下一楼例出：18个天文物理理论是那些？
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本楼先附载了解或学习：
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《星际穿越》的宇宙哲学 http://tieba.baidu.com/p/3459966558
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及其连接中2楼的关于《星际穿越》近百张剧照个拍摄场景图～均为无码图
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楼下先例出：18个天文物理理论是那些？

TOP.2：什么是虫洞？【No.1】

　　人类目前可以感知的是四维时空，三维空间加上一维时间。然而，多种证据表明:也许我们生活在一个更高维的宇宙中，只是人类目前科技探测不到。最主要的两个证据有：
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　　根据物理学家建立的各种宇宙模型，我们能探测到的物质和能量不超过预测的40%，那么多未知的东西我们称之为暗物质暗能量，他们很可能存在于高维空间。根据四大基本力的统一理论，引力和电磁力的强弱相差10的16次方倍。如此巨大的差异很可能在更高维空间来弥补。

TOP.4：五维空间

在电影《星际穿越》中，连续探索了两个看似适合人类居住的星球之后，库珀把补给留给了队友，自己再次穿越虫洞尝试返回地球，结果他坠入了一个奇幻的空间：女儿书房里的书架背后。

这个时间可以逆转，库珀看到了当年在这个房间自己跟女儿告别的情景，但他无法打破这个空间，也无法让其他人看见、听见自己。这就是一个五维空间，不同于我们所在的三维空间，五维空间里时间是如同一座山一样实质存在的，库珀需要告诉女儿如何解开五维空间的方程式，能通过五维空间传递的只有重力。于是他用灰尘的重力和手表的指针发送摩斯电码，把方程式的答案传给了长大后的女儿。
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五维空间到底是怎么样的呢？我们可以运用类比来推断。在四维空间，三维物体是一切物质的组成基础，而时间则是整个四维空间活动的基本，没有时间，一切都是静止的，就和三维空间没有区别。那么在五维空间，四维物体可能就是一切物质的组成部分。可能组成五维物体最基本的元素就是一整个四维空间，在这个元素中包括我们所有已知的世界。四维空间是五维空间的子集。
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推荐书籍：《宇宙的琴弦》

TOP.5：奇点

《星际穿越》影片中在飞船驶向黑洞边界时多次提到了“奇点”，

奇点是时空中的一点，在该处时空曲率或其他的物理量都变得无限大，它具有一系列奇异的性质，无限大的物质密度、无限大的压力、无限弯曲的时空等。
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大多科学家认为它是宇宙产生之初，由爆炸而形成宇宙的那一点。它具有所有物质的势能，而这种势能正是由大爆炸而转化为宇宙物质的质量和能量，我们可以想象，奇点是一种没有固定形状的、没有体积的不可思议的存在。

TOP.6：时间膨胀

时间膨胀贯穿《星际穿越》整个剧情，电影中主角在进入太空后便遇到了时间膨胀，宇宙中主角们的时间和地球上的时间可以用“天上方一日，地上已千年”来形容，这样的时间错乱给电影增加了一丝悲凉和无奈的气氛。至于时间膨胀本身，则是一种物理现象。
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在相对论中，空间和时间的尺度随着观察者速度的改变而改变。例如，向着我们以接近光速速度运动的一个时钟本身所标明的时间，比另一个与我们相对静止的时钟走得慢些。举个设想的例子说吧，假如有一个人一分钟的心跳是60下，当他高速运动时，如果速度足够大，他的心跳可能会变成40下，20下，甚至更慢.因为随速度的增加，他的时间变慢了。他自身的新陈代谢也随之变慢。这样,相对于他的时间就发生了膨胀。
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有了时间膨胀效应，人们在以极高速运动的飞船上时，尽管外界已经经历了很长的岁月，自己却没什么老化，因为极大的速度会使飞船（和里面的所有物体）的时间减慢。也就是说，飞船的时钟走了一圈，地球上的时钟已经转了许多圈了。
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推荐书籍：《时间、空间和万物》

TOP.8：我们熟识的“相对论”

这部片子也用情节来解释了什么叫相对论。男主角库珀到达第一个星球，在上面待了几个小时，经历了一起平地而起的巨浪后，回到飞船，非常简短的过程，可等他回到飞船，当年的同伴已经白了胡子，说他已等了他们23年！地球上的女儿也已长大23岁。片尾库珀在太空被救，在太空站醒来时已124岁，但看起来仍像刚出征时的样子。
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相对论，对网友来说认知度要高不少，是爱因斯坦提出来的，但估计大家也就只知道这么个提法。相对论的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无关。狭义相对论和广义相对论的区别是，前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。

TOP.9：引力弹弓

弹弓效应是物理名词
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指的是小天体等借助大质量天体重力获得更大动能，这个概念被推广开来就是借助外界条件让自己获得加速度的意思。以宇宙飞船为例，就是借助星球引力使自身加速的原理。利用引力使自己的速度加快，引力越大，速度也就越快。

现在很多的探测卫星都采用弹弓效应来借助星球引力使自己加速，尽可能地节省燃料，同时，引力助推既可用于加速飞行器，也能用于降低飞行器速度。靠着这种方式，在星际间弹来弹去，最后到达目的地。

