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      《星際穿越》中有個星球,星球上的7年等于地球的1小時這是由什么

      2020-07-26 18:40閱讀(146)

      《星際穿越》中有個星球,星球上的7年等于地球的1小時這是由什么造成的?:這個現(xiàn)象源自愛因斯坦的廣義相對論,被稱之為引力時間膨脹效應(yīng)。相對論表明,時空都是

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      這個現(xiàn)象源自愛因斯坦的廣義相對論,被稱之為引力時間膨脹效應(yīng)。相對論表明,時空都是相對的,宇宙中沒有絕對統(tǒng)一的時間流逝速率。對于處在不同引力場中的觀察者,他們之間的時間流逝速率是不同的。在弱引力場中的觀察者會測得強引力場中的時間流逝速率慢于自己,而且引力場越強,時間過得越慢。換言之,遠離大質(zhì)量天體的時鐘走得比靠近該天體的時鐘更快。

      引力時間膨脹效應(yīng)已經(jīng)被實驗所證實,而且也被應(yīng)用于實際之中。雖然地球在其周圍所產(chǎn)生的引力場較弱,但依然可以測得這種現(xiàn)象。例如,GPS衛(wèi)星距離地球表面大約兩萬公里,它們所處的引力場要弱于地球表面,所以GPS衛(wèi)星攜帶的時鐘走得比地面時鐘更快,通過計算可知,衛(wèi)星時鐘每天累計快了大約45微秒。雖然這個差別很小,但要知道光速大約為30萬千米每秒,因此,由于引力時間膨脹效應(yīng),GPS衛(wèi)星每天累計的定位誤差達到了13.5千米?梢姡绻粚PS衛(wèi)星的時鐘進行校準,就無法實現(xiàn)準確定位(另外還需考慮狹義相對論帶來的時間膨脹效應(yīng))。

      在電影《星際穿越》中,主角等人在穿過蟲洞之后先去了米勒行星。這顆行星十分特別,因為它繞著一個名為卡岡都亞的黑洞運動。由于黑洞產(chǎn)生的引力場極強,米勒行星又十分靠近這個黑洞,所以導(dǎo)致這顆星球上的時間流逝速率遠遠慢于地球上,從而使得米勒行星上的一個小時相當(dāng)于地球上的七年,兩者相差了6.1萬倍。

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      《星際穿越》中有個星球,星球上的7年等于地球的1小時這是由什么造成的?

      題主搞反了,是《星際穿越》中的米勒行星(先前隊員米勒首先登陸此行星)上由于黑洞超強引力造就的相對論效應(yīng),那個星球上的一小時等于地球上的七年!

      那個在吸積盤上方的黑色天體就是米勒行星,理論上確實能存在這樣的情況,因為黑洞超強引力的相對論效應(yīng)是存在的,與無限接近光速運動的相對論時間趨向停滯的效應(yīng)類似!而這個是可以計算出來的!

      只要知道黑洞的質(zhì)量以及距離即可根據(jù)這個公式計算出兩者的時間比例,當(dāng)然我們并不清楚卡岡圖雅的質(zhì)量,因此這個公式內(nèi)缺少條件,難以計算!但我們?nèi)匀豢梢怨烙嫻罍y這個距離!一般認為按1小時:7年的比例,米勒行星距離黑洞視界的距離應(yīng)該非常近,在如此近距離下,米勒行星是否還能保持完整的球體這絕對是一個問題!

      一個進入了母星洛希極限的天體,在母星強大的潮汐引力作用下,天體會逐漸碎裂并成為環(huán)繞母星的光環(huán),土星的光環(huán)就是這樣形成的,而且已知的行星光環(huán)都在母星的洛希極限內(nèi)!

      因此米勒行星是難以在如強潮汐引力的作用下仍然獨善其身的,另外根據(jù)米勒行星的水深也不可能產(chǎn)生10KM高的巨浪,當(dāng)然這只是理論上存在這樣的可能,但實際卻難以達到!不過看電影大大媽們相想必也是明白了一個潮汐引力的名詞!

