《星际穿越》 不是很懂为什么会出现一小时抵七年的情况? - 豆瓣电影

不是很懂为什么会出现一小时抵七年的情况?

来自: 南水   2014-11-09 01:03:00

电影里说是因为重力场很强导致时空弯曲。

可是我们也看到宇航员降落在那个全是水的星球上,重力只是地球的百分之一百二还是一百三。
星球是绕着黑洞转的,显然它要转得很快才能不被卷进去。
相对论不是说加速度等同于重力么,这样的话,那个星球表面上的重力场也不比地球大多少啊。。。

sunny_day    sunny_day 2014-11-12 21:44:21

我也觉得奇怪,如果说时间在miller星球真的如此之快的话,miller星球的引力必然会大得不得了,那么他们是怎么驾驶飞船顺利到达的?又是怎么离开的?这个真是想不通啊。。。

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爱吃面条    爱吃面条 2014-11-15 21:21:52

文科生,不是学霸,只是以我自己的理解说一下吧。


万有引力在爱因斯坦之前都是被当做一种力,而相对论提出,引力是一种大质量物体对时空的扭曲。扭曲时间后面再说,扭曲空间的话,可以想象空间本身是一张平整的席梦思床垫,而大质量物体就是一个铁球,放在床垫上就引起其形变,导致周围的东西都朝着它运动而去。这种空间的塌陷引起物体位置的变化表现出来就是引力。光在经过大质量物体时其轨迹都会弯曲,这是已经被无数天文观测证明的事情,但光是不会弯曲的,它只会沿着自己所在空间中的直线走,所以这就能够证明大质量物体附近空间本身确实被扭曲了。


空间的扭曲比较容易理解,时间呢?我自己的理解是,由于大质量物体附近的空间被扭曲,等于不是平面而是弧面,那么大质量物体附近的物体从一点到另一点的距离就会被拉长,这里的人做出相同的动作,比如走一步,相对于其他地方的人来说就走的更远。当然他们本身是感觉不到这种拉长的,因为感觉是神经的传导,而神经物质的传导也无非是一些原子的运动,这些运动也同步地被延长了,大质量物体附近一切“事情的发生”都需要走过相对来说更远的距离。


那么时间是什么?对一秒钟,可以定义为“光走30万公里所需的时间”,也就是说光走三十万公里这件事发生了,一秒钟就过去了。时间,本身就是事情发生多少的量度,而所有事情的发生,本质上都是原子在空间上的位移。所以,时间是附着在空间上的,空间本身扭曲了,时间也就跟着扭曲了。

黑洞是宇宙中质量最大的物体之一,黑洞附近的空间被极度扭曲,我们的一秒钟内光走了30万公里,如果我们的肉眼能看到空间的扭曲,那么在黑洞附近,会看到光走了一条弯弯的弧线,其距离远远“大于”30万公里,如果黑洞附近有个科学家,他定义的一秒会远远长于我们的一秒。注意了,我这里的“大于”加了引号,因为光速是不变的,它在自己的空间里还是走30万公里,只是我们远处的人看上去,它走了更多。这里有些抽象了,但这就是为什么黑洞附近的一小时会是我们这里的二十年,因为他们那里的一秒,就不是我们的一秒。一切皆因时空都不是平坦的,这就是相对论。


换句话说,黑洞附近的一小时等于远处的二十年,是因为这里一小时发生的事情,实际上是远处发生的事情的很多倍,男主走了一步,相对远处的观察者来说可能走过了几千公里,但由于观察者的眼睛看不到空间的扭曲,我们只看到“男主走了一步”,所以,男主这一步只能是变得无限得慢了。在母船上的那个黑人如果能看到男主,他会看到男主眨一下眼睛就用了好多天,能不着急吗?


在黑洞视界(也就是黑洞的边界),物体坠入黑洞的过程从远处看上去是越来越慢的,最后到无限接近视界边缘时,会无限地变慢,最后看上去是完全停止的。所以影片中对黑洞的想象是比较贴切的,黑洞看上去肯定是一个指环的形状,因为首先黑洞本身不可见(光无法从黑洞上传出来),是黑的,而黑洞边界上是自古以来无数被它吸引的星尘和宇宙物质在发光,对他们自己来说,掉进黑洞的过程也许只有一秒,但对于外界观察者来说,是永远的停止。影片中还把黑洞边缘的光环做成扭曲状,相信是一种艺术的形象化,我们并不会看到时空的扭曲,只会看到运动的停滞。


上面是自己对相对论的通俗理解,说白了就是瞎猜,希望得到真正的学霸的批评指正。





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南水    南水 2014-11-15 16:27:23

