《星際穿越》2014年11月上映房维,世界末日即將來臨秃症,為找到另一個宜居的星球,人類開啟了星際旅行寺渗。
該電影畫面的確壯觀庭敦,展示了蟲洞疼进、銀河系、其他星球秧廉、五維空間等諸多壯美畫面伞广,值得去3D電影院好好享受。
從劇情上看疼电,深挖了人性的丑惡嚼锄,身為探險家、宇航員蔽豺、博士灾票,為了自己求生,不惜陷害隊友茫虽;也探索了假如時光可以倒流刊苍,如果存在五維空間,又會怎樣濒析。
同時亦是科普的好材料正什。為什么存在五維空間?時光倒流是怎么回事号杏?
首先:什么情況下時間和空間會有所變化婴氮?根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論斯棒,特別是其中提出的鐘慢尺縮論斷。當一個物體運動速度接近光速時主经,物體周圍的時間會迅速減慢荣暮、空間會迅速縮小。當物體運動速度等于光速時罩驻,時間就會停止穗酥、空間就會微縮為點,也就是說出現(xiàn)零時空惠遏。當物體運動速度超過光速時砾跃,時間就會出現(xiàn)倒流即所謂負時間;空間也會相應回到過去空間节吮,也就是所謂的負空間抽高,這時該物體就進入了負時空,即時空倒流或時空倒轉(zhuǎn)透绩,從而該物體就實現(xiàn)了瞬間移動翘骂。
何為四維空間、五維空間帚豪?
四維空間的軸上加上了時間這個概念碳竟,也就是說四維空間的生物可以跨越時間如同我們走路,飛行一樣志鞍。既可以回到過去也可以走到未來。
四維方仿,就是加入了時間的三維固棚。如果你也處在四維空間,你看到的人仙蚜,應該是這樣的)此洲。
事實上應該比這個軌跡更長,這個人的一生委粉,都體現(xiàn)在這個長長的軌跡里呜师,讓我們把圖中的這種形狀叫做“四維軌跡圖”好了。而我們在三維世界看到的這個人贾节,就是這個長長的四維軌跡圖的一個瞬間的投影而已汁汗。所以,三維就是四維中的某一個時刻栗涂,反過來知牌,四維則是三維的集合。
五維斤程,就是概率(也可以理解為不同的可能性)角寸,即加入了平行宇宙的四維。那么投影在四維中,也是一個四維軌跡圖扁藕。那么在五維世界里沮峡,應該是什么樣子的呢?
在五維中亿柑,你會看到邢疙,同一個人,有無數(shù)個四維軌跡圖(每一個軌跡圖橄杨,都是他的一生秘症,可能是成為醫(yī)生,他也可能成為了總統(tǒng)等等式矫。所以五維中乡摹,有無數(shù)種可能的此人的一生)疊加在一起,投影到任何一個四維空間采转,概率波就坍縮成為某一種特定狀態(tài)聪廉,也就是他的某一種一生。
在《星際穿越》中故慈,男主在最終進入黑洞后板熊,進入了五維空間,里面有他女兒房間的所有時段察绷,電影為了方便演示干签,沒有用四維軌跡圖的方式,而是用了無數(shù)個房間拆撼。有人會問容劳,這樣不是應該是四維嗎,為何是五維闸度?因為在當時的情形下竭贩,他女兒的命運也可能有可能性,可能沒有解出方程莺禁,可能沒有接收到他的信息等等留量。所以電影解讀為五維是比較合適的。
補充一點哟冬,四維扭曲三維的兩個點楼熄,在上文我們已經(jīng)討論過,就是隨意門浩峡。那么孝赫,五維連接四維的兩個點,是怎樣的呢红符?我們把“某人的一生”這個四維軌跡圖中的任何兩點(兩個時刻青柄,比如3歲和30歲)扭曲在一起伐债,看上去,就是這個人突然從3歲變成了30歲致开。也就是說峰锁,五維空間里的人,可以隨意改變自己所處的時間(年紀)双戳。
幾個概念:
【平行宇宙】:如果你理解了貓的或生或死的可能性虹蒋,那么你就可以理解,在這里創(chuàng)造出了兩個平行宇宙飒货。如果再加上其他參數(shù)魄衅,比如,貓如果活著塘辅,是站著還是坐著晃虫;如果死了,是趴著還是躺著扣墩。加入這四種可能性后哲银,就產(chǎn)生了4個平行宇宙(活著站,活著坐呻惕,死著趴荆责,死著躺),以此類推其他的因素亚脆,則是無窮多個平行宇宙做院。
關于概率波的坍塌,【薛定諤的貓】薛定諤的貓是諸多量子困惑中有代表性的一個濒持。相信大家已經(jīng)聽過很多次關于這個故事的描述了键耕,我就簡化一下“一只活蹦亂跳的貓被封在一個密室里,密室里有一盤毒藥弥喉,不知道貓是否會去舔毒藥郁竟,那么在你打開密室之前玛迄,貓是活還是死由境?”
根據(jù)我們在日常生活中的經(jīng)驗,可以認定蓖议,貓或者死虏杰,或者活。但是勒虾,如果我們用薛定諤方程來描述薛定諤貓纺阔,則只能說,它處于一種活與不活的疊加態(tài)修然。我們只有在揭開蓋子的一瞬間笛钝,才能確切地知道貓是死是活质况。此時,貓的波函數(shù)由疊加態(tài)立即收縮(或者說坍塌)到某一個特定狀態(tài)玻靡。量子理論認為:如果沒有揭開蓋子结榄,進行觀察,我們永遠也不知道貓是死是活囤捻,它將永遠處于半死不活的疊加態(tài)臼朗。
很難理解嗎?你只要這樣去想象即可:在你打開蓋子的瞬間蝎土,時空裂變成了兩個视哑,一個是貓死了,一個是貓活著誊涯,這兩個時空挡毅,從此以后互不相干繼續(xù)存在下去,兩個世界里有兩個你醋拧,可能會去做不同的事情慷嗜,而這兩個時空(宇宙),也不會互相影響丹壕。那么在空間裂變之前(就是你打開密室的瞬間之前)庆械,兩個時空是疊加的,貓的死活菌赖,就是一種概率缭乘。這個概率,或者說概率波琉用,在你打開的瞬間堕绩,由波,變成了一個確定的點(概率波的坍塌)邑时。
【在N+1維中奴紧,可以通過扭曲N維,來連接N維中的任何兩點】在一維里晶丘,兩點之間只有一條直線距離是最近的黍氮,成為一條線段。在二維的紙面上浅浮,我們還可以把這條線段扭曲變成一個圓形沫浆,那么這兩點之間的距離就變?yōu)榱?。在三維中滚秩,我們可以干脆扭曲紙面专执,讓兩個點碰在一起。就像電影中演的那樣郁油。用筆戳破投影的兩個洞本股,就是蟲洞攀痊,而三維投影在二維紙面的是一個圓形,那么在三維中自然就是一個球形拄显。相信這里很容易看懂蚕苇。在四維中的扭曲,你可以這樣理解:你能夠瞬間從任何一個地方凿叠,去任何一個地方涩笤。我們只是把空間扭曲而已。更形象的說盒件,就是多啦A夢的隨意門蹬碧。
什么是蟲洞?
蟲洞又稱愛因斯坦-羅森橋炒刁,指的是宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄隧道恩沽,這個隧道就叫蟲洞。