      另外有一個要明白的是配角老黑同志是在停留的軌道,如果在遙遠的環(huán)繞黑洞的距離上,那么老黑同志的時間體系和地球是差不多的,但如果是在圍繞米勒行星的軌道的話,那么其時間體系將與米勒行星上的一小時=七年相差無幾的!實在有點記不清當(dāng)時永恒號駐留的軌道了,哪位朋友可以提供下信息,非常感謝!

      永恒號穿越蟲洞!

      漫游者號降落米勒行星

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      首先糾正一點,不是星球上的7年等于地球的一年,而是恰恰相反,是地球上的7年等于星球上的一年!

      這種現(xiàn)象是真實存在的,并不是科幻思想,而是真實的科學(xué)理論。是由于引力過大造成的“引力時間膨脹”效應(yīng),簡單說,就是引力越大,時間就過的越慢,具體慢多少,有一個具體公式可以加以計算,這里不再列舉,有興趣的可以搜索計算,并不難!

      《星際穿越》里的星球時間變慢是因為它附近有一黑洞,而我們都知道黑洞引力巨大,甚至連光線都不能逃脫它的魔爪,所以由于黑洞附近的引力是巨大的,從星球上有如此高的巨浪我們就能感受到這種引力的強大!

      于是我們見到了主人公從星球回到地球后發(fā)現(xiàn)自己變年輕(相對)了,就是因為地球時間相對流逝的太快造成的!

      事實上,在我們地球上同樣有“引力時間膨脹效應(yīng)”,嚴格來說,如果你住在一樓,你朋友住在20樓,你們兩人的時間流逝速度就不一樣,你的時間流逝相對較慢,因為你收到的地球引力較大。只是這種差別太小了,可以忽略不計,也不會對我們生活造成影響!

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      那些覺得我吹牛逼的,留言,我?guī)湍銈儏R集問題給原作者,因為這不是我吹牛逼的。
      人要是掉進宇宙黑洞里,會發(fā)生什么?這是很多科幻電影都描寫過的情節(jié),比如《星際穿越》的男主角就跳進了黑洞,等他出來以后,之前只有幾歲大的女兒已經(jīng)變成老太婆了,那么,如果人真要掉進黑洞,會這樣嗎?最近南京紫金山天文臺的研究員李程遠,從科學(xué)的角度解答了一下,真要掉進黑洞,會發(fā)生什么。

      如果宇宙中真的存在這種黑洞,人又能掉進去,那么根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論推演,接下來的情況是這樣的。

      首先,是旁觀者的角度。比如《星際穿越》的男主角,朝黑洞縱身一躍,外面的小伙伴會看到什么呢?會看到他的動作越來越慢,表情越變越僵,最終他會在黑洞表面完全停止,你想要看到他掉進黑洞,那需要無限長的時間!

      第二個角度是當(dāng)事人的角度。對于跳進黑洞的男主角來說,沒覺得自己的時間有什么變化,但反過來,外部世界的時間對他來說是越來越快的,星星到處亂飛很快就衰老爆炸,星系跟蛇一樣抖動飛散消失,短短一瞬間,整個宇宙就演化到了盡頭!

      這就是時間上的相對論,外面看里面是時間無限長,里面看外面是時間無限短,所以即使我們的男主角能從黑洞里出來,他也不可能見到自己的女兒,因為對他而言,跳進黑洞那一瞬間,宇宙已經(jīng)滅亡了!

      你看,相對論告訴我們時間的相對性,但跳進黑洞再回來,是絕不可能的。

      撰稿:李程遠博士 紫金山天文臺研究員 講述:杰克糖

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      前方回答很精彩,鄙人也來淺說一二。

      我先來說明這個問題有誤,準確的說是:“這個星球上的1小時等于地球上的7年。”題主就是將意思整反了。

      問題的答案也很簡單,就是黑洞。

      為了回答這個問題,我剛剛將《星際穿越》再刷了一遍。因為看很多年了,好多都忘了。

      在《星際穿越》中,庫伯等一批科學(xué)家為了拯救人類,乘上宇宙飛船進入到土星旁邊的一個蟲洞入口,穿越到了100億光年外的卡岡圖雅黑洞附近的米勒星球上。

      就是這個巨浪滔天的米勒星球,庫伯他們發(fā)現(xiàn)在上面一小時等于地球上的7年。

      為什么米勒星球上一小時等于地球的七年呢?

