从《地心引力》到《星际穿越》
2000年4月份,笔者曾经写过一篇万言长文《人类何时搬离地球》,作为给新千年第一个地球日的献礼发在《中国科技画报》封面。那篇文章的基本内容是:随着太阳和地球本身的演变,以及人类活动对地球产生的反馈作用,我们这颗星球终将变得不那么宜居,未来我们的后代(假如人类能够一直繁衍到那个时候)将不得不面临星际大逃亡的命运。文章中,我提出威胁人类家园的最近、最实际而看得见的隐患就是气候变化,以及持续增加的人口对耕地的过度需求;而搬到另一个行星系唯一能借助的途径便是时空泡和虫洞。 那篇文章发出不久,史蒂芬·霍金也发表了与我相似的言论:他认为人类活动引发的气候变化等问题,将在千年之内让地球变得不宜居住,人类必须尽早考虑去外太空开辟新根据地。 没想到,科学家和科普作家们普遍怀有的这些担忧,居然真的被好莱坞拍成了大片——电影《星际穿越》中,科学家正是在地球迅速走向荒芜的背景下试图借助于虫洞逃往另一颗星球,只是影片将这一天的来临提前到了仅仅几十年之后。巧合的是,这部片子在全球上映正值“菲莱”探测器尝试登陆彗星表面之际。 从《地心引力》到《星际穿越》,一年之中两部涉及太空科学的大片前后火爆上映,均获得如潮好评,这足以证明公众对于科学、尤其是对于引人无限遐想的空间科学依然拥有足够热情。与上一对科幻巨片“双子星”——《2012》与《阿凡达》——将科学元素仅作为佐料的做派(参考笔者旧文《2012》&《阿凡达》:科幻还是魔幻)不同,《地心引力》和《星际穿越》这两部片子对于科学问题要严肃得多,其中涉及到的技术和科学,与现实离得并不十分遥远;尤其是《星际穿越》,科学问题不仅是推动剧情的第一要素,在我看来甚至还成了影片暗伏的实际主人公。 但无论如何,无论是怎样的影片,其服务目标都是普通大众,娱乐价值终究是第一位的,这就不可避免会出现一些违背基本科学原理的槽点,从而为一些较真的科学家及科普作家所遗憾。然而即便如此,我依然认为,观看这两部影片,掌握一定科学知识的观众依然能获得更多体会。作为一个对天体物理学有着较多了解的科普作家,我观看这两部片子,时时都能感觉到一种发自心底深处的恐惧——它们才是真正的恐怖片。 我所说的恐惧来自两方面:外太空令人毛骨悚然的孤寂;星际旅行中常人难以体会、难以理解的不可控。 在此不得不提到笔者的另一组旧文——10年前(2004年)所写的、介绍人类太空探索的文章《孤独的探索者》,这组文章也作为封面故事发在《中国新闻周刊》。彼时,作为人类信使发往外太空的四个探测器——先驱者10号、先驱者11号、旅行者1号、旅行者2号分别接近或飞到了太阳风层顶。 我认为,这四个探测器的最后任务,无与伦比地展示了人类的智慧与科学家的烂漫。它们带着以宇宙中智慧生命普适的语言描绘的人类信息奔赴太空,期待百万年甚至亿万年之后为来自银河系中其他恒星周围、比人类文明更高级的智慧生命所捕获。在伴随着无边黑暗与孤寂的亿万年旅途中,四个探测器遭遇外星人的概率均低到了无限接近于零的程度;探测器所携带光盘的主要设计者卡尔·萨根说,即便它们中的某一个幸运地被外星人捕获,从理论上看,那时人类文明也很可能不复存在于地球。那么,科学家如此煞费苦心又为哪般?他们只为了告诉外星智慧生命,在古老的太阳系中,还曾经生活着地球人类这样一群宇宙精灵;他们只为了在人类及地球覆灭之后,在茫茫宇宙中留存四张永恒的光盘——那里面既有贝多芬的第九交响曲和俞伯牙的《高山流水》,也有普通家庭主妇摔破碗碟的声音。 平心而论,无论是《地心引力》还是《星际穿越》,在展示太空的孤寂时都还不算十分成功。其中,《地心引力》原本设置的主题之一就是要展示宇航员在太空(尽管还是内太空)的孤寂和无助。我在观看这两部片子时,心底感到的恐惧更多还是来自自己对太空的了解,而非影片所展示的画面与故事;两部影片带给我的心理冲击还远比不上先驱者与旅行者的故事带给我的激动。 