星际穿越中用到了哪些物理知识

A. 《星际穿越》里有哪些物理知识

说说“黑洞与时间弯曲”的第十四章虫洞和时间机器这一章的含谈内容：
首先，基帕·索恩说了一件他的趣事：
1985年，基帕·索恩接到多年老朋友卡尔·萨根的求助。卡尔写了一本科幻小说，希望把小说里的科学理论写的准确一点，想让基帕·索恩指点一下。基帕发现书中的女主角居然掉进黑洞然后时空穿越了，这是不可能发生的。于是基帕写信建议卡尔要依靠虫洞做星际旅行。卡尔欣然接受建议，那小说叫“Contact”。后来被拍成电影叫“超时空接触”，也是马修主演，评价很好。

然后基帕·索恩开始讲虫洞：

一、虫洞在哪里

关于虫洞有三种说法：

一是虫洞是宇宙中相距遥远的两点间的一条捷径，就是一个苹果，虫子沿着苹果表型袜面走远了，可是如果虫子挖洞从苹果里面走就近多了，顾明思议，虫子为了抄近路而在苹果里挖的洞。

二是虫洞是连接黑洞和白洞或黑洞与黑洞的管道，故在黑洞里能找到虫洞。（白洞：黑洞死亡会变成一个白洞，喷射出之前黑洞吸入的物质）

三是虫洞是时空隧道，能进行时空旅行。

没人见过虫洞，有人说我们周围到处都是虫洞，又有人说黑洞里有虫洞，基帕·索恩在书里又说我们可以自己构建虫洞。

二、负能量物质

虫洞在某个时刻产生，短暂地打开，然后关闭、消失。从产生谈租碰到消失，时间极短，短到没有事物能在这么短的时间内从一个洞口穿到它另一个洞口。所以我们能利用虫洞进行时空旅行前提是有办法使虫洞一直开着，不让它消失。

基帕·索恩觉得有某种奇异物能贯穿虫洞，使虫洞一直开着。这种奇异物和人类所见的任何物质都大不一样，它具有负能量。

要实现负能量其实并不难，参照系不同便可实现。在飞船以接近光速的速度接近虫洞时，虫洞周围的能量自然就成了负的。

故要进入虫洞，飞船的速度必须接近光速。

三、时间机器

假定我们能找到虫洞并且有某种负能量可以让它一直开着，那么虫洞就可以是一个时间机器。

飞船要进入虫洞，其速度要接近光速。

根据爱因斯坦的相对论原理，如果你在太空中的速度足够快，可以做到在太空中呆了几十天，地球上却已经过了几十年，做到古人所说的天上一天地上一年，即如果你2014年坐飞船接近光束进行时空旅行一个月后，回到地球，这时发现地球已经是2044年，这就实现了穿越到未来。

故我们可以猜想剧情，等主角们穿越到其他星际空间完成任务后，回到地球，他们的儿女都和主角们一样大年龄了。

目前的科学理论表明，回到过去是不能实现的。

B. 诺兰科幻电影星际穿越中的物理知识，符合现实吗

诺兰科幻电影中的星际穿越隐含的物理知识可能不符合现实。

大名鼎鼎的导演——诺兰有着众多的作品，但是我们今天在所谈论的话题并不是这位和他的作品，而是发现他的作品中几乎都无一例外的有着这样的一个共同点：星际穿越。这种现象给人一种视觉上的享受，但是在视觉享受之余，我们要思考这样的一个问题，这种星际穿越是不是真的在现实生活中存在，这种现象有蕴含着哪些的物理知识呢？

黑洞，称它为黑洞，是黑洞的引力非常大，想要靠近他的物质都会被吸收进黑洞的内部，光都无法逃离雀携，所以时间一长，人们习惯的把这种天体成为黑洞了没有相关可靠的证据能够证明虫洞存在的准确性，所以星际穿越这种现象只有在科幻电影里才能见到他的神奇了，所氏闹以，星际穿越中的物理知识是不符合现实的。

