星際效應電影分析

自然科學
Guestbook

撰寫動機
《星際效應》是我最喜歡的科幻電影，它激發了我對近代物理的好奇心。像是愛因斯坦的《相對論》、黑洞、量子力學…等，平時我也喜歡
閱讀相關知識的科普書。做這個電影研究能讓我了解電影背後的理論，絕非是胡亂捏造。
一.電影劇情的脈絡與轉折
地球已不適合生存。在某次沙塵暴，墨菲房間沙子意外的有特定排列，
推出座標後變前往NASA基地，後來庫柏被布蘭德教授吹捧去太空救人類。
拉撒路行動
A計畫：確認那三顆星球是否適合居住，教授則在地球解重力方程
B計畫：帶受精卵到適合的地方繁衍。
轉折：教授騙了大家，他早就解開重力方程，只是要送人類去太空必須知道黑洞秘密，
但是自然法則限制了赤裸奇點，故教授支持B計畫。但地球的人要等死，人性會扔救自己，
所以教授選擇用A計畫唬爛。


二.黑洞、蟲洞、白洞的差別分別造成甚麼效應?
黑洞：一顆年老且巨大的星球在生命即將結束時，會塌陷入自體之中，變成體積微小，密度卻極重的物體。
效應：其重力比一百萬個太陽還大，它可吸入任何物體，甚至光線。
http://edresource.nmns.edu.tw/ShowObject.aspx?id=0b81a1fa1d0b81d9f55b0b81d91bad


蟲洞：是宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄隧道。
效應：可以做瞬時間的空間轉移或者做時間旅行，在另一邊得到所謂的「鏡射宇宙」。
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%99%AB%E6%B4%9E


白洞：是一個只發射、不吸收的特殊宇宙天體。
效應：白洞周圍具有很強的引力場，它把附近的塵埃、氣體和輻射吸引到邊界上來，產生很高的加速度，從而與從白洞內高速向外噴射的物質微粒相碰撞，產生巨大的能量輻射。
https://www.easyatm.com.tw/wiki%E7%99%BD%E6%B4%9E


三.在電影之中蟲洞與黑洞的呈現樣態
蟲洞 59分15秒
土星旁的蟲洞，二維假設中是一個圓，在三維就變成了球體，穿越後可以到達另一個星系。裡面是高維空間，控制器完全沒用，只能記錄與觀察。
還有時間彎曲效應(根據廣義相對論:質量大的物體周圍會產生時空扭曲)
Photograph by 《Interstellar》 (flickr)
黑洞 2時17分34秒
巨人會高速自旋。
「巨人」赤道面上有一片極端細薄的吸積盤，受到「巨人」翹曲的空間和時間之重力透鏡影響而呈現這般模樣。巨人是很久沒被餵食的黑洞，原本受到吸積盤電漿束縛的磁場，有可能已流失大半。同時，先前受磁場推動的噴流，也可能已經消失，對人類相對安全。
source:書籍《星際效應:電影幕後的科學事實、推測與想像》
Photograph by 《Interstellar》 (flickr)


四.電影中穿越黑洞的方法
穿越黑洞：
主角的飛船利用黑洞的重力彈弓效應想要增加速度以達到第三顆星球艾德蒙斯。影片中母船在黑洞附近把兩艘小飛船丟進黑洞，就是一個彭羅斯過程，所以母船可以獲得更大的能量。這個過程在太陽系是不可能實現的。庫伯決定脫離永續號被吸入黑洞，把剩下的資源讓艾米莉亞去艾德蒙斯。庫柏後來掉進有著四次元超立方體的五次元空間，因此可看見他房間女兒內的時間流逝。
補充
1.重力彈弓效應：以引力進行能量交換，使飛船加速。
2.彭羅斯過程:
母船在黑洞的事件視界外層將小船丟進黑洞，小船會獲得負能量，
而母船因能量守恆與動量轉移等物理現象獲得更多能量，逃逸到無
限遠處。黑洞的角動量此時會逐漸減少，若最終失去所有角動量，
則會形成非旋轉的史瓦西黑洞。
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%BD%98%E7%BE%85%E6%96%AF%E9%81%8E%E7%A8%8B

五.對於電影呈現黑洞與蟲洞的方式有甚麼想法與感受?
曼恩為了活命，發出假訊號讓太空船來拯救自己、教授為了延攬人類的未來拋棄地球的人都是人性。庫柏為了趕快回去跟女兒見面，考量回程燃料與時間而將任務成敗放在第二位，是一種自私。庫柏在五次元空間中說是未來的人類在幫助自己(推測)，改變重力和放置蟲洞的可能是別的生物，而唯一可以廣泛延伸到所有維度中的力就是重力，所以就算再神通廣大，未來人也只能藉由重力「干涉」過去。另外看完整部片最大的啟發就是愛的力量，庫柏雖然在高維空間，卻可以用手錶跟三維空間的人聯繫，那隻手錶是庫柏在離別前給女兒的信物，頗具意義，代表著愛可以超越時空限制。

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