Re: [好雷]請問星際效應的時空問題

[kyle5241 (kyle)]

※ 引述《gungrandpa (槍爺)》之銘言：
: ※ 引述《pttalsd (雲端)》之銘言：
: : 以下有雷!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
: : 片中的蟲洞似乎是愛因斯坦羅森橋的概念，依據相對論，以光速運動時，時間是靜止的，
: : 若超越光速則時間為負值(回到過去)，那麼：
: : 1.片中主角自太陽系穿越蟲洞且短時間到達1000光年外的行星，亦即以光速亦需
: : 1000年才能抵達的距離，但電磁波與光同速，地球上的影像最快也要1000年才能被主角
: : 接收，難道影像也是透過蟲洞傳遞嗎？
: : 2.先遣的探測船穿越蟲洞以短時間到達1000光年外的行星探索，亦即先遣探測船都超越
: : 光速，若回傳地球訊號亦穿越蟲洞送回地球(也是超越光速，否則地球需1000年後才能收
: : 到訊號)，對地球時間而言，探測船已回到過去，所以地球似乎應在先遣探測船出發前就
: : 收到回傳訊號？
: : 3.主角也是穿越蟲洞且短時間到達1000光年外的行星(也是超越光速)，若主角完成任務
: : 再循蟲洞返回地球，對地球時間而言，主角也回到過去，所已也應在主角出發就完成
: : 任務回家了？那主角還需在意重力造成的時間差異嗎？
: : 以上是我百思不得其解的問題，也許我觀念有錯，不知版上是否有物理高手能糾正
: : 我的觀念，謝謝。
: --------------
: 大家好~
: 我大學是念物理系，目前念物理碩士
: 相對論只懂一點狹義，廣義沒有修過課，略懂都不太敢講
: 不過還是能夠回答一些版主的問題
: 1. 穿越蟲洞並不會超越光速
: 穿越蟲洞並不會超越光速
: 就像是那個摺紙老梗演示的，蟲洞是透由扭曲空間使得兩地距離縮短
: 例如讓本來一千光年的距離變成一公里
: 這樣在短時間內"穿越"一千光年的距離就沒有違反任何物理定律
: (記得我用的是"穿越" 不是 "移動")

: 2. 超過光速不會發生
: 根據狹義相對論的結果
: 物體移動的速度如果趨近光速
: 它的質量會趨近無限大，運動方向的長度會縮到無窮短
: 物體的時間會過得無窮慢
: 動能也會趨近無限大
: 由於無窮大的能量是無法達到的，因此物體的運動速度不會超越光速
: 至於在數學上超越光速會發生什麼事呢?
: 時間不會變成負的，時間會變成虛數(平方之後小於零的數)
: 由於虛數的物理量沒有辦法觀察，因此虛數的時間沒有物理意義
: 順帶一提，本片裡面講的現象幾乎都不是唬爛的
: (除了愛能夠穿越時空，還有書櫃的那一幕)
: 知道以下廣義相對論的遊戲規則，本片就會很好理解
: 1. 重力越大，時間過得越慢
:    這個現象在地球上不太明顯，因為地球的重力還不夠大，地球重力造成的時間延遲
:    要拿原子鐘才測得出來，但是在黑洞附近重力場超級大，這個效應就可以很明顯
: 2. 兩個黑洞相連在一起會形成蟲洞
其實應該是一個白洞一個黑洞，所以從黑洞吸進去的物質會從白洞跑出來

:    這種黑洞的重力場不會到達無窮大，因此太空船才有可能進去，也因此主角才有辦法
:    被吸進黑洞之後從土星附近的蟲洞被吐出來，由於黑洞強大的重力，黑洞內的時間
:    過得非常慢，因此主角從蟲洞被吐出來之後發現已經過了幾十年了
:    至於為什麼從土星的蟲洞進去時間延遲的效應比較不明顯
:    我猜大概是因為土星那個蟲洞的入口空間沒有被扭曲的這麼嚴重(開口較寬)
根據廣相的解
在黑洞事界地平面內
時間和空間的坐標性質會交換
你所定義的時間
其實跟外界的時間不一樣
蟲洞的話
我覺得你把它想成空間上的連結會比較好
在這些空間中的時間都是一樣的
:    從電腦動畫就可以看得出來，蟲洞入口的重力透鏡效應沒有像黑洞這麼誇張
:    電影裡面的蟲洞我想應該是總共有三個開口
:    一個在土星，另外一個在另一個太陽系，第三個就是在那個太陽系的黑洞
:    不過電影畢竟是電影
:    事實上主角在被吸進黑洞之前就應該被四分五裂成次原子粒子了
:    黑洞的那圈光環就是大量的物質用極高速的速度旋轉，摩擦生熱產生的光
:    太空船在碰到光環之前就應該要解體了

另外為什麼重力可以穿越時空
一方面重力可以彎曲時空
所以重力子可以穿越時空好像還好
但是重力可以穿越時空的梗應該還是來自於弦論
弦論基本上是目前唯一可以猜出來的量子重力理論