C. 问：星际穿越。包括什么物理学原理超正方体是谁弄出来的

星际穿越没说超立方是谁造出来的
基本原理就是虫洞。
简单举个例子说明原理，纸是二维的平面，纸上两点间直线最短，但是在三维的空间中把纸折叠，则两点间距离为0。人类所在的世界是三维的空间加时间，即四维。超立方是五维空间，男主进行了类似于上述折纸的操作，使自己的时空和女儿所在的时空重合于一点。
但是这并不意味着人类可以“穿越”，能穿越时间的只有重力，而重力可以影响时间的流逝速度，于是男主利用山档这个方橡唯缺法向女儿梁辩传递信息。

D. 如何理解《星际穿越》中的引力与时间的关系

《星际穿越》中的引力与时间的关系：

1、广义相对论认为引力场会让时间变慢。影片中一小时相当于7年的水行星距离黑洞很近，处于黑洞的巨大引力场。而母船离黑洞很远，受到的黑洞引力要小得多。两者之间时间流速是不一样的。

2、Cooper回到人类的太空站，他和其他人的时间差异变得更大了。这是因为他进入了黑洞，在更大的引力场中，他的时间流速进一步变慢了。理论上在黑洞内部的时间相对于外面是静止的。

3、Brand在黑洞外看着Cooper落进黑洞，她发现当Cooper坠落的速度越来越慢，当他落到黑洞视界边缘的时候就停下来了，然后慢慢变暗，消失。这是因为来自Cooper的光线不能逃离黑洞的引力。

(4)星际穿越中用到了哪些物理知识扩展阅读

《星际穿越》是克里斯托弗·诺兰执导的一部原创科幻冒险电影，由马修·麦康纳、安妮·海瑟薇、杰西销渗卡·查斯坦及迈克尔·凯恩主演，基于知名理论物理学家，诺贝尔物理学奖得主基普·索恩的黑洞理论经过合理演化之后，加入人物和相关情节改编而成。

《星际穿越》主要讲述了一队探险家利用他们针对虫洞的新发现，超越人类对于太空旦扒旅行的极限，从而开始在广袤的宇宙中进行星际航行的故事 。

在不远的未来，随着地球自然环境的恶化，人类面临着无法生存的威胁。这时科学家们在太阳系中的土星附近发现了一个虫洞，通过它可以打破人类的能力限制，到更遥远外太空寻找延续生命希望的模斗昌机会。

一个探险小组通过这个虫洞穿越到太阳系之外，他们的目标是找到一颗适合人类移民的星球。在这艘名叫做“Enrance”的飞船上，探险队员着面临着前所未有，人类思想前所未及的巨大挑战。

(4)星际穿越中用到了哪些物理知识扩展阅读：网络--《星际穿越》

E. 《星际穿越》中涉及到哪些高中物理知识

高中的可不够呀，星际穿越里的科技超地球现有科技一万年都差不多。虫洞，曲率航行，光牵引，电磁护罩。现在的科技一点都不沾边。如果星际穿越里的科技和现在的科技对比的情况下。就像是一个坦克对一个刚出生的婴儿。完全没有可比性。

F. 《星际穿越》涉及哪些科学知识

一、黑洞：黑洞一种不会向外界发射或反射任何光线的物质，一切物体接近黑洞都会被吞噬包括光，因此人们无法看见它。

二、虫洞：虫洞是在1930年由爱因斯坦和纳森·罗森假设提出的，认为虫洞是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道（白洞与黑洞），认为透过虫洞可以做瞬时的空间转移或者做时间旅行。

四、超立方体：影片里主角在脱离飞船之后，并没有掉进黑洞，而是进入了一个把时间量化的盒子里，也就是五维空间，于是主角便通过这个盒子向三维空间自己的女儿传送数据，最后解开了方程，带领大家在土星建造了殖民空间站。

这个盒子是超级文明的创造，并且这个文明把时间作为一个维度嵌入了立方体中。这个超立方体的一个“面”在三维空间中，我们现实生活所处的时空却是 四维空间，我们只能感知三维空间和线性的时间维度。五维时空则是 四维空间加上非线性的时间维度，而那个时间维度又可以轻松让库珀通过引力影响过去，最后通过引力操纵手表的指针，传递给女儿世界内部关于量子引力的关键信息，最终使得人类得以操纵引力离开地球。

