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科学家吐槽《星际穿越》究竟犯了多少科学性错误

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最的科幻电影《星际穿越》在网上火了起来,正是因为它火了,所以引来了相当多的吐槽,特别是关于吐糟《星际穿越》中的科学问题。那么《星际穿越》究竟犯了多少科学性错误呢?我们一起来涨涨姿势吧。

从电影角度讲,《星际穿越》呈现了非常“诺兰风”的视觉奇观和感人的情感线,同时还不忘再次探讨了一把人性的黑暗面,可说是一部有较高观赏性的大制 作影片。但其中占有很大戏份的硬科幻部分的合理性引发了很大争议,比如天文学家、科普作者、科普书籍《来自天空的死亡!》(Death From the Skies!)作者、探索频道节目“菲尔·普莱特的糟糕宇宙”(Phil Plait's Bad Universe)主持人、科学博客“糟糕天文学”(Bad Astronomy)博主菲尔·普莱特(Phil Plait)便在其博文中大肆吐槽了片中出现的科学错误,内容涵盖了剧情设定与黑洞理论、相对论的相悖,以及其情节和人物对话的不科学性。


《星际穿越》

普 莱特认为,正是片中出现的大量科学知识方面的错误将其原本不错的情节和坚实可靠的概念搞得支离破碎,阻挡了该片成为一部真正的神作。普莱特不否认片中的视 觉特效确实令人惊艳,但人物对话中充斥着过分明显的伏笔、蹩脚的哲学观和急于故作深刻的意图,情节中也包含着大量对推进情节和增强影片可信度并无意义的混 乱细节。但让作为科学家的普莱特最不满的,当然还是科学的部分。

以下会摘录普莱特对于片中与科学理论相关的一些错误的吐槽内容。以下内容会涉及大量剧透,剧透对于本片的观影感受无疑会是致命打击(诺兰本人也很在意这一点),所以还没观看本片并打算去看的各位请切勿继续观看。

情节中的错误

想 要非常精炼地概括本片的故事不太容易,主要情节是在某个未详细说明的未来时间点,世界陷入生态灾难,粮食短缺,人口锐减。马修·麦康纳(Matthew McConaughey)所扮演的前NASA宇航员与工程师库珀由于航天业的衰落而不得不为了一家人挣扎求存,而聪明敏感的小女儿墨菲不断声称自己的房间 存在着试图与她沟通的幽灵(ghost),库珀也渐渐发现这些来自幽灵的信息真实存在,并按其指引来到了NASA的秘密基地,并遭遇前同事布兰德教授,还 被告知在半个世纪前,人类在土星附近发现了某种“重力异常”(gr艾薇itational anomaly):一个疑似由外星生物或是由借助重力现象与墨菲沟通的生命体放置的虫洞。已监测到的可供人类居住的星球有12个,12名人类科学家被分别 派去对这些行星进行探索。一个星系中有3个潜在的宜居行星,而库珀面临着是否要亲自驾驶飞船穿越虫洞以寻找哪个行星的条件最适宜作为地球的替代品,从而实 现地球人类的迁移计划,否则人类可能于不久后遭遇灭绝的厄运。

依照普莱特的观点,影片到这里就已经开始崩坏了,无论从故事角度还是科学角 度。举例说明,片中的NASA在数十年前就已经遭遇政府撤资面临解散,但依旧具备向地外发射12架装备了科学家小组的宇宙飞船,要知道每一架这样的飞船都 要花费数千亿美元(而且也解释不清这些飞船是如何通过片中隐藏在NASA会议室隔壁的地下飞船发射井发射升空的)。为什么片中被派往外星的飞船机组人员一 定要是人类而非全部是机器人,这一点并没有清晰合理的解释,同时为什么只有低带宽的数据被传送回地球也很可疑(因为这样阻碍了更多行星细节数据的获取), 在普莱特看来,这样笨拙的情节设置只是为了使得库珀等人“不得不亲自飞过去看一看”。

片中库珀成功驾驶飞船穿越虫洞的景象堪称壮丽,甚至借 用了《时间的皱纹》(A Wrinkle in Time)一书中对于虫洞运行原理的解释,但当一行人找到他们的目标星系时,影片并没有解释清楚为什么3颗行星围绕着一个黑洞进行轨道运行。行星的光和热 从哪里来呢?——需要有一颗恒星。黑洞本身不可能产生热,因为片中库珀本人还进入了黑洞内部且没有被烧焦,所以尽管这3颗行星的附近根本没有热能来源,它 们还是莫名其妙地“适合人类居住”。

