如何理解星際穿越中的引力 蟲洞 四維和五維空間?

時間 2021-05-30 00:09:47

1樓:UsernameRedacted

說編劇不懂的在搞笑吧,影片編劇之一(故事的靈感最初就來自於他)同時也是影片的科學顧問Kip Thorne是著名的美國物理學家,也是雷射干涉引力波天文台(LIGO)的專案創始人之一(因此獲得2023年諾貝爾物理學獎),當代在引力理論方向的巨擘,至今仍然活躍在黑洞研究的前沿。

至於題主關心的問題,影片中幾乎所有的細節都有著堅實的數學基礎。之所以說的不是物理基礎,是因為影片背景設定中對我們的宇宙有乙個重要的假設,也就是時空實際上是五維的,我們的四維宇宙膜被兩片Anti-de Sitter時空夾著,在這個五維時空中充斥著一種「超體場」(bulk field),它影響著我們的宇宙膜上引力的行為(我們感知到的四維時空的度規只是乙個分量),造就了引力異常和蟲洞存在的可能性。至於具體的數學細節,說實話答主的GR水平也就只能懂點皮毛,就不丟人現眼了。

先說什麼是引力。愛因斯坦提出的廣義相對論(GR,General Relativity)認為,引力的本質是時空彎曲,引力場中物體依然走測地線(假設沒有別的相互作用),時空的結構由度規張量(metric tensor)描述,物質和能量的分布由能動張量(stresss-energy-momentum tensor)描述,正所謂「物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動」,這兩個張量滿足愛因斯坦場方程。不同的時空結構就是這個方程不同的特解。

再說蟲洞,蟲洞就是場方程的特解,乙個比較經典的解是Ellis wormhole,度規我就不列了,它的二維對應體大概長這樣

上面的線就是這個度規的測地線。

Thorne專門為星際穿越中的科學概念寫了一本科普書,中國科學院國家天文台和上海天文台的若干位科研工作者們本著對科學(可能還有稿費 )的熱愛翻譯了這本書,這是一本全彩的優秀科普作品,詳細講述了電影中涉及到的幾乎每一處細節相關的科學原理,而且深入淺出,非常值得一讀,即使是物理系的學生們也會有所收穫。

本答案為手機碼字,保證乙個公式也沒有!

2樓:uncross

學術不精,很難回答關於四維五維的問題,大概與時間有關引力不就是常說的重力嗎,也可以從引力波來看,整個宇宙是乙個面,上面各個物體壓著乙個個坑,然後你在坑外面有往裡掉的趨勢

蟲洞好像是種設想,就是宇宙是個面,然後從乙個地方到另乙個地方不僅可以從面上過去,面上還存在著褶皺,然後褶皺之間存在著捷徑,意味著從山上過去很遠,但是從山洞中間過很近

(⊙`⊙)可能有什麼不對的地方,望輕噴

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