TOP.10：如果真有高维空间，为什么我看不到？

　　打一个比方，假如你是一只小蚂蚁，生活在二维空间，现有一张纸条如图，卷成一个闭合的环（AD，BC重合），那么蚂蚁永远只能在一个表面上爬行，此为二维空间。但如果翻转半圈再卷成闭合的环（AC，BD重合），蚂蚁会爬到纸条的正面和反面，就不只是二维空间了。就蚂蚁而言，他认识的世界始终是一个平坦的表面，但由于外界的空间被人为弯曲了，他却感知不到。

　　以此类推，假设四维时空是一个“平坦”的大表面，人类就是小蚂蚁，光速是最大速度。以前从A到C要穿过整个纸条，而弯曲空间以后，AC重合了瞬间即可到达，那么我们的速度在四维空间下是可以大于光速的。因此，宇宙那么大，我们仍然有机会探测到它的尽头。虫洞的概念由此而生。

　　在二维条件下（平面纸条），两点之间的最短距离是连接两点的直线，如果我们打破维度的限制，将一个二维平面在一个额外的维度（第三维）下进行弯折，两点的距离就可以无限接近。这样连接两点的通道就是虫洞，在二维条件下是一个圆形。而在我们所处的三维世界中，要用这种方法来连接空间中的两点同样需要额外的维度（第四维）来实现，而在三维的世界中（我们以及电影所处的世界），虫洞则以球形存在，理论上可以从任何角度进入虫洞。作为虫洞外部的观察者，我们可以看到虫洞另一端扭曲之后的景象。

TOP.11：什么是穿越？

　　再谈谈一个穿越的悖论。很多人有类似疑问，我穿越回过去，改变了过去，现在的世界就随之而改变，那么还能有现在的我吗？

　　其实，在高维空间理论提出以后，这个担忧早已迎刃而解。因为一旦你有时光机回到过去，其实你是到了另一个平行宇宙，那里的世界是一模一样的，你所做的改变只是新的开始。就像打游戏存档后，每次从你读档开始，就是一条新的人生轨迹，而之前你呆过的世界再也回不去了。世上确实没有后悔药，想回到过去改变现状从物理学来说简直就是痴人说梦。

TOP.12：虫洞真实存在吗？

　　虫洞目前为止还仅仅是爱因斯坦相对论的推测，从来没有被真实的观测到。宇宙物理学家认为虫洞在宇宙中无处不在，只不过非常不稳定和存在的时间很短，并可以通过一些方法来稳定虫洞来达到穿越时空的目的。

影片并没有脱离科学假设来人为的制造虫洞，而是在导演的安排下somehow就在土星周围出现了一个稳定的虫洞，这样的安排确实有发生的可能性并且符合目前的物理假设。

TOP.14：Cooper航行的目的地是哪？离地球有多远？

　　Cooper的航行目的地是Gargantua，是一个电影虚构出来在银河系之外的一个黑洞，距离地球有100亿光年。一百亿光年有多远呢？众所周知，一光年就是光在真空中走一年时间的距离。1977年人类发射的旅行者号飞了三十多年才勉强飞到太阳系的边缘，而太阳系的直径也才0.003光年，而我们所在的银河系的直径也仅仅才10万光年。
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现代物理学的假设是任何物体的飞行速度不可能超过真空光速，所以飞船依靠飞行在可能的时间范围内是不可能到达Gargantua的，这便需要利用虫洞（wormhole）穿越到宇宙的另一头。

TOP.15：为什么Miller行星上面会有巨浪？

　　Miller行星上的巨浪非常壮观，差点让Cooper有去无回，而这巨浪也仅仅是Miller表面的普通潮汐而已。
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众所周知太阳和月球的引力可以制造潮汐，由于Miller行星靠近附近黑洞的引力场，再加上Miller行星表面的引力场较弱，形成巨浪也就不足为奇了。

TOP.16：为什么Cooper从Miller行星返回后已经过去二十多年并且Romily已经老了？

　　Copper此行所到达的恒星系与我们的太阳系有很大的区别。太阳系是一个出于青年期的恒星系统，太阳作为太阳系的中心恒星，通过表面的聚变来为周围围绕太阳旋转的行星提供光和热。
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而Miller行星所在的恒星系统极有可能是一个晚期的恒星系统，质量巨大的恒星塌陷后形成了Gargantua黑洞，而在黑洞的周围有大量的高温气体和尘埃形成的吸积盘（accretion disk）来为恒星系提供能量。
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　　这也是为什么影片中黑洞的表面有光盘。Gargantua的质量非常巨大（100万个太阳的质量），导致了Miller行星处于巨大的引力势中。根据相对论中的描述，引力势能可以改变时空扭曲率而导致时间流逝发生改变。
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在影片中，以地球或者Romily作为观测者的话，Miller行星的时光流逝变慢，所以才是地上一小时，天上数十年。这种由于引力场造成的时间膨胀，已经在现实中被实验证实存在。

TOP.17：真实的虫洞和黑洞看起来是什么样子的？

　　虫洞只是被理论预测存在而黑洞也仅仅是被间接证据观察到，但是若是宇宙中存在黑洞和虫洞的话，那也将和影片的特效极为接近。

影片由著名的理论物理学家Kip Thorne担任执行制片人，影片中关于虫洞的特效都是依据理论方程计算得到。
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即便这些特效出现在科幻电影中，Kip Thorne所描绘的黑洞和虫洞视觉效果可以作为严肃的科学数据与理论模拟。
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值得一提的是这些特效还产生了两篇科学研究论文，分别发表在宇宙学和计算机图形领域的期刊上。