2014 年的电影《星际穿越》中有哪些科学上的错误

Question

如题所述

Answer 1

1.虫洞并不存在 至少目前未发现
　　在影片《星际穿越》中，勇敢的探险家们利用土星轨道附近的一个虫洞进入另一个行星系统。正如影片所描述的那样，虫洞弯曲了空间，让超远距离旅行可以在瞬间完成。形象地说，虫洞弯曲空间就像将一张纸折叠，缩短纸的两个远点之间的距离。虫洞在理论上具有可行性吗？
　　巴斯托表示：“我不认为虫洞真实存在。解释虫洞的工作原理仅限于科幻范畴，没有任何直接证据证明宇宙中存在这种东西。我们对黑洞有一定了解，但对于连接空间不同区域的东西，我们还只是提出想法并且是非常初级的想法。从拍摄《星际穿越》的角度上说，虫洞这种东西在影片中必须存在，否则的话，影片的情节便无法往前推进。”
　　比林斯表示：“虫洞最吸引我的地方就是既让星际旅行变得比实际情况容易，同时又比实际情况复杂。宇宙中可能存在虫洞，我们可以利用一个虫洞在空间穿行，上演5个维度的太空之旅。依靠这个物理学奇迹能够降低星际旅行的难度，同时又提高了星际旅行的复杂性。我们并不知道稳定的虫洞能否在宏观尺度下存在。也许，依靠传统方式更能降低星际旅行的难度，一种无需借助奇迹的方式，例如借助太阳帆获得推进力，在恒星系统之间穿梭。”
　　2.你无法在黑洞中存活
　　在影片《星际穿越》中，主人公库珀离开“坚韧”号飞船(Endurance)以减轻飞船的重量，让安妮-海瑟薇饰演的布兰德得以抵达另一颗适居行星。一旦进入黑洞——被称之为“卡冈都亚”——他便被飞船抛出，影片进入类似《2001太空漫游》的桥段。人类能够在黑洞中存活吗？
　　巴斯托表示：“不能。黑洞的引力场非常剧烈并且快速变化。任何掉进黑洞的物体都会像意大利面一样被黑洞的巨大引力拉伸。也就是说，任何物质或者任何人都无法在黑洞中幸存，通讯更是成为一种不可能。”
　　比林斯表示：“我认为如果宇航员靠近一个超大质量黑洞的吸积盘——影片中存在这一情节——等待他们的将是无法避免的厄运。黑洞的事件穹界周围积聚大量超热物质，释放出可怕的辐射。从事件穹界上方掠过而不是遭受熔化的厄运只能是一种科学幻想。此外，影片中提到的适居行星也让人产生质疑。”
　　3.你可以环绕黑洞飞行
　　影片中，布兰德环绕黑洞飞行，而后抵达系外行星系统的一颗行星。这是一种幻想还是可以成为现实？
　　巴斯托表示：“你可以环绕黑洞飞行，但前提是不能靠的太近。在进行天文学研究时，我们观测到大量环绕黑洞的系统，通常是带有恒星的系统。你能够观测到这些系统，但如果进入黑洞的事件穹界，可怕的物理学现象便会出现。你会螺旋坠落，直至被黑洞吞噬。”
　　4.行星可以在黑洞周围存在，但可能不具有适居性
　　影片中，探险家们造访了一个独特的行星系统，不仅环绕一颗黑洞，同时还拥有一颗具有潜在适居性的行星。虽然存在这种适居行星的想法给人一种遥不可及的感觉，但并非不现实。
　　巴斯托表示：“虽然没有人探测到环绕黑洞的行星系统，但我们没有理由怀疑这种行星系统的存在。问题是，这样的系统具有怎样的稳定性。对于这个问题，我所知道的相关计算并不多。因此，我很难确定是否存在这样的行星。但如果轨道内的所有因素都处在安全限值之内，可能性还是存在的。更有可能存在的一种情况是：一颗恒星环绕黑洞，一个行星系统环绕这颗恒星。任何与黑洞存在联系的行星系统都可能被黑洞吞噬。”
　　比林斯表示：“我认为《星际穿越》更多地是面向物理学家的一部影片，而不是行星学家。你能够在影片中看到他们强调哪些是精确而真实的科学，哪些不是。我们面临着很多与行星有关的问题。例如，一些行星上存在巨大潮汐，但潮水的深度还不及你的脚踝或者膝盖。目前尚不清楚何种因素导致这种疯狂的潮汐，可能的原因就是存在黑洞。然而，如果真的由黑洞导致，黑洞还会引起巨大潮汐以外的其他现象。”
　　5.没有所谓的“温和奇点”
　　大卫-基耶斯饰演的人物罗米利在片中指出，黑洞的核心是一个“温和的奇点”，这可能解释了他们造访的行星系统并不存在极为可怕的环境。宇宙中真的存在罗米利所说的“温和奇点”吗？
　　巴斯托表示：“重点是黑洞的质量存在巨大差异。奇点本质上是中央点，奇点理论认为所有黑洞都拥有无限大的质量，不会随随便便消失在太空中。我们之所以能够探测到黑洞的存在是因为它们的质量影响周围物质。物理学家认为物质会发生塌陷并且取决于质量的多少，所占据的区域存在差异。”
　　卡普兰表示：“虽然有一些科学发现，但我们对黑洞附近发生的事情仍知之甚少。我们对事件穹界提出了理论，超出事件穹界的区域发生什么事情，没有一个人知道。我认为一个质量达到卡冈都亚级的黑洞便是这种情况。如果黑洞拥有足够大的质量，这些事情就不可避免。但在我们利用仪器设备对黑洞进行观测前，一切都只是理论。”
　　6.真实呈现宇航员因时间膨胀的衰老方式
　　由于时间膨胀，《星际穿越》中的“坚韧”号船员衰老速度比地球上的人慢。这种现象符合爱因斯坦提出的理论。根据爱因斯坦的理论，当人以接近光速的速度移动时，时间便会变慢。在地球上，科学家已经通过实验证明了这种理论。
　　巴斯托：“这种现象已经得到验证。根据爱因斯坦提出的狭义相对论，以不同速度移动的物体经历的时间存在差异。例如，登上月球的宇航员移动速度超过地球上的任何人，他们的衰老速度略慢于地球上的任何人，但还没有达到显而易见的程度。不过，如果你的速度接近光速——很难实现——你便能注意到这种影响。在物体快速在宇宙中移动，我们也能看到这种现象。”
　7.“坚韧”号飞船通过旋转产生人造重力是一种理想选择，但魔术般的推进力并不现实
　　“坚韧”号飞船用于进行星际旅行。专家们表示这种飞船具有很大的可行性。但影片中描写的飞船从行星上起降的场景过于简单化，给人一种似是而非的感觉。
　　比林斯表示：“‘坚韧’号飞船似乎很符合科学，尤其是通过旋转产生人造重力。人造重力避免船员因微重力导致的骨骼退化。不过，‘坚韧’号飞船所拥有的强大的推进力并不现实。片中，这种飞船借助强大的推进力摆脱可导致船员在一小时内老10年的行星极端重力井。我真心希望美国宇航局能够拥有这种燃料，这样一来，我们便可极大地提高飞船的速度。”
　　卡普兰表示：“吉恩-罗登伯里说过他之所以为《星际迷航》设计传送器是因为他不想将时间浪费在一次又一次的起降上。我认为在现实世界做到这一点的可能性极低，但为了讲述一个引人入胜的故事，这种设计是可以原谅的。”

