那些科幻小说和电影中 早已见怪不怪的引力波

来源:新浪科技微信公号 发布于2016-06-16 11:32:52 评论(0)

千万不要觉得引力波是一个高深莫测的东西,至少在一些耳熟能详的科幻作品里,读者们早就已经对引力波的存在见怪不怪了。


《三体》:作为通信工具的引力波


在去年获得科幻小说大奖的《三体》里面,人类用来和三体星人抗衡的武器,就是引力波发射装置。在小说故事里,主人公罗辑发现“黑暗森林”法则之后,威胁三体星人要将对方的星空坐标通过引力波广播出去,将对手暴露在更加凶险的未知敌人面前。三体星人因此就范,和人类达成了和平。


实际上,《三体》的作者刘慈欣并不只在这一部作品中引入了引力波的概念。在他的另一篇科幻小说《朝闻道》中,引力波同样成为了在宇宙间传递信息的工具:人类接触到的高等宇宙文明,就是通过破译引力波,获得了宇宙终极问题的答案。


刘慈欣在科幻小说《三体》系列中,让引力波成为了人类威慑三体人的通信工具。


引力波在刘慈欣的小说中,能够成为通信工具的原因,是它可以轻易地穿透物体,并且不会发生任何衰变。从这个角度上来说,刘慈欣对引力波应用的想象恰如其分。只不过对于我们人类来说,接收到的引力波信息来源并不是宇宙中某个具有高度智慧的文明,而是宇宙本身。


《星际穿越》:引力波拯救了人类 但电影里没说


利用引力传播信息的科幻作品不止《三体》一个。你一定记得在电影《星际穿越》结尾处,库珀在高维空间中干扰地球上的引力,给女儿留下了突破人类科学极限的关键信息的场景。但请别误会,虽然同样是通过引力变化传递信息,但电影这里的情况和引力波实在是八竿子打不着。


但这不代表电影和引力波没有关系。电影的科学顾问基普·索恩(Kip Thorne)在他的科普著作《星际穿越》(The Science of Interstellar)中,讲述了人类是怎样在观测引力波的同时,发现了那个足以拯救全人类的虫洞的。


LIGO的创始人基普·索恩(右)和《星际穿越》的导演诺兰(左),背景是电影中的布兰德教授用来演算的黑板


在索恩的设定当中,女主角的老师布兰德教授,年轻时就在观测引力波的LIGO工作。2019年的某一天,LIGO探测到了有史以来最强烈的引力波爆发。数据显示,这场爆发的源头是一个黑洞和中子星组成的双星系统,但引力波的来源却指向了太阳系之中的土星轨道。


黑洞和中子星围绕土星公转显然是不可能的事情。且不说在强大的引力作用下,土星可能会荡然无存,即便是太阳系中其他的行星,运转轨道也会在黑洞和双子星的干扰下遭到破坏。而我们的地球,则会变得时而离太阳极其接近,时而又运转到距离太阳非常遥远的位置。总之,人类在这种状态下,不是被太阳烤焦,就是因为缺少太阳的能量而被活活冻死。


但故事中的“现实”显然不是这样,对此唯一的解释就是土星附近存在虫洞。引力波在传播的过程中穿过虫洞,到达了太阳系,最终被LIGO系统捕获。


基普·索恩的科普著作《星际穿越》,其中讲述了人类在观测引力波时意外发现了虫洞的设定。


这个设定其实在《星际穿越》的剧本初稿中就有所体现。但诺兰兄弟在修改剧本的时候,不得不对影片中的科学信息有所删减,不至于让观众在观看电影的时候,“烧脑”得太过火候。


索恩在自己的书里对删减表示很遗憾,因为LIGO项目是在1983年,由他与麻省理工学院的雷纳·威斯(Rainer Weiss)和加州理工学院的罗纳德·德雷弗(Ronald Drever)联合建立的。为了获得引力波的第一例观测,索恩制订了LIGO的计划和目标,用了20多年的时间才将其变为现实。


《星际迷航》没有提到引力波 但还是和它的发现有关系


在《星际穿越》上映的时候,索恩预计人类会在10年之内首次实现对引力波的观测,因此他在电影设定中,把发现虫洞的时间安排在了2019年。


至于引力波究竟对我们究竟意味着什么,索恩在解释《星际穿越》背后的科学原理时,言简意赅地表达了出来:


“到目前为止,人类对时空弯曲还不甚了解,几乎没有相关的实验和观测数据。这就是为什么引力波尤其重要的原因:引力波源自于空间的弯曲,所以它们是探索宇宙弯曲的理想工具。”


初看上去,或许这还是关于天文学的硬知识,但如果你是《星际迷航》系列的粉丝,就不难理解索恩为什么这样说了。


在科幻美剧和系列电影《星际迷航》里,各个太空文明的飞船,是通过“曲率引擎”在星际空间里来回穿梭的。这种引擎通过弯曲飞船前后的空间,达到光速移动,甚至超光速飞行的效果。


《星际迷航》中曲率引擎的原理,飞船通过弯曲前后的时空,达到光速飞行,甚至超光速飞行的效果。


虽然是上世纪60年代的科幻设想,但在上世纪末,科学家们发现,这种引擎其实并不违反广义相对论中“光速最快”的限制。而到2008年,美国贝勒大学的物理学家认为,人类可以通过巨大的能量实现对空间的弯曲,进而使曲率引擎成为可能。


既然曲率引擎存在的基础是改变空间,那么我们无法不去畅想人类通过引力波学习、探索时空弯曲,并加以利用后的世界会变成什么样子。虽然光速旅行甚至超光速旅行的设想仍然是停留在文字上的思想实验,但数百年后,万一它实现了呢?

责任编辑:汪海伦