近黑洞,在强大的引力场中,米勒星球上的时间相对于远离该极端引力场的地方放慢了6万倍。在永恒号空间站中、或者在地球上等远离极端引力场的地方,时间过去7年,才相当于米勒行星上过1小时,这就是引力时间膨胀效应。

理论上,如果有人在远处(永恒号空间站或者地球)观测米勒行星上的情况,主角一行人在星球上的动作将会变得奇慢无比,他们用了几年的时间才登陆米勒行星,并打开舱门,因为那里的时间相对而言大幅度放慢了。对于主角一行人来说只要一分钟能做完的事情,远方观测者需要等待1000小时,将近42天才能看完。远方的观察者看上一天的时间,才能看到米勒星球上的人动了1.4秒。因此,远方的人几乎无法察觉到米勒星球上的变化,他们所接收到的画面基本上是保持静态的。

卡冈图雅的引力不但会导致严重的时间膨胀,而且还会使得米勒星球上向外发出(反射)的光出现大幅度的红移,光的波长被大幅度拉长。因此,远方观察者所接受的光不再会是可见光,而是肉眼不可见的红外线,甚至是波长更长的微波或者无线电波,导致远方观察者无法看到正常的图像。

虽然远方观测者会看到奇奇怪怪的景象,但这丝毫不影响米勒行星上的人。对于米勒行星上的人来说,一分钟只能做一分钟的事情,只是这一分钟在远方观测者看来是一个多月的时间。

2021-09-02

这其实是星际穿越的一个明显的硬伤。按照剧情,当时人类科技应该和现在差不多,并没有能力建造恒星级旅行的飞船,纯粹靠不知怎么出现的虫洞和化学能推进的飞船到达目标星域。然后煞有介事的给出了一个围绕巨大黑洞高速公转,时间膨胀比几千倍的米勒行星,并去探险。玩了一把地上一小时,天上过七年的把戏。

那么问题产生了,且不说作为一颗有岩石、有大气、有海洋的类地行星,米勒为啥贴着都没被黑洞撕碎。就说米勒星为了不被黑洞吸入,公转速度达到光速的50%以上,化学能推进的飞船怎么落上去的?这相当于我推着手推车给超音速贴地飞行的运输机不停上下卸货,这不是纯粹扯淡吗?

如果能建造达到光速的50%的飞船,人类还会被植物枯萎病逼的马上灭绝?

类似这样的BUG在星际穿越或者其他好莱坞科幻片上层出不穷,但这并不妨碍星际穿越是一部好科幻片。说这么多就是看不惯一些洋奴双标狗,洋鬼子的就无脑跪舔,国人自己的就鸡蛋里挑骨头。

2021-09-02

不是放慢千倍,是放慢6万倍……

电影里设定的那个星球上时间一小时约等于地球7年,7×365×24=61320......倍。电影里说一小时等于7年本来就不是一个精确数,而是以个很笼统的数字,它总不能说等于地球七年零310天吧……所以你就认为他们相差6万倍就可以了。

如果对库珀他们的登陆全过程进行直播,那么它确实会放慢6万倍。由于一般无线电通讯都要调频,用预定的频率发射和接收,而登陆过程其实时间一直在变化,导致信号频率也会一直在变化,因此通过无线电调频通信的方式会变得很困难。因此我们直接拿望远镜看好了,当然得超厉害的望远镜。然而这还是会因波长变化过大而导致上面绝大部分电磁波都离开可见光波段,因此上面的画面会严重变暗和变红。事实上最开始的可见光已经变成厘米波段了,这比人类拍摄到的第一张黑洞所用的波长还长……

所以为了获得稳定的图像,最好在望远镜上安装全波段电子感光元件,自动适应信号波长并自动调节亮度,嗯……得能对厘米波成像的感光元件……

虽然观测方法问题解决了(强行解决),然而还有一个问题就是行星正高速绕黑洞公转,这除了产生强烈的多普勒频移,还会由于方位变化而导致登陆地点背离我们视线。

你可能会想,电影里的黑洞不是360度无死角的吗?背后的吸积盘都绕到正面来了,然而那是因为吸积盘非常接近黑洞表面,空间弯曲异常明显,最关键的是吸积盘是一个处于赤道上的薄盘面,我们看到的是吸积盘上下的方向,而不是吸积盘后面的方向,后面的方向应该是在吸积盘的边缘。

对于绕到黑洞后方的恒星来说,虽然由于空间弯曲,我们依然能在正面观测到它,但它并非如黑洞一样360度无死角的,它背后的着陆点我们很可能就看不见了,即使方位比较合适,比如在南北极,影像能通过引力透镜绕过来,但比在黑洞前方更严重n倍的引力红移和远离方向时的多普勒红移将导致波长进一步下降……我觉得继续观测会变得很困难,同时多普勒效应导致画面时快时慢,并不会恒定为6万倍慢放。

《星际穿越》我是看了五、六遍才懂的。

拯救世界的宇航员第一个到达的星球就是米勒行星,米勒星由于处于黑洞的临界点,绕着黑洞飞速运转才没有被吞没,在黑洞巨大引力作用下,米勒星成为一颗巨浪滔天的水星。

根据根据相对论的描述,黑洞巨大的引力能无限的扭曲时空,因此时间在它周围变得很慢很慢…米勒星自然受它的影响,时间在这里被扭曲了:在它上面呆一小时地球上已过了七年,一分钟就是地球上的42天。如果吃一餐饭是15分钟,那么我们在地球上看米勒星上的人吃一餐饭就要21个月之久,这跟电影里的慢镜头是一样了,我们可以把他们的细节看得清清楚楚。

这样看来宇航员们在米勒星上正常的动作,在地球上的人看来简直就是静止一样。这就是引力对时空曲率扭曲不同程度的区别,当然黑洞中心奇点内的时空是被扭曲得化为虚无了。

2021-09-02

爱科学的小伙伴一定都看过《星际穿越》这部硬科幻,并且一定不止一遍的看。这部科幻片的科学顾问是基普·S·索恩,他曾因引力波的研究与发现获得2017年诺贝尔物理学奖,同时也是霍金的好友。图:基普索恩在为《星际穿越》场景写公式

在电影中大家感觉最神奇的就是主角一行人去到一颗行星,执行了大约三个小时的任务,回到飞船上后发现留守的科学家已经长出了白胡子,才发现时间已经过去了21年。那这是为什么哪?

这个原因就出在他们去的那个星球上了,他们去的米勒行星是在绕超大质量黑洞公转,这颗黑洞的质量大约是我们太阳的1亿倍。这个质量已经是超级巨大的了,银河系中心的超大质量黑洞才仅仅是太阳的400万到500万倍,这可是在维持一个星系的运转。

可想而知米勒行星所在的时空弯曲程度是非常高的,也就是说引力非常大。根据爱因斯坦的广义相对论,引力越大时间流逝速度越慢。这意味着在米勒行星上的时间流逝速度是非常慢的。

但是从电影中就可以看得出来,主角一行人在他们自己的角度来看,仅仅就是过去了3个小时,而地球上却经历了21年。如果地球上观看他们的话,他们就像是被放慢动作的电影一样。大约在地球上要用17个小时才能看到米勒行星上的人眨一次眼睛(一秒钟)。


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