很高兴有这么多人回答,不过我困惑的并不是黑洞为什么会扭曲时空,而是加速度为什么不会和黑洞的扭曲相抵消。

总之,我现在从学霸那里知道了答案。
豆瓣提问似乎不可以编辑,我就只好在下面自己回答自己了。

加速度引发的时间稀释和它的方向无关,只和物体运行的速度的量有关。
而引力并不会稀释时间,但引力位(gravitational potential)会。引力位是一个标量,也和方向无关。
所以这两个量是不会相互抵消,他们会加在一起让时间稀释得更厉害。
所以这里应该是有两个因素导致一小时七年,一个是黑洞造成的引力位,还有一个是星球绕黑洞运行的速度。两个量都非常大。

我觉得是引力位而非引力导致时空扭曲这一点非常神奇。这就是说,时间只能被稀释,不能被加速。也可以想象你站在两个黑洞之间,两个黑洞的引力在此抵消,引力位却会叠加,于是你的时间被稀释得更厉害了,就算你感受不到任何力。
这也就解释了为什么他们在水球上并不会感到巨大的引力。

PS 之前一直把引力位写成了引力场(gravitational field),实际上引力场是引力位对距离的导数,引力场是矢量,而引力是引力场乘以质量。
和电一一对应的话:引力>>>电力,引力场>>>电场,引力位>>>电势,这样应该好理解一点

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死咗    死咗 2014-11-13 03:54:07

关键一:那颗行星在黑洞的引力场范围内但还没到达事件视界
关键二:引力的两个要素是质量和距离
关键三:巨大的引力场导致时空的扭曲

所以一小时抵七年是引力场的时空扭曲效应
行星的重力是和行星的质量、自转等因素相关
行星的公转速度要考虑行星与黑洞的距离

除了时空扭曲效应外,其他的关键数据电影里都没有明确的给出
除此之外,影片里也没有出现这颗行星所属的恒星系,没有恒星的行星会适合生命吗?
大概也只是"一旦接受了这种设定还是挺带感"吧

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发哥fanchue    发哥fanchue 2015-04-02 12:27:43

我用VCD视频来打个比方把  假如我们用VCD看一部电影需要2个小时  进度和我们正常现实世界的差不多  但是如果你将VCD快进2 4 8倍 只需要1小时 0.5小时 1/8小时看完 但是时长还是2小时  这就是相对论 

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宅二叔灬    宅二叔灬 2014-11-23 19:58:27

大家应该考虑下留在飞船上的黑人兄弟感受。男主进入水星范围内就开始慢动作了(虽然他自己感觉不到)苦逼的黑人兄弟睡醒了好几次,都不见他们降落……

Pop Quizzer    Pop Quizzer 2017-01-14 15:05:25

《西游记》都有天上一天 地上一年的概念啊

Violet    Violet 2014-11-26 21:35:02

我可以说这完全就是科幻,完全不符合物理情况的么?重力只有地球的120-130这种引力场对时间的影响是微乎其微的,根本不会出现时间的变化。如若出现时间的变化,那引力场绝对让人直接变形,空间扭曲,才会出现时钟变慢的情况。这种情况如若发生,也就是在虫洞这种人类尚未直接证实的存在之中吧...

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Emil-Jiang    Emil-Jiang 2014-11-16 12:03:58

上面各位还是不要靠猜了吧。直接套相对论公式即可得到答案。按知乎的说法是广义相对论和狭义相对论两个公式叠加的结果,距离黑洞1.5倍史瓦西半径即可达到此效果,所以剧情设定真实可信。


t_0=t_f \sqrt{1-r_{sch}/r} 

t_0=t_f \sqrt{1-1.5r_{sch}/r} 

原文参考http://www.zhihu.com/question/26411850

www.mises.or    www.mises.or 2014-11-17 09:41:21

这是片子中无法解决的bug

从一小时7年的地方返回到时间速率正常的地方。
  从引力势能的角度考虑,后者可以视为零点。
  而前者的引力势能为E=-GMm/r
  
  其中G是万有引力常数
  M是黑洞质量,电影中设定为1亿太阳质量
  m为飞船质量,假设为10吨
  r是飞船距离黑洞距离。
      根据时间缩放系数和公式v=v0*(1-r0/r)^0.5可算出约为2天文单位。

  
  那么计算出来,主角如果要返回时间速率正常的地方需要做功4.45862E+20焦耳功
  
  按照目前人类已知质能比最高的氢到氦的聚变反应,需要1240吨氢作为燃料,可飞船按前述假    设才10吨。
  


lveiyu    lveiyu 2014-11-13 01:34:39

星球刚好在黑洞视界线边缘,进入星球表面的话受到黑洞引力影响,时间变缓慢。


情况跟结尾处一样,他们接近黑洞,利用黑洞引力把登陆仓弹出去一样的道理。

飞船看成那个星球,登陆仓看成他们飞出星球的飞船就行啦。