      因為這顆米勒星球是繞著卡岡圖雅黑洞高速旋轉(zhuǎn)的行星,米勒的位置就在黑洞扭曲的時空曲率的漩渦內(nèi),也就是說米勒星球周圍的時空是強扭曲的時空。當(dāng)然這個時空曲率的始作俑者就是黑洞。

      在愛因斯坦的廣義相對論中,黑洞是宇宙中引力、密度、時空曲率等最大的天體,由于它巨大的引力使光也無法逃脫,以致人眼無法看到,只能通過被它吞噬的物質(zhì)反射光間接判斷它的存在?上攵,黑洞的力量大到多么的難以想象。

      黑洞中心有個體積無限小的奇點(或許這個小點在我們時空是體積無限小,而在另一個時空里可以無限大),奇點內(nèi)有無限大的引力與時空曲率,能在周圍形成一個時空漩渦,越靠近黑洞中心的奇點,時空曲率越大。

      米勒星球就是落在這個巨大的時空漩渦上,才出現(xiàn)1小時有地球7年的時間。如果到了黑洞奇點內(nèi),時間更慢,最后是一切都靜止了。

      普通天體的時空曲率是這樣的:

      黑洞的時空曲率是這樣的:


      由于米勒旋轉(zhuǎn)速度快,才不被吸入到奇點內(nèi)。不過久而久之,它終有一天會被卡岡圖雅黑洞吞噬。

      《星際穿越》真的很不錯,是我看過的科幻劇中最好的一部。黑洞設(shè)計得非常符合實際,跟現(xiàn)在拍的真實M87黑洞照片十分吻合。

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      難道不是該星球上的1小時等于地球上的7年?題主正好說反了。

      《星際穿越》作為一部廣受好評的硬科幻深受大多數(shù)人喜愛,該劇中出現(xiàn)的各種設(shè)定、術(shù)語都不是空穴來風(fēng)、無的放矢的。其中被大多數(shù)人記住的片段一定是:男主帶著妹子和打醬油的去一個顆行星上尋找執(zhí)行任務(wù)并尋找他們的小伙伴,男主他們在那個星球上大約也就活動了三個小時,但是回來后發(fā)現(xiàn)黑人男配角已經(jīng)老了,地球上已經(jīng)過去了23年。這應(yīng)該就是問題的來源了。

      那為什么會發(fā)生這樣的時間膨脹哪?

      根源就在這顆行星上了,我們知道我們的地球繞著太陽(恒星)公轉(zhuǎn),而這顆行星是在繞著黑洞公轉(zhuǎn),引力巨大。導(dǎo)致了時間的流逝速度減慢,這就是愛因斯坦廣義相對論的引力時間膨脹效應(yīng)。當(dāng)然這顆行星繞黑洞公轉(zhuǎn)的速度可能是快于地球的,狹義相對論的時間膨脹效應(yīng)也可能在起著作用,但主要的還是引力影響的。

      廣義相對論認為,質(zhì)量可以使時空發(fā)生彎曲,曲率越大時間流逝的速度越慢,例如黑洞視界上的時間就是趨近于停止的。

      引力引起的時間膨脹效應(yīng)在現(xiàn)實生活中是存在的,例如我們每天用的GPS導(dǎo)航系統(tǒng),軌道上的衛(wèi)星就需要計算出因引力時間膨脹導(dǎo)致的時間差異并且調(diào)正。這樣我們在地面上才能精準的應(yīng)用GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。


      圖片皆來自網(wǎng)絡(luò)侵刪。

      這里是科學(xué)黑洞,感興趣的不要忘記點波關(guān)注額!祝生活愉快!