Answer 2

1、粮食危机存疑问
影片开头，全球的农作物都遭到枯萎病袭击而死亡。但“枯萎病”并不是一种病，而是一个门类，是形形色色植物病的统称，片中却暗示为同一种病原像连环杀手一样依次猎杀农作物，其中玉米抗病力最强也缺乏说服力。影片结尾，人类在太空重新种植庄稼，但假如真是病原体作祟，上了太空又如何摆脱。不妨假设是重力、真空、辐射等异地环境杀死了病原体，那么问题仍然存在：既然宇航局能星际远航，为什么早不尝试在近地轨道培育庄稼呢，虽然对改善环境无益，至少能解决饥饿问题吧。此外，如果小麦早就灭绝了，那么主角和父亲喝的啤酒要么过了保质期很久的，要么是我们没喝过的玉米啤酒呢，可是在全球粮食危机的情况下，把玉米拿来酿酒也是够奢侈的。
2、宇航局是富还是穷
在人们生生不息的年代，美国政府给宇航局的拨款少得可怜，直到生态崩溃、人类濒临灭绝的当儿，才突然变出千百倍的经费，供他们建造几十艘大飞船，且不说从哪儿能瞒天过海筹到这么大一笔钱，光是这行事逻辑也令人费解。新的宇航局规模更大，占用了北美防空司令部的旧址后隐蔽性也上一层楼，但明明有了钱和地盘，作风却更加抠门，比如把火箭发射台直接建造在办公室的隔壁，看那墙壁装饰和会议桌陈设，绝不是临时会议室吧。
3、飞船燃料舱去哪了
远征飞船永恒号的外观毫不符合空气动力学，这很适合太空航行，但最初把它从地面发射上去就成了大问题，即使拆散成单个舱体，也得额外建造发射船坞，既费钱耗能也不利于保密原则。网友也指出，以永恒号的庞大体积，停留在地球轨道一定会被民间天文观测者发现，当然，也许那时候人人都忙着种玉米了。永恒号没有明显的燃料舱，假定燃料舱和生活舱一样安置在外围，也同样令人疑惑——燃料舱又不需要人造重力，干嘛摆在外圈浪费能量呢，合理的设计应该把燃料放在中央。
4、土星航程不靠谱
片中从地球到达土星的时间估计是两年，这个数据是参考“新地平线”探测器所得，后者飞抵土星花了约两年四个月。但“新地平线”的目的地是冥王星，全速飞过土星无需减速，如果提前踩刹车的话，整趟旅程要耗费大约4.7年。而且几名主角在最后阶段仍在悠闲聊天，并没有全力以赴调节仪器以免偏离轨道的动作。理论上讲，不减速倒也可以，以高速一头栽进虫洞也能达到目的，但电影中飞船明明在靠近土星时仍然速度缓慢。
5、虫洞任我自来去
人类可以通过虫洞进行太空旅行，但仅仅是在理论上可行。根据广义相对论，如果没有特殊手段维持，虫洞的寿命接近无穷短，几乎是刚刚形成超时空隧道，就瞬间就断开，哪怕光也来不及通过。即使在五维空间技术的关照下，宇航员得以顺利进入，也必然会被其中奇点强大的引力撕碎。《星际穿越》的科学顾问基普·索恩也在影片配套书籍《星际穿越中的科学》中写道：“任何试图穿越（虫洞）的人或物都会在夹止过程中被毁灭。”虫洞对周边空间应该有强烈的引力效应，片中也没有特别展现。另外库伯本身就是一名宇航员，完全无需别人给他讲解虫洞原理，黑人宇航员专程拿出笔纸来演示，纯粹是说给观众听的，为了科普把剧情合理性也牺牲掉了。
6、行星系统猫腻多