G. 星际穿越中提到的科学

《星际穿越》最出色之处在于：它前所未有地把科幻小说中的高度概念化的科幻构思和科学假说以视觉方式呈现出来，包括黑洞、虫洞、奇点、五维空间、时间膨胀与压缩(相对论)、全球食物危机、类地行星探索、深度休眠、墨菲定律等等。这个电影故事如果放到科幻小说中，可以说毫不新奇，甚至只及得上四五十年前的科幻小说设定。其实这个电影很像一部中国科幻小说：郑文光先生的《飞向人马座》！《星际穿越》的后半段很接近这个小说，就是男主在飞行的过程中燃料不够，借助黑洞的力量进入另外的一个空间维度。这部电影能够把另外一个空间维度用视觉的效果体现出来，个人感觉太神奇了。还有一点就是影片把一些枯燥复杂的教科书的理论知识与情大帆大感结合起来，在这一点上，整体提高了电影的热度，因为人们都是有感情的动物。

    接下来给大家重新科普一下影片中的科学知识。

黑洞是空间中有着强大引力的超高密度的天体，假如太阳质量不变，大小却变成乒乓球那样，这就是太阳坍缩成了黑洞。

黑洞的特点就是有进无出，即：

①任何东西都可以进入黑洞，黑洞外围有一层“事件视界”，任何东西只要过了这个“视界”，都要掉进黑洞。

②任何东西都不可能从黑洞里逃出来，包括光。另外，因为没有光从黑洞逃出，故无法直接观测黑洞，但是从物体被黑洞吸入之前放出的紫外线、X射线等边缘信息可以判断黑洞的存在。

一只很大的飞船飞向一个天体，飞船头部距离天体比较近，受到的引力比较大，而尾部距离天体比较远，受到的引力比较小，头部和尾部的引力大小的差距，就会在飞船中间产生撕扯的拉力，这个拉力就是潮汐力。

虫洞在某个时刻产生，短暂地打开，然后关闭、消失。从产生到消失，时间极短，短到没有事物能在这么短的时间内从一个洞口穿到它另一个洞口。所以我们能利用虫洞进行时空旅行前提是有办法使虫洞一直开着，不让它消失。

关于虫洞有三种说法：

一是虫洞是宇宙中相距遥远的两点间的一条捷径，就是一个苹果，虫子沿着苹果表面走远了，可是如果虫子挖洞从苹果里面走就近多了，顾明思议，虫子为了抄近路而在苹果里挖的洞。

二是虫洞是连接黑洞和白洞或黑洞与黑洞的管道，故在黑洞里能找到虫洞。（白洞：黑洞死亡会变成一个白洞，喷射出之前黑洞吸入的物质）

三是虫洞是时空隧道，能进行时空旅行。没人见过虫洞，有人说我们周围到处都是虫洞，又有人说黑洞里有虫洞，基帕·索恩在书里又说我们可以自己构建虫洞

电影中，男主人公通过进入“第五滚竖维度”看见了原来自己的生活，并给当时的女儿以提示从而改变了未来。

        现在宇宙学家将时间看作第四维，而第五维指的是能量无界限，是由无数个第四维时间组成的平面。想象一下，就像你轿绝面前有一堵墙由无数的竖线组成，每一条竖线就是一条第四维时间线，透过每一条时间线都能看到在这个时间点三维空间里发生的事情，在“第五维度” 的世界里没有时间或是空间的界限。

看到这里有没有感觉很神奇，这部影片是我看到评分最高的一部科幻影片，有点烧脑，如果了解过爱因斯坦的性相对论，看起来就没有那么枯燥了，赶紧去重温一下吧！^_^

H. 星际穿越中的物理常识

1. 大神普及《星际穿越》的天文物理学知识
看《星际穿越》前必懂的18个天文物理：

TOP.1：黑洞真是洞？

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TOP.2：什么手烂是虫洞？【No.1】

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TOP.3：什么是虫洞？【No.2】

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TOP.4：五维空间

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TOP.5：奇点

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TOP.6：时间膨胀

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TOP.7：与女主人公名字相同的定律：墨菲定律

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TOP.8：我们熟识的“相对论”