从《星球大战》系列到《阿凡达》,似乎影片中的星际间旅行多数伴随着入侵;《星际穿越》中,主角也是为了开疆拓土。很显然,现实中的空间科学家比影片主人公更无私、更纯粹、更少功利心。 而如果公众了解旅行者1号及后来的卡西尼-惠更斯号复杂的发射过程,我们会发现现实中的太空探索故事也许比影片中所展示的要更艰难、更精彩。旅行者探测器和卡西尼-惠更斯号子母探测器均携带放射性同位素发电机,因此当年它们的发射均受到了某些环保组织的干扰,甚至迫使NASA“偷偷摸摸”地发射卡西尼号。 这两个探测器发射及在太空中提速飞行的过程更远非《星际穿越》中的“永恒号”可比。“永恒号”只借助火星提速一次,而卡西尼号先后四次借助行星的“引力弹弓”:金星两次、地球一次、木星一次,其复杂得无以复加的飞行路线几乎完全决定于发射的一瞬间,任何因素——包括发射时间的选择、发射初始角度及初始速度——的轻微改变均可能导致这部昂贵而复杂的探测器撞上上述四颗行星的某一颗;而其终极任务——惠更斯号登陆土卫六,则完成于信号来回传输需要接近三小时的15亿公里之外。 阿方索·卡隆说,《地心引力》并非真正意义上的“科幻”,“因为它的故事和风格都是如此现实,是基于现实的虚构,而非对未来的幻想”。 诚然,《地心引力》中所涉及到的技术均来自当下,且在视觉范围内还只涉及到牛顿力学;相比之下,《星际穿越》则是从头到尾都在解读和延伸相对论,在我看来这部片子简直是对爱因斯坦的献礼:在他去世半个多世纪之后,人类在理论物理领域不仅没有显著超出他设定的思想范围,甚至连“幻想”也必须在相对论框架内进行。难怪当年爱因斯坦去世时,《华盛顿邮报》曾以一副漫画暗示其为宇宙运行规律的终极解释者——至少是终极解释的奠基人:“许多年之后,当外星智慧生命透过浩瀚的星空俯视地球这颗宇宙尘埃之时,他们在此只看到一句话:阿尔伯特·爱因斯坦曾经在这里生活和工作过。” 然而,两部片子在科学问题上都留下了太多槽点。这并不奇怪,因为我们不能以科研或高考的标准来衡量一部影片,且科幻影片中的种种“不科学”成分,除了为方便讲故事服务,往往还是“科学”让位于“人性”或“情怀”的结果;令人奇怪的是,影片上映后,科学界、科普界的一些人出来指错及解释(央视还专门请了几个专家来做过一期节目),结果他们也犯下极端低级且显而易见的错误。 《地心引力》败在经典物理学领域,如果把它看成是一次中学物理知识测试,则卡梅隆给出的答卷就不是及格或不及格的问题,而是要不要给他打零分的问题。我在这里只解释几个大家议论中未涉及到或议论者也犯错的槽点。 首先是男女主角(马特和瑞恩)从哈勃太空望远镜“鱼跃”到国际空间站。先不说单凭太空背包的喷气调整能否让他们准确找到下降至空间站的轨道,就算他们真的完成了这一调整,他们能抓住空间站一条机械臂上挂着的那根绳子吗?国际空间站与哈勃太空望远镜的轨道高度相差两百多公里,通过中学物理学知识可计算得到,他们抵达时与空间站的相对速度将达到每秒两千米以上——这相当于普通手枪出膛子弹的十倍。也就是说,瑞恩要抓住那条绳子,武功至少要比周星驰电影《功夫》中那个能抓住手枪子弹的火云邪神高出十倍。 其次是男主角马特会不会死的问题。几乎所有议论者都看到了这个槽点,大家的结论都是马特不应该死:零重力的太空中,一根绳子上拴一个人和两个人毫无差别,瑞恩和马特均不该松手。实际上就算是在地面重力环境中,绳子既然抵挡住了两人最初的高速冲击,当然更能承受瑞恩把马特拉回来的力量。 但其实问题没那么简单,大家忽略了一个至关重要的因素:旋转。瑞恩抓住绳子时,她和马特有一个巨大的切向速度,在零重力环境下,他们将围绕那个机械臂不断旋转,随着绳子一圈圈缠绕机械臂,其旋转半径将越来越小,中学物理告诉我们,线速度不变情况下(事实上线速度也会增大)、角速度增大,离心力将越来越大。