航行的目的地是三颗围绕黑洞运行的宜居行星，已有天文学家指出，没有恒星，光和热是从哪里来的。好吧，也许来自黑洞周围的吸积盘，但吸积盘的物质通常也是从别的恒星吸来的，我们视野中仍找到任何毗邻的行星。再说，吸积盘的物质在不断往黑洞里掉，没有新物质补充，很快就会耗尽，所以那几颗宜居星球的“宜居寿命”也不会太长。退一步说，即使吸积盘足够温暖行星，可以替代恒星的作用，又产生新的悖论：如此能量充沛的吸积盘表面一定像太阳一样炙热，库伯必须有超人的体格才能不被烤熟。
7、拜访外星太磨叽

令人哭笑不得的是，当船员穿越虫洞后，明明燃料匮乏，却要亲自前往各大星球，还对拜访顺序做了一番讨论。现实科学家才不会那么墨迹，架个望远镜观察一下大气层光谱，利用光谱学，就能快速高效地决定哪些星球更适合人类居住，这套方法在天文界早已用了几十年。即便永恒号上并没有搭载望远镜，在着陆前派个探测器先作考察，或者让机器人驾驶飞船盘旋几圈，也能避免盲目登陆后的惨剧。话说回来，这么做的话，那几场扣人心弦的惊险段落就胎死腹中了，毕竟科学和商业无法兼顾。
8、滔天巨浪从何来
宇航员降落在第一颗行星，脚下是齐膝深的海水，山峰高的滔天巨浪周期性来袭。关于巨浪影片并没有给出解释，最合理的可能是黑洞引发的潮汐力所致。但是行星距离黑洞这么近，恐怕早被潮汐锁定了，有一面永远向着黑洞，这意味着会有巨大的海水鼓包出现在正对和背向黑洞的两个方向，鼓包相对行星表面是静止的，不该会有巨浪。就算由于时间稀释，潮汐还没锁定，引力产生的效果也不该是片中这样海啸式的。海啸源于地壳变动，没有哪种海啸会有如此精确的周期。
9、时间稀释有悖论
海浪行星距离黑洞很近，以至于出现了强烈的时间稀释，地表一小时等于地球上七年。这一设定本身就存在争议，很多物理学家认为，在这个距离上，黑洞的潮汐力应该足以将行星解体。而且由于因为两者时间尺度不同，空间站是无法收到行星表面发出的信号的，即使最原始的电磁波信号，也会被拉伸成无法识别的噪音。这一点其他人或许不懂，但那位钻研了20多年黑洞的黑人船员，对此竟也没有表示疑议，着实令人费解。
10、科学家竟听风就是雨
第二颗行星上的冰冻云也是想象的产物，别看云的体积很大，内部含水量相当低，真遇上超低温，冻起来也只会变成一堆冰雹落地，不会冻成一整块，更不会被飞船一刮擦就冰屑飞溅。曼恩博士说低处的第二地表温暖又富含氧气，如此鬼话丝毫经不起推敲，在光照不到的地方，只能依靠行星内部发热，才能抵消外头的寒冷，库伯一行理应先查探火山的踪迹，而不是被蒙在鼓里，亲自前往。至于被布兰德当做殖民地的第三颗行星，距离吸积盘比冰冻星更远，气候也该更酷寒凛冽，怎么反倒能建立殖民地了。
11、马特·达蒙肿么了
先遣部队之一曼恩博士（马特·达蒙饰）发现自己抵达的星球不宜居住后，本着生存的强烈渴望，抛弃了科学家的良知搞起学术造假，破坏机器人销毁证据，以骗取其他人的救援。到这里一切都无可厚非，但他之后的行为则难以理喻：既然已经得救，老实坦白就行了，难道队友会因此加害于他吗。苏醒(微博)后，无论想继续B计划还是回到地球，他都有充足的条件，却打着拯救人类的旗号杀光队友，之后又在飞船对接时像个门外汉一样自寻死路。对此我们只能理解为，作为首批探险者中的唯一幸存者，曼恩博士被寂寞和恐惧折磨成了疯子，失去了理智思考的能力。
12、黑洞模型有瑕疵