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TOP.9：引力弹弓

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TOP.10：如果真有高维空间，为什么我看不到？

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TOP.11：什么是穿越？

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TOP.12：虫洞真实存在吗？

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TOP.13：为什么Cooper乘坐的飞船要不停的旋转？

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TOP.14:Cooper航行的目的地是哪？离地球有多远？

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TOP.15：为什么Miller行星上面会有巨浪

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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？

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TOP.17：真实的虫洞和黑洞看起来是什么样子的？

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TOP.18:Murph的鬼魂是怎么回事？为什么Cooper在虫洞中可以观察到所有的历史事件？Cooper和Murph是怎样实现通讯的？
2. 如何在不懂物理学的前提下看懂《星际穿越》的几个地方
一维数轴，二位平面，三维立体，这是初中学的常识，而是三维生物，活在四维空间里。

当然三围生物是女人，这事儿按下不表。

四维是什么？可以理解为时间的走向，也可以理解为事情发生的顺序。实际上“时间”这个东西是自己定的，完全不符合科学定义，不过要森薯镇这么理解也无所谓，反正好理解。

坐标系都学过吧？初中时候画的。二维就是两条，X,Y；三维就是三条，X,Y,Z。是三维的生物，在Z轴上拱来拱去，现在就只能看到X和Y轴了，也就是说，看到的东西，是平面。

为什么呢？在Z轴上过日子，站在Z轴的任意一个点放眼望去，当然看到的是X和Y轴了。Z轴上有好多好多个点，每个点放眼望去，都是平面。

要这样还不理解的话给再举一个例子：是个二维生物，不是说是个二次元。的世界现在只有此粗两条轴了：X,Y。假设今天站在X轴上一个点，放眼望去，只能看到沿着这个点和X轴垂直的，和Y轴平行的一条线。

I. 《星际穿越》涉及了哪些科学理论

《星际穿越》是基于爱因斯坦的广义相对论，结合基普·索恩的黑洞理论以及多维时空的量子物理理论演化出来的。虫洞是1930年代由爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时假设的，认为透过虫洞可以做瞬时的空间转移或者做时间旅行。

