科幻电影中的物理学

科幻电影中的物理学

超时空旅行类

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在科幻电影中，我最喜欢的类型是超时空旅行类，比较不错的是英国的《超时空旅行》和法国的《时空急转弯》。威尔斯在小说《时间机器》中把时间设想为“第四维”，神通广大的主人公造出一架机器在时间轴上来回穿梭的时候，依据的就是这个构想，它也为后来很多时空旅行类型的科幻作品所借用。

在小说开篇，威尔斯借助主人公之口，表达了他的第四维（four-dimension）观点：“很清楚，”这位时空旅行者继续说道，“任何真实的物体在四个方向上都有外延：它必须有长度、宽度、厚度和时度。但因为人们的一个弱点，我们倾向于忽略这个事实。四维真的存在，其中的三维是空间的三个平面，第四维是时间。”

关于星际旅行的构想雏形，较早可以追溯到开普勒撰写的一本“另类”的天文学论著《梦》（Kepler’s Dream）。《梦》讲述了一个名叫Duracotus的年轻人跟随其母亲——一名女巫，驼在魔鬼（Demon）身上旅行到月球的故事。旅途中，博学的魔鬼向他传授了关于月亮的的天文学知识，而Duracotus此前曾师从天文学家第谷·布拉赫学习过五年天文学，这让他完全能领悟这些内容。

空间旅行在后来的幻想电影里，一直一个非常受关注的题材。在牛顿时空观下，关于星际旅行的想象主要局限于太阳系内的星体之间——通常是从地球旅行到其他星球。

乔治·威尔斯在《首先登上月球的人们》（The First Men in the Moon 1901)这部电影中，描写一位科学家发明了一种奇异材料——据威尔斯的解释，所有已知的物质对于地球引力都是“可透的”，即无法阻挡地球引力，但这种奇异材料却是“各种放射能”都“穿透不过”的，它具有能隔断地球引力的惊人性能。因此，这种物质所带来的可能性毫无疑问非比寻常。小说中那位聪明的剧作家说服了科学家利用这种材料制作了一个球体，两人乘坐这个球体一起旅行到了月球，进行了一番惊心动魄的探险。

在乔治·威尔斯的另一部著名电影《星际之战》（The War of the Worlds 1898)中，攻击地球的火星人由于不能适应地球微生物，在原本攻势如潮的情形下突然全部灭亡。从浩劫中恢复过来的人类对火星人留下的机械装置进行了考查，很快取得了惊人的成果，最让主人公难以置信的是，“飞行的秘密”已经被发现了。尽管威尔斯在小说里没有明言，但“飞行的秘密”指的无疑是已被火星人掌握的空间飞行技术。因为，根据主人公无意间的亲眼目睹，火星人在极短的时间就从火星到达了地球。

这一时期的科幻作品中，关于星际旅行最直接的想象来自儒勒·凡尔纳的《从地球到月亮》(From the Earth to the Moon 1865)。小说讲述美国南北战争后，炮兵团的一群退伍军人在巴尔的摩成立了大炮俱乐部，这群炮弹技术方面的精英分子很快对和平时期的安宁生活感到厌倦，为了安抚他们，俱乐部的主席有了一个大胆的设想，倡

议他们设计一枚能用炮弹把人送上月亮的大炮。凡尔纳在小说中对这枚大炮设计和发射细节的描述令人叹为观止。

爱因斯坦相对论下的时空观，极大地拓展了后来科幻小说家们在空间旅行上的想象力，星际旅行范围从太阳系延伸到银河系甚至河外星系，是从一个行星系统到另外一个行星系统的旅行，这通常被称为超空间旅行（Hyperspace drive or Hyperdrive）。

阿西莫夫对超空间旅行进行了认真的设想，在他著名的《基地系列》（Foundation series）中，“跃迁（transition）”是太空飞船在银河系进行超空间旅行的重要手段。这个过程中，太空飞船连带里面的人及其他物体会被转化成无质无形的“迅子”，这是一种“谁也没有侦测到过或见过的东西”。超空间旅行在阿西莫夫的小说中是一项人类在那些被“机器人三大法则”限制的机器人协助下完

成的重要成果。

阿西莫夫在他的科普电影《寻访人类的太空之友》中，对超空间旅行的现实可能性进行认真的探讨。他指出，即便像科幻电影中那样，假定超空间旅行的能量条件已被解决，但仍然还存在的两个棘手问题。首先，“迅子”的速度无论怎么快，根据物理学法则，它的最大速度不能超越光速。其次，在“跃迁”时，把物质转变成四处飞散的“迅子”，到达目的地后再在极短的时间内把其还原成原样，这是一个在技术细节上很难确保的一个步骤。

只要能超越光速，时间将倒流，人们就能够回到从前。这是电影《无极》中的理论。那么，光速能够被超越吗？爱因斯坦认为，不能！但在20世纪50年代，一位德国科学家海姆给出了肯定的回答。

半个多世纪过去了，以海姆理论为基础的实验论文突然被美国航空航天学会授予年度大奖，与此同时美国空军对能够超越光速的“超时空引擎”表现出极大兴趣。

还记得电影《星际旅行》中的“企业号”吗？还记得《星球大战》中的“千年隼号”吗？这些超光速宇宙飞船能够自由地穿梭在星际

之间，瞬间跃入异度空间。电影是虚幻的，但现实中的科学实验其实一直在秘密进行。美国航空航天局(NASA)一直在人造卫星上试验这些科幻宇宙飞船所使用的离子引擎，并取得了初步成功。

“曲速”、“六维时空”、“反引力”、“子空间”、“时空跳跃”……这些究竟是伪科学还是未经证实的伟(大的)科学？神秘的“Z机器”将带给世人答案！

“企业号”是美国著名科幻电影《星际争霸战》(又译《星舰迷航记》或《星际旅行》，Star Trek)中的一艘超光速飞船。“企业号”是在太空中组合建造的，有一个飞碟状的主舰身、一个雪茄形副舰身和两部曲速引擎。巨型碟形主舰身有11层甲板，是船员生活与工作的地方。“企业号”装备了两部“曲速”引擎，以正反物质反应为动力，能超越光速，航行范围除了物理上的距离之外，还有其他层次的距离。据电影描绘，“企业号”船员曾多次在时光中旅行，回到过去

不同时期执行任务，也曾到达另一个与我们平行的宇宙中，与另一个自我接触。

学习了科幻电影中物理学这门课，不仅仅加深了自己对科幻电影中的物理学的认识，而且让自己对物理学这门课产生了更大的兴趣，生活中无处不在地存在着物理学，我们只要善于发现，就能发现物理学的奇妙之处。