如果让我做卡隆的顾问,我会如此设计这一组镜头:随着绳子一圈圈旋转变短,受力逐渐增大,马特被迫痛苦地做出牺牲。这样既不违背科学,又照顾到了故事中的“人性”和“情怀”。 《地心引力》中还有一个因导演(或编剧)自作聪明导致的槽点:瑞恩拿灭火器灭火,结果因灭火器的喷射产生的后座力而重重撞在空间站内壁。这又是一个要遭到中学物理老师严厉批评的错误。确实,太空失重状态下,一点点力量都会推动一个人,但并不会一下子就让人获得那么大的速度,瑞恩应该是被缓慢推动、缓慢加速。灭火器的后座力如果那么大(片中瑞恩如同被汽车撞击一样瞬间后退摔倒),那么它在地面重力+摩擦力环境中也一样会让人跌倒。 《地心引力》中最后一个不可思议的槽点是:神舟飞船的航电系统已经被太空垃圾破坏,其外层脆弱的隔热瓦居然安然无恙。实际上,瑞恩的命运原本应该如同“挑战者”号上的麦考利夫一样才对。 再说说《星际穿越》。尽管有一个了不起的科学顾问,但影片上映后NASA及国内一些科普作者还是指出了这部片子的几十条破绽,这些指责大部分正确,但也有一些不在点子上或值得商榷。本文不打算重复叙述及评价这些内容,只说几个他们未曾涉及的重要问题。 这部片子最让我捉急的一个槽点,是影片男主角的女儿在获悉(其实也是误会)自己父亲是舍弃地球和亲人而一去不返之时的表现,她居然对父亲产生了强烈的不满,并将父亲的行为理解为自私。如果她是一个普通人也就罢了,但她却是一个在理论物理及航天领域双方面的专家,对父亲这样的误解就不可饶恕。 如本文上篇所述,太空旅行带给航天员的最大感受有两个:无边的孤寂和不可控。这就意味着,载人探索太空中的未知区域,其结果在很大概率上是有去无回;这些先驱者不仅是探路者,更是牺牲者。即便他们侥幸不死,且找到另一颗宜居星球,他们的后半辈子也只能与无尽的孤寂相伴。作为一个出身于理论物理专业、又从事航天研究几十年的博士,怎么会不懂如此粗浅的道理?无论父亲是带着怎样的任务走的,她对父亲都只有同情、崇敬和骄傲。 另一个超级槽点,是片中将一张普通白纸折叠捅破来解释虫洞原理。如果我做科学顾问,这里完全可以做得更精彩更准确:我会先将这张白纸做成莫比乌斯环,告诉大家宇宙空间“有限无界”的道理,然后将这个纸环压叠捅破来说明虫洞原理——对于绝大多数公众而言,这样的解释既新奇,还更准确、更好理解。 我还不得不说说更深奥一点的问题。影片中,男主角最终进入黑洞内部寻找量子信息,这恐怕是纯粹为娱乐及视觉效果服务了。很多人应该还记得,2004年7月份,史蒂芬·霍金曾就自己早先参与的关于“黑洞究竟有没有破坏被其吞噬的信息”这一问题的一个赌局宣布认输。当时他说,他的最新计算显示视界(即黑洞的视觉表面,光子不能逃逸的界面)充满了“量子扰动”。而这恰恰和量子力学的核心理论之一、著名的海森堡测不准原理所阐述的内容相容——这些量子扰动能够使得被黑洞吸收的信息逐渐释放出来,这样,原先“黑洞悖论”(即“信息守恒”在黑洞中失效)的死结就很自然地解决了。霍金这是告诉大家,要寻找丢失了的量子信息,应该是在黑洞吸积盘与黑洞视界之间,而非黑洞内部。无论霍金那些纯粹的数学推导是否正确,略懂理论物理的人都应该清楚,想进入以引力撕裂一切、压碎一切、除了“霍金辐射”外还封闭一切的黑洞内部寻找量子信息,不仅办不到(找死),还是缘木求鱼。 最后发点牢骚:影片末尾,男主角在不同维度之间以拨弄手表的秒针来传递信息,简直是将科幻片变成了鬼片。或许,导演的这一做法是为了暗示相对论的“对表问题”实质(我估计只有极少数对理论物理感兴趣的观众能看懂这一深长的“意味”),然而,既然不同维度之间的物质能相互作用,何不用更直接的声音做工具?为何这种作用独独只能对秒针发生作用?而借助不同维度能回到过去,则彻底推翻了当前一切科学理论赖以成立的基础——因果律。 文章来源:照谣镜
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