并不存在的行星

片中的3颗行星里有一颗 (Miller的行星)以非常近的距离绕黑洞(片中名称为Gargantua,即卡冈都亚,拉伯雷的代表作《巨人传》中的贪食巨人)进行轨道运行,这距离 近到会产生很强的相对论效应(relativistic effects),与远距离的观察相比,在接近黑洞时时间会变慢(这是真的),所以这颗行星上的一小时相当于地球上的七年。于是问题就来了:要达到如此巨 大的时间膨胀(time dilation),大约60,000倍,需要紧贴着黑洞表面运行,注意,一定是要“紧贴着”才行,实际上差不多是“漂”在黑洞表面上。但基于黑洞扭曲空 间的方式,绕黑洞表面运动的稳定轨道的最小值必须至少是黑洞本身大小的3倍。在这样的距离上,钟表是会比地球走得慢一点,但这个幅度不会超过20%。

换句话说,对于一颗拥有片中所说的巨大时间膨胀的行星而言,它距离黑洞表面太近以至于根本无法形成稳定轨道,只能“咻!”的一下被吸进黑洞里了。

当 然,作为科学家普莱特本人也认为这么说是不够严谨的,他的这套理论仅当“卡冈都亚”是非旋转式黑洞(nonrotating black hole)时才成立。而当黑洞快速旋转时情况就有很大不同了,高速旋转着的黑洞周围的时空都会发生很大改变,是有可能产生如片中所述之巨大的时间膨胀,并 沿如此近的稳定轨道运行的,所以也并非完全不可能。只是片中似乎并未阐明“卡冈都亚”的性质。如果依照电影中对该黑洞的描述来假设,卡冈都亚大概是一个恒 星质量黑洞(stellar-mass black hole),那么它的质量应大约是太阳质量的10倍。但只有当这个黑洞的质量是太阳质量的一亿倍,即超大质量黑洞(supermassive black hole),这种黑洞是存在于星系的中心的,我们的银河系中就有,但银河系中的这个只有太阳质量的430万倍),电影中出现的情况才是可能的。

另 外,片中的巨浪也是有问题的。该行星的一侧比另一侧距离黑洞表面要近得多,而我们知道引力会随着距离而改变,距离引力源越远,受到的引力就越小。贯穿该行 星直径从其一端到达另一端,黑洞对行星的引力的变化将会是非常巨大的,这种变化所产生的潮汐力会由于接近黑洞而大到足以拉伸扭曲这颗行星,应该是足以将其 撕碎并汽化的程度。所以,即便这颗行星不会因为稳定轨道的问题掉入黑洞,也会被巨大的潮汐力压成气体形态。从两边说,主角们登上的都是一颗“不可能行 星”。

然而在电影中,3位探索者登上该行星后发现其表面被大量的水覆盖,并定期产生巨大、横扫整个星球表面的潮汐。片中完全没有针对这一点 做出解释,所以普莱特假设这种现象是由于黑洞产生的,但他本人发现这种假设也是解释不通的。如此接近黑洞而未被汽化的行星应该是被潮汐力锁定的,永远有一 面朝着黑洞。应该会有巨大的指向或避开黑洞方向的潮汐隆起,但不应该是在行星表面来回进行相对运动,也就是说,不应该有浪出现。

潮汐是由黑 洞的质量和旋转、行星与黑洞的距离以及行星的大小决定的。普莱特已经征求了一些天体物理学家的意见,他们都认为卡冈都亚产生的潮汐力应该足够摧毁这颗行星 了,但这其中的数学原理还不够清晰,截至本文完成时科学家们还在试图用数学证据支持这一点,所以普莱特关于潮汐力的观点是否完全正确尚待考证,普莱特只能 说他认为是这样的。但介于在卡冈都亚的性质问题尚有不清晰之处,普莱特认为他关于潮汐力的观点尚有被推翻的可能。


