影视剧中的“真假”黑洞

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史上第一张黑洞的照片问世!“事件视界望远镜”(EHT)项目的科学家4月10日在全球六个地点同步召开记者会,发布他们第一次拍到的黑洞照片。

其实,爱因斯坦在1915年发表广义相对论(general relativity)后,科学家早已推测出黑洞的存在,但由于黑洞的引力强大到连光线都无法逃脱,过去人类一直无法直接观测。

不过,过去拍不到黑洞的“素颜照”并不阻止我们这些渺小的地球人对它怀抱想象。美国航太总署(NASA)以往会发布图片,按照数据观测制成黑洞的“想象图”;许多影视作品也都有关于黑洞的情节。

zaobao.sg 带您从影视剧中找寻黑洞的身影,看编剧们怎么解读这个充满神秘色彩的天体,而这当中又有多少现实、多少虚构?

黑洞“吞噬一切”的形象

黑洞有进无出、吞噬周遭一切事物的形象,确实非常吸引人。不少影视制作人就看中黑洞拥有绝对力量的特质,将它拟人化,塑造成故事中的反面人物。

漫威电影中的角色“行星吞噬者”(Galactus)就是以黑洞为原型的人物。它在2007年的电影《神奇四侠:银影侠现身》中登场,以食星维生,没有七情六欲可言。行星吞噬者在原漫画中象征着宇宙三大力量之一的“公平”,因为他什么行星都吃,在他面前众生平等。

这样的特质,是不是和黑洞很像呢?

黑洞是质量足够的恒星在燃料耗尽后,引发坍缩而形成的。那颗恒星上所有的物质都会被压缩,强大的引力能吞噬周围的一切,就连光也无法逃脱。

除了电影中出现过的行星吞噬者,漫威漫画中甚至有一个人物就叫“黑洞”,还曾差点把绿巨人浩克都吸进其中。还有X战警中的成员Shen Xorn,他的身体就是个黑洞,能产生重力场,吸收各种物质。

黑洞的具体组成部分:奇点、事件视界、光圈

说起黑洞相关的影视作品,不得不提《星际穿越》(Interstellar)这部电影。

先不说别的,剧中所描述的黑洞,视觉上就相当准确。

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科学家首次发布的黑洞照片与电影《星际穿越》中的黑洞(上图)形象相似

黑洞组成部分有二:核心处的奇点(gravitational singularity),以及环绕在周围的“事件视界”(event horizon)。“奇点”是黑洞中所有物质最终将被吸力引往的中心点,面积不大但是质量(mass)无限大。“奇点”周围不可能逃脱的空间,就叫“事件视界”。这个空间里所有的东西,最后也都会被压缩到“奇点”当中。

在事件视界之外,则是还未掉入黑洞的物质。4月10日公布的这张照片当中,橘黄色的光圈其实是黑洞周围,尚未掉入黑洞的气体所产生的光线和辐射。

虽然和这张照片比较起来,《星际穿越》的黑洞好像更加骇人,中间还有一圈类似土星的光环。但研究员指出,电影中黑洞的样子其实相当准确:中间有黑色的区域,外围是黑色的圆环,中间则是一圈光圈。光圈的形状不同,或许因为拍摄角度的原因,正如土星的光环从某些角度也不太看得清楚。主角正是在这光圈内挣扎,企图逃离黑洞的引力。

广义相对论:时间的拉伸

美国加州理工学院的基普·索恩(Kip Thorne)给予这部影片极高的评价:“在此之前,任何好莱坞影片都未准确呈现过虫洞或者黑洞。”

基普·索恩之所认可这部影片,是因为电影高度符合爱因斯坦的广义相对论方程式。

物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)这样解释广义相对论:“时空告诉物质如何运动,物质告诉时空如何弯曲。”

也就是说,物质的运动会影响时间的快慢。

当宇航员抵达其中一个星球时,因为该星球的地心引力比地球要强得多,因此该星球上的一小时,就等于地球上的7年时间。待宇航员脱离该星球回到飞船上,同行的伙伴早已苍颜白发。

至于引力无限大的黑洞,电影中对于“时间”的处理相当巧妙。因为有主角光环护体,所以主人公掉入黑洞之后没有瞬间被分解,而是掉入一个未来高等人类制造的四维空间。

这当然也是编剧的想象,但无限引力下时间和空间是否还符合我们所熟知的物理原理,确实是目前黑洞研究当中,最令人瞩目的焦点之一。编剧的天马行空,或许就是科学家最想解开的谜题。

平行空间与虫洞

穿越时空、通过虫洞抵达另一个平行空间的故事情节,堪称是各大影视剧最常使用的桥段之一。

经典的《星际迷航》(Star Trek)就有穿越时空的桥段。故事描述一颗不稳定的新星威胁着整个银河系,主人公为拯救大家试图创造一个人工黑洞来消灭超新星,后来却被黑洞的事件视界困住,被送回过去。

《变形金刚》(Transformers)卡通片中,主人公通天晓(Ultra Magnus)也曾被黑洞“运”往另一个由反物质(anti-matter)组成的平行宇宙。

其实从目前的科学研究成果来看,要被黑洞运往另一个空间似乎是不太可能的。黑洞的强大引力瞬间就会将任何物质分解成最小单元的粒子结构。

倘若真的有平行宇宙,更可能连接两个世界的,应该是“虫洞”才是。虫洞是1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆(Ludwig Flamm)提出的概念,是宇宙中可能存在的,连接两个不同时空的狭窄隧道。相对黑洞,理论上可“折叠空间”的虫洞似乎更适合时空旅行。

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