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      時間是相對的,時間也并不是在宇宙任何一個角落中都是一成不變的。

      題目剛好說反了,在主角庫珀等三人駕駛漫游者號抵達米勒行星上搜尋之前的人來此地探索的證據(jù)時,因為出了些亂子,耽誤了三個鐘頭,可是外界卻已過去了20多年,讓待在永恒號飛船中的老黑同志等到花兒都謝了。

      這三個鐘頭對于庫珀等三人來說,確實只是三個鐘頭,不多不少,只能做三個鐘頭的事情,可是外界真真實實的過去了二十多年,這就是時間的相對性。

      引起這種情況的是米勒行星旁邊的那個黑洞,米勒行星在黑洞視界邊緣,距離落入視界僅一步之遙,在那里時空曲率扭曲的非常大,因此時間流逝的就慢,這就是廣相中的引力時間膨脹效應(yīng)。

      在現(xiàn)實中,我們也有遇到,比如在地球軌道上運轉(zhuǎn)的定位衛(wèi)星,若不消除這種時間差,雖然衛(wèi)星僅比地球上時間快了差不多每天幾微秒,但這樣的誤差將導(dǎo)致定位精度誤差在百米。

      未來當(dāng)人類進入到星際大航海時代時,這種情況就可以親自去體驗一番了,體驗所謂的“天上一天,地上一年”。

      個人淺見,歡迎評論!

      本回答由一枚游戲科幻迷原創(chuàng),感謝點贊關(guān)注,我們一起科幻想象、暢游宇宙!予人玫瑰,手有余香!

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      答:這是《星際穿越》中假設(shè)的米勒行星,在該行星上一小時,相當(dāng)于地球上過了七年,時間膨脹比達到了8700多倍,原因是受到廣義相對論效應(yīng)的影響。


      古時候有天上一天,地上一年的說法,在宇宙中還真實存在這樣的情況;因為相對論指出,時間是可以壓縮或者拉長的,在引力非常強的地方,空間維度和時間維度會發(fā)生嚴重彎曲。

      黑洞就是相對論預(yù)言的天體之一,在上世紀被天文學(xué)證實存在,廣義相對論描述了時間和空間,在強引力下的彎曲情況,對于黑洞視界外的相對時間,可以近似滿足以下公式:

      對于黑洞這樣的極端天體,黑洞視界內(nèi)的時空彎曲情況非常復(fù)雜,黑洞外部只要距離足夠遠,就可以把黑洞看做一個點質(zhì)量,用相對論的弱場公式來分析。

      電影《星際穿越》中,米勒行星位于卡岡圖雅黑洞附近,卡岡圖雅黑洞的質(zhì)量在電影中被假定為1億倍太陽質(zhì)量,如果以此計算,該黑洞視界半徑大約有3億公里,是日地距離的2倍。


      米勒行星受黑洞引力的影響,導(dǎo)致米勒星球上的時間膨脹效應(yīng)非常明顯,男女主角在米勒星球上的幾個小時,外界卻過了23年,時間膨脹比是8700多倍。

      如此計算的話,米勒星球距離卡岡圖雅黑洞的視界,只有幾萬公里遠;影片為了情節(jié)需要,忽略了很多科學(xué)性,比如近距離下,黑洞產(chǎn)生的潮汐力非常大,但是在影片中忽略了這點。


      好啦!我的內(nèi)容就到這里,喜歡我們文章的讀者朋友,記得點擊關(guān)注我們——艾伯史密斯!

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      題主剛好說反了,應(yīng)該是在星球上1小時,等于在地球上7年,而造成這一結(jié)果的原因是“引力場造成的時間膨脹”效應(yīng)。

      什么是“引力時間膨脹”?

      引力時間膨脹是指在引力場越強的地方,時間流速會變得越慢。這意味著在宇宙中,具有不同重力勢能的區(qū)域,會出現(xiàn)不一樣的時間流速現(xiàn)象。

      其本質(zhì)是愛因斯坦廣義相對論描述的“時空扭曲”,天體的巨大質(zhì)量可以扭曲周圍的時空。而引力使時間變慢,只是其中的一個重要結(jié)論。而且科學(xué)家們已經(jīng)通過在地球上不同的高度上放置“原子鐘”,實驗觀測到了地球引力造成的時間差。只是地球引力造成的時間差極小,僅納秒級別。