影片对黑洞的视觉呈现是一圈流转光轮环绕在暗黑的深渊周围。这个由基普·索恩亲自建模的黑洞，无论在电影还是科学界，都堪称有史以来最精确的模拟，但仍留下了疏忽。吸积盘为了不掉进黑洞，必须绕黑洞超高速旋转，考虑多普勒和相对论性射束，在宇航员看来，向他们飞来的物质看起来应该亮而更蓝，离他们而去的应该暗而更红，这导致吸积盘应该色彩斑斓。而片中的大光轮是明亮的一圈，并没有显著的颜色变化。也许索恩清楚，观众总是青睐对称画面的美感，所以故意放水为视觉添彩吧。
13、黑洞生存仍是谜
科学家无法理解引力和量子机制如何共同作用，他们提出的解决办法是派一个机器人下到黑洞，送回量子数据。这一设定没有任何科学依据，影片也信心不足地解释为主角在一切尽失、希望渺茫之下的最后一搏。库伯闯入黑洞，来到奇异的五维空间所在，他如何能活下来令人迷惑。首先，与黑洞的亲密接触，足够伽马射线把他烤熟一百次，即使过得了这一关，也会被潮汐力扯成意大利面条。我们只能相信是五维空间的未来人暗中提供了屏障。
14、摩斯密码太逆天
通过五维空间的时空管道，库伯通过操纵手表指针，向女儿发送了一串量子数据，从而改变了地球的命运。然而通过单纯的摩斯码，只能传递一个数字，在黑洞中观测到的奇点数据肯定不止简单的纯数字，如何解码如何变成公式使用？
15、吃饭问题还是没解决
电影一开始就认定在地球上无法解决粮食问题，所以一群饥饿的人想法去茫茫宇宙寻找食物，最终他们也确实在土星空间站种出了粮食。既然从头到尾是解决吃的问题，无论计划A还是B，那些探索者到达潜在星球后，需考察的除了能否住人之外，更重要的是能否种出农作物。但影片中他们并没有讨论粮食问题，更没有在三个星球上进行任何种植实验。到底解出重力方程和挽救农作物有何关联呢，对于这个故事最大的前提、人类存亡最大的疑问，影片疏于交代。

Answer 3

科普书籍《来自天空的死亡作者、探索频道节目 “菲尔·普莱特的糟糕宇宙“ 主持人——博主菲尔·普莱特：
1、本来NASA就已经在数十年前就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）。
2、电影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？周围没有一颗恒星。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”。
3、巨浪星球和地球的时间差是，巨浪1小时=地球7年，要达到如此巨大的时间膨胀，大约60,000倍，需要紧贴着黑洞表面运行，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%。

Answer 4

主角在黑洞里的五维生物创造的四维空间崩塌后由they套上保护膜穿回了虫洞，中间和过去穿越虫洞中的女主角握了手，打了个照面，最终回到土星附近男主女儿建立的空间站旁边，已经有人在打捞的路上了，整个过程非常快，由于从黑洞出发时已经是数十年后，男主女儿早就把空间站建好了，所以整个过程非常流畅，氧气完全足够，恐怕最长的一段时间是飞船来救他的路上。主角在黑洞中所处的是三维立方体矩阵，但不同于我们的三维世界的是：主角可在矩阵中不同时间的立方体穿梭，因此也可以叫做时空意义上的四维，即空间三维+时间一维，而并非空间上的四维。（我们所处的是空间三维+时间零维）

Answer 5

科幻电影而已，看的就是天马行空的想象力。古人看现在的电灯和飞机也觉得不可能是瞎想，现在看来只是认知程度科技程度没到而已。