J. 《星际穿越》涉及哪些科学知识

1. A worm hole could open in space, providing a short cut from one side of the universe to the other. Verdict: Mostly true
打开的虫洞可以撕裂空间，给我们提供穿越宇宙的捷径。判定：基本正确
Worm holes are a pretty well-accepted part of modern cosmology and it’s Thorne’s theorems that have helped make them that way. The idea is that if you think of space-time less as a void than as a sortof fabric—which it is—it could, under the right circumstances fold over onitself. Punching the necessary holes in that fabric so that you could make your universe-transiting trip would be a bit more difficult. That would require what’s known as negative energy—an energetic state less than zero—to create the portal and keep it open, says Princeton cosmologist J. Richard Gott. There havebeen attempts to create such conditions in the lab, which is a long way from areal worm hole but at least helps prove the theory。
虫洞是现代宇宙学中普遍接受的概念，而它的流行主要得益于索恩定理。虫洞的主要观点是：当时空被当作一种布料而不是空间时，只要时机合适，它就可以折叠。然而，在布料上开一个可以穿越宇宙的口子并不容易。为此，普林斯顿的宇宙学家理乍得·戈特表示，我们需要一种负能量，即一种低于零的能量状态，去打开并维持时空之门。我们可以在实验室尝试制造这种状态，可是这与真实的虫洞相差甚远，但我们可以以此来证明这种理论。
One bit of license the Interstellar story didtake concerns how the worm hole came to be. It takes a massive object to generate a gravity field sufficient to fold space-time in half, and the one inthe movie would have to be the equivalent of 100 million of our suns, says Gott. Depending on where in the universe you placed an object with that kind of mass, it could make a real mess of the surrounding worlds—but it doesn’t in the movie。
《星际穿越》未曾注意到的一点是虫洞是如何产生的。为了折叠时空，我们需要一个巨大的物体去建造一个重力场，而在电影中，这个物体要相当于100万个太阳，戈特说。我们在何处安放这样一个庞然大物会决定周边世界是否混乱，但在电影中，这种混乱显然并没有发生。
2.Getting too close to the gravity well of a massive object like a black hole causes timeto move more slowly for you than it would for people on Earth. Verdict: True
像黑洞那样的庞然大物，如果离它的重力场太近，时间就会比地球上的走得更慢。判定：正确
For this one, stay with space-time as a fabric—astretched one, like a trampoline. Now place a 500-lb. cannon ball on it. That’syour black hole with its massive gravity field. The vertical threads in theweave of the fabric are space, the horizontal ones are time, and the cannonball can’t distort one without distorting the other, too. That means that everything—including how soon your next birthday comes—will be stretched out.Really, it’s as simple as that—unless you want to spend some time with the equations that prove the point, which, trust us, you don’t。
继续将时空当作一张像弹簧床一样展开的的布料，并在上面放上一颗五百磅的炮弹。这就像黑洞和它的重力场。布料上竖线是空间，横线是时间，只有布料其他部分扭曲，炮弹才会扭曲。这就意味着所有的一切都会被延长，包括你下一个生日到来的时间。这是个简单的事实，除非你想花些时间用各种公式去证明它，但相信我，你不会这样做的。
3.Itwould be possible to communicate to Earth from within a black hole. Verdict:Maybe
在黑洞里可以和地球通信。判定：可能
The accepted truth about a black hole is that its gravitational grip is so powerful that not even light can escape—which is howit got its name. But even physics may have loopholes, and one of them is something known as Hawking radiation, discovered by, well, guess who. When aparticle falls into a black hole, the fact that it’s falling creates another form of negative energy. But nature hates when its books are unbalanced—a negative without a corresponding positive is like a debit without a credit. Sothe black hole emits a particle to keep everything revenue- neutral. Zillions of those particles create a form of outflowing energy—and energy can be encoded to carry information, which is how all forms of wireless communication work.That’s hardly the same as being able to radio down to Houston from within ablack hole’s maw, but it takes you a big step closer。
关于黑洞普遍被接受的观点是黑洞的引力太强大，连光线也无法逃脱，这也黑洞名称的由来。然而，即使物理学定律也有漏洞，其中有一个着名的就是霍金辐射(猜猜是谁发现的)。当一个物质掉入黑洞之后，它会产生另一种反物质。但是，自然界讨厌一切不平衡，就像借钱不还债一样，自然界不喜欢只有反面而没有正面。所以黑洞释放出一种颗粒来中和所有物质。不计其数的颗粒形成倾泻而出的携带信息的能量，这就是黑洞中无线通讯进行的方式。这几乎就像从黑洞的大嘴中向休斯敦发送无线电波一样，但你需要迈更大的一步。
4.Itwould be possible to survive the leap into the black hole from which you hopeto do your communicating in the first place.
Verdict: False—except…
跳入黑洞后，你可能还有时间发个通讯，然后再尸骨无存。
判定：错误——除非……
Cosmologists vie for the best term to describe what would happen to you if youcrossed over a black hole’s so-called event horizon, or its light-gobbling threshold. The winner, in a linguistic landslide:spaghettification—which does not sound good. But that nasty end may not happen immediately. “Most people would agree that a person who jumps into a black holeis doomed,” says Columbia University cosmologist and best-selling author Brian Greene, “but if the black hole is big enough, you wouldn’t get spaghettified right away。”That’s small comfort, but for a good screenwriter, it’s all the wiggle room youneed。
宇宙学家一直绞尽脑汁来形容跨越黑洞“视界”或者“光线吞噬界线”之后的后果。他们搞出了一个听起来不怎么样的词：“意大利面化”(指在强引力场中物体因潮汐力作用产生的拉伸形变)。不过，这么恶心的事情可能不会立即发生，“大部分人都相信跳入黑洞后必然尸骨无存”，哥伦比亚大学宇宙学家和畅销书作者布赖恩·格林说，“但是如果黑洞足够大，你不会立刻被绞成意大利面那样”。 当然，这只是一个小小的安慰，但是作为一个优秀的编剧，说话总是要有余地的。
5.And finally: Anne Hathaway could move through time and space and help save all ofhumanity and her hair would still look fabulous.
Verdict: Who cares? Wewouldn’t have it any other way
最后，安妮·海瑟薇穿越时空拯救全人类之后，发型依旧完美。
判定：谁在乎？我们可不希望她蓬头垢面。