量子力學和一般的牛頓萬有引力是相容的
畢竟萬有引力是平方反比力
但是在極端條件下
比如說普朗克尺度，或是黑洞
量子場論和廣義相對論就會衝突
（這也是為什麼主角要去量黑洞數據來解開方程式）
在極端條件下，廣義相對論失效
而我們必須要把量子效應考慮進去
像黑洞假如中間的奇異點無限小的話
你就無可避免的得要討論空間的不連續性
（空間的最小量子是普朗克長度 10^-35 m)
或者是量子漲落

在此背景下
弦論出現在了
弦論不把粒子解釋成無限小的點
而是解釋成一個弦
解釋成弦的話就不會出現很難解釋的奇異點問題
（比如說電子無限小的話，那每個電子的電磁能都是無限大）
時空中的世界線就變成平滑的
不會出現像黑洞奇異點那樣怪怪的東西
量子效應和重力效應自然就可以都考慮進來

然而弦論最奇怪的地方是
為了形成自恰，它必須要引入額外的維度
最少維度的弦論是10維

也就是在3+1時空外，還有另外6個隱藏"空間"維度
（如果允許額外的時間維度的話，則4+2 6個維度就夠了）
因此電影中出現第五個維度是合理的

在弦論中，有兩種弦
開弦(open string)：有兩個端點，也就是一條線的意思
閉弦(close string)：沒有端點，基本上就是一條橡皮筋

然而開弦有個限制
就是弦的末端必須要黏在一個膜上(D膜）
但是弦本身可以在D+1維的額度亂動

自然界的四種超距力，有三種都是在3維空間D膜上
也就是光子（電磁力）、膠子（強力）和W Z粒子（弱力）

然而閉弦就沒有這種限制
可以在任意的D膜中穿縮
當然我想各位可以很清楚的猜到
自然界中只有一種閉弦：graviton重力子

所以重力子可以改變不同時間的D膜還蠻合理的

另外為什麼在黑洞中有辦法改變外界的時空
在古典理論上的確是不可能
可是根據量子理論
黑洞會有霍金輻射
輻射可以把information給傳出來
（霍金因此打賭輸了）
畢竟假如黑洞蒸發而消失但是資訊卻不見的話
這就違反而熱力學第二定律
所以作者用重力子改變外界時空並沒有違反物理定律

簡單的說
諾蘭在這部電影裡特別強調物理理論的真實性
也就是他說這個電影不是虎爛出來的
這也就是為什麼他請我們學校的物理教授去做首席顧問


另外我是做實驗的
以上講的這種都是以前高中看科學人大學去聽賀培銘演講所獲得
講錯很正常
問更深的我一定答不出來


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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 131.215.107.226
※ 文章網址: http://www.ptt.cc/bbs/movie/M.1415499812.A.99A.html
推 kent8207: 看完回家上PTT才知道這部片的理論這麼硬阿..
推 ianlin45: 太棒了，推！
推 Vett: 弦論還是哲學啊
推 NANJO1569: 專業推!!!
推 vatin: 推一下XD
推 wak: 這部片真的不簡單
→ Vett: 電影就是電影啊  不是探索頻道... 所以不要當成科普啊
推 NANJO1569: 再推一次，把原本有些疑問的地方解釋的很清楚，很感謝!
推 peter308: 你選擇做實驗是對的
推 kenro: 推你的專業 但真的看不太懂 才疏學淺 ><
推 koking730929: ...原PO 加工理工學院的 真強者..
推 koking730929:          *州
推 healer: 你的教授是Sheldon Cooper 嗎
推 Zazzi: https://www.youtube.com/watch?v=Q3EHnQtI8Oc
推 Zazzi:  是這位?Kip Thorne
→ Zazzi: 諾蘭兄弟把電影當科普拍
推 clickslither: 科普是觀眾事後願意補完的部份,其實電影裡劇情反而
→ clickslither: 相當意喻深重,chenglap老師那篇蒼雷可以看看
推 toxintoxin: 這比鄉民完全不懂物理就可以找bug強多了
推 muska411: 太棒惹~~推推
推 fortiori: 前面幾篇根本在胡扯 終於看到有人來寫一篇好文
→ decson: 太深了..
推 loleea: 還有人指著星際效應的物理根本不及格 真是頗呵
推 Loverukawa: 希望原po個自發表一篇完整的文章解說片中的物理現象
→ Loverukawa: 感覺很多文章都一知半解。￣▽￣
推 ssclao: 有神快推！
推 GreenLabel: 推
推 botno1: 這才是專業，前一篇根本不知所云
→ botno1: 胡扯還可以被m....整個無言
推 zxcvb0412: 這篇好神
→ e5585: 版主快來m~
→ opeminbod001: 可以請問在第一個外星球時間慢了萬倍 但僅1.3g
→ opeminbod001: 的可能要如何解釋??
推 xenium: 專業!
推 bok730506: 時間要慢6萬倍，行星要非常接近黑洞…還要維持穩定軌道
→ bok730506: 那公轉速度也要接近光速了吧
推 ss18963: 推專業!!!!!!
推 DM1984: 太神啦
推 pigsosmall: 神人推阿!!! 不爆怎行
推 jitaomef: 推~
推 TNTKK: 推