      引力時間膨脹,是1907年愛因斯坦在狹義相對論的基礎(chǔ)上,以“等效原理”推導(dǎo)出來的。

      上面,是基于廣義相對論的時間膨脹效應(yīng)的計算公式。如果要理解這其中奧義,可以了解一下名為“愛因斯坦轉(zhuǎn)盤”的思想實驗。

      “愛因斯坦轉(zhuǎn)盤”中的“鐘慢”思想

      假想一個平面圓盤,讓這個圓盤繞圓心作勻速轉(zhuǎn)動,這個轉(zhuǎn)動起來的坐標系就是一個非慣性系。假設(shè)有兩個觀察者,一個在圓心,一個在圓盤最邊沿上一點。他們手里都拿著一個校準過的時鐘,因為在圓心處沒有線速度,而邊沿處有線速度,根據(jù)狹義相對論“鐘慢”的結(jié)論,圓心處的時鐘會走的慢一些,而邊沿處的時鐘會走的快一些。

      因為旋轉(zhuǎn)的圓盤具有慣性力場,也就是慣性離心力產(chǎn)生的力場。這個場越靠近圓心越小,越靠近圓外沿越大,剛好對應(yīng)著時鐘的快慢變化。

      而根據(jù)等效原理,慣性力場等效與引力場,所以就能得出“引力場越強,時間流速越慢”的結(jié)論。

      另外,如果我們把這個思想實驗中的時鐘變成尺子,又會怎么樣呢?

      “愛因斯坦轉(zhuǎn)盤”中的“尺縮”思想

      現(xiàn)在兩人手里都拿著之前校準過的尺子,來測量圓盤的半徑和周長。

      根據(jù)狹義相對論,在運動方向上尺子的長度會變短,而在運動的垂直方向上長度不會發(fā)生改變,因此,兩人測量出的半徑會是一樣的,但測量圓周時,情況就不一樣了。

      在圓心的人會發(fā)現(xiàn)在邊沿的人手中的尺子變短了,測得的周長就會大于2πR,也就是說π值變大了,或者說圓周率大于了我們?nèi)粘6x的π值。

      而在數(shù)學(xué)上,圓周率大于π的幾何學(xué)叫做羅氏幾何,圓周率小于π的幾何學(xué)叫做黎氏幾何。它們統(tǒng)稱為非歐幾何,也意味著空間的不同扭曲方式。



      羅氏幾何和黎氏幾何,都是基于對歐式幾何第五公理(平行線公理)的修改,而創(chuàng)立的兩種新幾何學(xué)。一個由蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家羅巴切夫斯基創(chuàng)立,一個由德國數(shù)學(xué)家黎曼創(chuàng)立。

      因此,圓心處的觀測者會認為慣性力場使得外沿的空間發(fā)生了扭曲,而且慣性力場強度越大,空間扭曲程度越大。

      同樣,運動等效原理,慣性力場等效與引力場,所以就能得出“引力場越強,空間扭曲越大”的結(jié)論。

      只是,轉(zhuǎn)盤的慣性力場的空間分布,與星球引力場是相反的。比如,離產(chǎn)生引力的星球越近引力越強,而轉(zhuǎn)盤是越靠近外沿力場越強。

      所以,我們生活的現(xiàn)實空間,其實是圓周率小于π的黎曼空間。

      總結(jié)

      時間流速的快慢,不僅受運動狀態(tài)的影響,還受引力場的影響,而時空扭曲的解釋能統(tǒng)一上面的兩種情況,所以更接近本質(zhì)。

      而具體扭曲程度決定了時間的具體流速,在數(shù)學(xué)上以曲率來決定。

      歡迎關(guān)注@想法捕手,一起探知科學(xué)奧義,時不時分享一些硬核科幻小知識。

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      題主所指的是《星際穿越》中的米勒行星吧!其實你的問題本身就存在問題,在《星際穿越》中,情況是這樣的——米勒行星上的一小時相當(dāng)于地球上的七年。

      那么為什么會出現(xiàn)如此神奇的情況呢?愛因斯坦的廣義相對論表明,引力場越強,時空彎曲越明顯,時間流逝得越慢。

      這種效應(yīng)在黑洞附近表現(xiàn)得尤為明顯。而《星際穿越》中的米勒行星位于超級黑洞卡岡圖雅附近?▽鶊D亞產(chǎn)生的超強引力場使米勒行星上的時間流逝得極為緩慢,以至于上面的一小時就相當(dāng)于地球上的七年。



      值得一提的是,這種時間延緩效應(yīng)不僅僅只是存在于愛因斯坦理論中,還已經(jīng)得到科學(xué)家可靠的實驗驗證。