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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。它的情节往往包含了各种各样的科学奇想，有依附于现有已知科学定理的，也有关于未来图景的超前假想。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、叙事和主题都有一定的模式，就像批量生产的圣诞节商品，主要目的是满足人的娱乐需求。作为类型电影的缺陷也很明显，大部分科幻电影往往注重视觉奇观而缺少深刻的内涵。当然，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，从中探寻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“时间空洞”（物理学专有名词），被迫降落在一颗由猩猩统治的陌生星球上，而那颗星球其实就是几千年后的地球。物理学家反复咀嚼这部电影的情节之后发现：很多人认为狭义相对论使得时空旅行成为可能，但是这个例子恰恰说明，狭义相对论使时空旅行成为一种挑战。 根据狭义相对论，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，而其间地球上的时光已飞逝了2000年。根据狭义相对论法则，这是真实的一幕。但是，这怎么可能呢？因为，无论从哪一个参考系进行观测，光速(c)都是恒定的，通过一系列逻辑推理，爱因斯坦证明了：两个事件之间的时间间隔长度，取决于你对之进行观测的参考系，所以自然而然就会有这样的结果。 根据狭义相对论，任何质量不为零的物质，其运动速度都不可能超过光速。但是，当你运动的速度足够接近光速的时候，就会出现时间膨胀。时间膨胀公式如下：Tship = Tearth(1-v2/c2)1/2(以上公式显示，相对于地球来讲，太空船必须以v = 0.9999997c的平均速度飞行，才能获得《决战猩球》中那么长的时间膨胀量。)因此，虽然从理论上来说，假如你的飞行速度足够接近光速，你就能很快到达一个地方。但是，当你到达目的地时，你很难搞清楚地球上今夕是何年，总统是何人。当你返回地球时，你的孩子可能比你还老。 在恐怖科幻电影《黑洞表面》中，精神状态不稳定的威尔博士(Dr.Weir)向我们描述了一个人怎样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，在纸的两端画了两个记号，表示这两个记号是距离能多远就有多远的两个地方。然后，他把纸折起来，让那两个记号相互挨着。他解释说，假如我们对空间也能够这么做，并且能够跳跃穿越这样的“捷径”的话，我们就能在距离极其遥远的星系里以极短的时间穿梭旅行，而不会违背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则。是的，威尔博士虽然很疯狂，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，物质可以让时空弯曲。因此，从理论上来讲，假如你能够创造一个足够大的引力场，你就能在时空中把遥远的两个地方拉在一起，非常接近。这个设想听起来前景光明，但仍有几个大问题：第一，任何一个引力场，假如它足够强大，能够做到以上假设的话，那它就会摧毁你的宇宙飞船。第二，制造这样一个引力场所需要的能量之大，是完全超乎我们的想像的。第三，即使你找得到一条连接两个端点的路径的话，你也可能陷入上面两点提到的麻烦里去。 然而，电影中那艘“地平线号”破飞船命中注定还是找到了那条捷径。不幸的是，那艘飞船进入了我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体乘员身上。 电影中的伪科学与失重形成对照的是一些科幻电影中出现了一种重力极大的物体黑洞。在影片《银河访客》(Galaxy Quest)将要结束的时候，舵手汤米拉雷多(Tommy Laredo)告诉贾森尼史密斯船长(Capt. Jason Nesmith)NSEA保护者号必须穿过黑洞才能返回地球。在迪斯尼公司的影片《黑洞》(The Black Hole)中一位太空船船员穿过黑洞到达了另一个遥远的地方。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，其核心部分的密度极高，产生的重力是如此之大，以致任何物质甚至包括光都无法逃脱。黑洞并不是一个隧道。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巨大的吸尘器那样将附近的一切都吸进去。这并不完全正确，只有那些落入黑洞视界内的物体才会进入黑洞。黑洞利用质量和重力吸引物体的能力与它们的恒星母体相同，别忘了黑洞的质量与原先的恒星是相同的，只是更紧密，密度更大。在许多人的想像中，如果太阳立即变成一个黑洞，它会把地球吸入体内，虽然太阳的质量不足以成为黑洞。但如果您研究一下上面介绍的牛顿重力定律，就会发现太阳和地球的质量都未发生变化，两者间的距离也没有改变。因此，如果太