一个恒星质量黑洞(左边)具有强大的引力,正在把气体从右侧的伴星表面吸走

在影片高潮处,库珀亲自进入了黑洞内部,在这一幕里我们可以看到黑洞外环绕着一个环形的物质,这可能就是“吸积盘”(accretion disk):一种由即将落入黑洞的物质所形成的扁平的、旋涡状的碟形结构。由于其裹挟的巨大力量,吸积盘的温度非常高,大概会高达数百万度,因此在数百万 光年之外,仍然可以看到其灿烂夺目的光芒。同时,吸积盘中喷薄而出的辐射会将任何普通物质完全摧毁。而在影片中,库珀却能够奇异地穿梭飞舞于其中。事实 上,他的飞船应该分分钟就被加热到非常高的温度,然后库珀本人就会化作一道非常纤细而扁平的亚原子粒子流。

而且,我们没有看到吸积盘的运动,片中它仿如静电一般,实际上,吸积盘应该是围绕着黑洞疯狂旋转的,而且由于之前提到的巨浪的原因,库珀本人在进入黑洞的一瞬间也有可能被撕成碎片。

对话的问题

或许有些人觉得这太吹毛求疵了?但在普莱特看来,影片让他如此抓狂的原因恰恰是因为科学的严谨对于本片的故事太重要了,“这就是一部彻头彻尾的关于黑洞的电 影”。但事实上,片中关于黑洞的部分在大学教科书和维基百科页面上都不见踪影。片中关于时间膨胀、虫洞、甚至是最后的时间穿梭的概念都并不算新鲜,绝大部 分都可以在其他科幻作品中找到踪迹,可以想见诺兰是为了故事本身而有意对这些方面进行了一定程度的忽略。但即便忽视科学背景的问题,片中的人物塑造也是有 些缺乏深度的,有几处人物对话也有些不对劲。

如库珀和安妮·海瑟薇扮演的布莱德博士之间有一场关于爱的对话,布莱德博士说爱是“来自更高维 度世界的一种制品”(love is an artifact of a higher dimension)并且“能超越时间与空间的界限”(transcends the limits of time and space),好像是一种物理力量一样——此处暗指对于全篇情节至关重要的引力,引力在片中确实跨越了维度、时间与空间。但此处的台词着实显得太过生硬粗 暴。而随后马特·达蒙所扮演的反面角色在谈论父母对子女的爱时说道“我们的进化还没有超越那道简单的屏障”(Our evolution has yet to transcend that simple barrier),可是对话中有人提到这个吗?这种没头没尾硬插进来的台词实在有些“太想故作深刻”了,使得原本应该理智的科学家显得有几分傻气。另外, 片中多处出现了对《2001太空漫游》等科幻经典剧作的致敬,但有些致敬镜头和情节有些过分明显,进而显得生硬和近乎照搬,对于这样一部作品,致敬当然可 以,但应该处理得更加明智和巧妙。

当然会有很多人对普莱特的批评不以为然,这可能在于他们认为普莱特仅仅由于《星际穿越》的硬科幻的理论支 持不够站得住脚就讨厌这部电影,对此普莱特坚称他不喜欢这部电影其实是因为故事讲得不够好,他不喜欢这个故事以这样一种笨手笨脚、用力过猛的方式讲出来, 并且片中一些对话被认为是“高度可疑的”。他认为自己其实也没有那么较真,如果故事讲得足够好,他可以完全忽略不够科学的成分,比如《奇异博士》、《星际 迷航》等作品。同样,他也很喜欢去年大热的太空科幻题材电影《地心引力》(Gr艾薇ity),尽管其中同样存在对于情节至关重要的“不科学”错误。

脱离了好故事的严谨科学,仅仅是维基百科词条而已;而不够严谨科学的好故事依旧还是个好故事。总而言之:尽管关于卡冈都亚黑洞附近行星时间膨胀有错误的吐槽 不够严谨(普莱特本人也在博客中道过歉),但《星际穿越》作为一部硬科幻大作确实存在不少不科学之处,而且严谨地说,该片在创新力和讲故事的完整度方面, 都还有一些没能达到水准的地方。

最后福利吧想说的是,不管科学不科学,只要好看,只要能满足我们观众的要求的电影就是好电影,就像周星驰电影一样,虽然网上传言说他人品不好(小编不知道好不好反正是顶星爷的),但是他的电影却能给我们带来欢笑,带来快乐,这就是好电影。

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