一起跳進《星際效應》裡的「蟲洞」



面對現實吧,這地球是不能住人了,到處是環境污染、有全球暖化、有黑心油害人,最近伊波拉病毒又搞得人心惶惶,甚至還有藝人亂劈腿!唉,如果能移民到別的星球該有多好。

這好像是我等了一整年的電影《星際效應》(Interstellar,也譯做《星際穿越》、《星際啟示錄》)的故事。這部電影是導演過《全面啟動》(Inception)的諾蘭至今最大手筆的電影,由最新的奧斯卡最佳男主角馬修麥康納主演一位偉大的父親,不久的將來地球環境極度惡化、生物圈崩潰,他為了人類的未來,不得不和心愛的女兒分離,搭乘太空船到宇宙深處去尋找另一個適合居住的星球。

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所以在這個電影裡面,你可以看到太空船、減緩老化的人工冬眠、人工智慧機器人… 糟糕了,最重要的光速引擎呢?若還是使用現在的火箭,即使是現在已經飛離太陽系的太空船「航海家一號」,也得等到西元40,272年才會飛過下一個星系!這電影該怎麼拍下去呢?

還好,有科幻電影的法寶:「蟲洞」(Wormhole)。看《星際效應》之前一定要知道什麼是「蟲洞」。

 

沒有蟲子的蟲洞

別誤會,蟲洞和蟲子一點關係都沒有,而是物理理論中連接兩個不同時空點的捷徑。比如一張 A4 紙對角的距離約35公分,但把紙對折、兩角對齊後,他們的距離就是零。理論上,若能將宇宙的時空也這樣的對折,就能產生捷徑,讓太空旅行不再漫長。

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蟲洞是理論上在時空扭曲下形成的隧道。(圖片來源:Anderson Institute)

對了,《多啦A夢》的「任意門」就是一種幻想的蟲洞,可把大雄和多啦A夢瞬間運送到任何角落。

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類似的概念在其他科幻電影也常常出現。

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電影裡的蟲洞:(A)《復仇者聯盟》中從『宇宙傳送門』來到地球的齊塔瑞巨獸。(B)《超人:鋼鐵英雄》中氪星人的人工蟲洞。(C)1997年茱蒂福斯特主演的《接觸未來》(Contact)裡,依照外星藍圖製造的蟲洞機,讓女主角和外星人溝通;(D)《星際奇兵》(Stargate)裡的「星門」,是百萬年前外星種族留在地球上的蟲洞大門。

只可惜蟲洞目前只存在於數學家的計算紙上和科幻電影裡,沒有人真正看過它。如果想把時空扭曲成一個蟲洞,需要超級大的重力,宇宙中有這個能耐的,就只有連光也逃不出的「黑洞」了。1988年加州理工學院的索恩教授(Kip Thorne)利用「廣義相對論」證明某類的黑洞可以是蟲洞的入口,進入蟲洞的人若是沒有被黑洞壓死,就可以從蟲洞的另一端(又稱白洞)出來。

《星際效應》與眾不同的地方在於導演諾蘭花了許多心思把蟲洞“真實”地呈現出來,他甚至請索恩教授推導物理公式,求出蟲洞理論上的外觀。

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《星際效應》的蟲洞是根據索恩的理論推算出來的。(圖片來源:Wired)

原來在黑洞強大的重力場會扭曲附近的空間,連原本筆直的光線也扭曲了,造成類似光學鏡片的效果,叫做「重力透鏡效應」(gravitational lensing)。這些高度非線性的數學式非常複雜,需要反覆計算才能得到答案。電影公司透露,電影裡面的某一些單一的「格」要花 100個小時才做出來!而電影每秒要 24格…

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哇卡,微軟在太空中放個巨大的IE標誌打廣告嗎?原來這發亮的圓盤是被高速旋轉的黑洞吸入的氣體(叫做吸積盤,accretion disc)因強大的動能而加熱發光,發出來的光線同時在扭曲的重力場中環繞黑洞數次才能脫離,而變成這樣的景象。黑洞雖然是漆黑的,但是四圍發亮的高熱氣體卻常被地球上的望遠鏡觀察到。

你那邊幾點?

你不喜歡長途飛行後調整時差嗎?那你絕對不要跳進蟲洞裡,那裡的時差更可怕!

黑洞扭曲空間也扭曲了時間,太空人越接近黑洞,時間就過得越慢。當地球上的人用望遠鏡觀察黑洞旁的太空船時,就好像在看慢動作影片,連子彈好像也停了下來;但太空人並不覺得時間變慢,反而地球上的一切都進行快速,目不暇給。

喜歡諾蘭的人一定知道他喜歡玩時空交錯的遊戲,比如說《全面啟動》裡每進一層夢時間就會加快12倍;《記憶拼圖》(Memento)的時間來回錯綜更像打毛線。黑洞造成的「時間膨脹」更給了《星際效應》一個絕佳的題材來訴說一個獨特的淒美故事。

有人認為蟲洞可以當作時光隧道,《星際效應》也利用這一點做文章。


 

可能有蟲洞嗎?

有這麼好的事?讓太空人可以走捷徑,幾百光年的距離卻近在咫尺!

可惜,雖然至今已經發現了N個黑洞,但是從沒看過白洞(若存在應不難被發現),更不要提蟲洞。有科學家提出宇宙中充滿了比原子還小很多的微小量子黑洞,不斷生滅,但是它們即使存在也沒有三小錄用。前一陣子我參加「百年星艦」會議,有科學家在會議中宣稱他們以其他的方式製造出蟲洞。看看他們的數據,唉~勸他們先回家多做一點實驗吧。

索恩所提出的蟲洞,還需要有「負能量」的奇異物質才可以,否則蟲洞在太空船進入的同時就會毀滅。蝦米「負能量」?宇宙中真的有這樣的東西嗎!或許可以在台灣的網路鄉民中找到。這麼說來,蟲洞應該不可能自然生成,只能是人造的——不能說太多,否則就要透露出《星際效應》的結局了。


索恩並不是用電腦模擬蟲洞外觀的第一人,科羅拉多大學的 Andrew Hamilton 數年前就用超級電腦做了下面這個影片,背景是銀河系,讓人體驗穿越蟲洞的感覺,只是這個黑洞比較單調,沒有旋轉,沒有吸積盤。影片左下方的插圖代表太空船的相對位置,紅色的圓圈是連光進入之後也無法逃出的事件視界(Event Horizon)。您可以看到這個黑洞就像是個太空中的巨大透鏡,扭曲背景的影像,後來黑洞越來越大,等你穿過事件視界之後,一個新的宇宙在你面前展開。

 

(影片來源:Andrew Hamilton,University of Colorado)。

 

你看過了星際效應,不怕雷就接著來看影評吧



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