《星际穿越》2014年11月上映,世界末日即将来临,为找到另一个宜居的星球,人类开启了星际旅行。
该电影画面的确壮观,展示了虫洞、银河系、其他星球、五维空间等诸多壮美画面,值得去3D电影院好好享受。
从剧情上看,深挖了人性的丑恶,身为探险家、宇航员、博士,为了自己求生,不惜陷害队友;也探索了假如时光可以倒流,如果存在五维空间,又会怎样。
同时亦是科普的好材料。为什么存在五维空间?时光倒流是怎么回事?
首先:什么情况下时间和空间会有所变化?根据爱因斯坦的狭义相对论,特别是其中提出的钟慢尺缩论断。当一个物体运动速度接近光速时,物体周围的时间会迅速减慢、空间会迅速缩小。当物体运动速度等于光速时,时间就会停止、空间就会微缩为点,也就是说出现零时空。当物体运动速度超过光速时,时间就会出现倒流即所谓负时间;空间也会相应回到过去空间,也就是所谓的负空间,这时该物体就进入了负时空,即时空倒流或时空倒转,从而该物体就实现了瞬间移动。
何为四维空间、五维空间?
四维空间的轴上加上了时间这个概念,也就是说四维空间的生物可以跨越时间如同我们走路,飞行一样。既可以回到过去也可以走到未来。
四维,就是加入了时间的三维。如果你也处在四维空间,你看到的人,应该是这样的)。
事实上应该比这个轨迹更长,这个人的一生,都体现在这个长长的轨迹里,让我们把图中的这种形状叫做“四维轨迹图”好了。而我们在三维世界看到的这个人,就是这个长长的四维轨迹图的一个瞬间的投影而已。所以,三维就是四维中的某一个时刻,反过来,四维则是三维的集合。
五维,就是概率(也可以理解为不同的可能性),即加入了平行宇宙的四维。那么投影在四维中,也是一个四维轨迹图。那么在五维世界里,应该是什么样子的呢?
在五维中,你会看到,同一个人,有无数个四维轨迹图(每一个轨迹图,都是他的一生,可能是成为医生,他也可能成为了总统等等。所以五维中,有无数种可能的此人的一生)叠加在一起,投影到任何一个四维空间,概率波就坍缩成为某一种特定状态,也就是他的某一种一生。
在《星际穿越》中,男主在最终进入黑洞后,进入了五维空间,里面有他女儿房间的所有时段,电影为了方便演示,没有用四维轨迹图的方式,而是用了无数个房间。有人会问,这样不是应该是四维吗,为何是五维?因为在当时的情形下,他女儿的命运也可能有可能性,可能没有解出方程,可能没有接收到他的信息等等。所以电影解读为五维是比较合适的。
补充一点,四维扭曲三维的两个点,在上文我们已经讨论过,就是随意门。那么,五维连接四维的两个点,是怎样的呢?我们把“某人的一生”这个四维轨迹图中的任何两点(两个时刻,比如3岁和30岁)扭曲在一起,看上去,就是这个人突然从3岁变成了30岁。也就是说,五维空间里的人,可以随意改变自己所处的时间(年纪)。
几个概念:
【平行宇宙】:如果你理解了猫的或生或死的可能性,那么你就可以理解,在这里创造出了两个平行宇宙。如果再加上其他参数,比如,猫如果活着,是站着还是坐着;如果死了,是趴着还是躺着。加入这四种可能性后,就产生了4个平行宇宙(活着站,活着坐,死着趴,死着躺),以此类推其他的因素,则是无穷多个平行宇宙。
关于概率波的坍塌,【薛定谔的猫】薛定谔的猫是诸多量子困惑中有代表性的一个。相信大家已经听过很多次关于这个故事的描述了,我就简化一下“一只活蹦乱跳的猫被封在一个密室里,密室里有一盘毒药,不知道猫是否会去舔毒药,那么在你打开密室之前,猫是活还是死?”
根据我们在日常生活中的经验,可以认定,猫或者死,或者活。但是,如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,它处于一种活与不活的叠加态。我们只有在揭开盖子的一瞬间,才能确切地知道猫是死是活。此时,猫的波函数由叠加态立即收缩(或者说坍塌)到某一个特定状态。量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,我们永远也不知道猫是死是活,它将永远处于半死不活的叠加态。
很难理解吗?你只要这样去想象即可:在你打开盖子的瞬间,时空裂变成了两个,一个是猫死了,一个是猫活着,这两个时空,从此以后互不相干继续存在下去,两个世界里有两个你,可能会去做不同的事情,而这两个时空(宇宙),也不会互相影响。那么在空间裂变之前(就是你打开密室的瞬间之前),两个时空是叠加的,猫的死活,就是一种概率。这个概率,或者说概率波,在你打开的瞬间,由波,变成了一个确定的点(概率波的坍塌)。
【在N+1维中,可以通过扭曲N维,来连接N维中的任何两点】在一维里,两点之间只有一条直线距离是最近的,成为一条线段。在二维的纸面上,我们还可以把这条线段扭曲变成一个圆形,那么这两点之间的距离就变为了0。在三维中,我们可以干脆扭曲纸面,让两个点碰在一起。就像电影中演的那样。用笔戳破投影的两个洞,就是虫洞,而三维投影在二维纸面的是一个圆形,那么在三维中自然就是一个球形。相信这里很容易看懂。在四维中的扭曲,你可以这样理解:你能够瞬间从任何一个地方,去任何一个地方。我们只是把空间扭曲而已。更形象的说,就是多啦A梦的随意门。
什么是虫洞?
虫洞又称爱因斯坦-罗森桥,指的是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道,这个隧道就叫虫洞。