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我們真的能時光旅行嗎 —以星際效應探討相對論

107/04/24 瀏覽次數 5560

《星際效應》(Interstellar)是一部2014年的美國科幻電影,電影講述一組太空人穿越蟲洞為人類尋找新家園的故事。

 

而蟲洞是什麼?我們可以透過其進行所謂的時光旅行嗎?根據愛因斯坦的廣義相對論,重力是由時空彎曲所造成的。如果時空可以彎曲,而適當的彎曲竟然可以將原本很遠的兩地以某種捷徑連接在一起,這個捷徑便形成了所謂的蟲洞。

蟲洞:原本很遠的A、B兩地需以ACDB連接,但若有蟲洞的存在,結果經由AEFB這條捷徑便可相連。( 圖片來源:路德維希.弗萊姆(Ludwig Flamm)
 
蟲洞:原本很遠的A、B兩地需以ACDB連接,但若有蟲洞的存在,結果經由AEFB這條捷徑便可相連。( 圖片來源:路德維希.弗萊姆(Ludwig Flamm)
你可以把蟲洞想像成一個時空隧道。穿越蟲洞,就是走捷徑,可以立刻到一個數千萬((甚至上億))光年的地方。只要我們能穿越蟲洞,便有可能進行時光旅行。可惜到現在,科學家們還沒有任何蟲洞存在的證據,但電影確實藉由這樣 的背景,讓主角們可以合理且快速的前往那些十分遙遠的星球。
 
但當主角到達其中一顆星球時,卻被一道襲來的海嘯耽誤了回程時間,然這短短的耽誤在地球上卻已過了13年。這又是怎麼一回事呢?

 

簡單來說,我們很常在說的「時間」,其實可以用三種角度來看。在我們國高中所學的牛頓古典物理中,時間是絕對的。譬如說:你跟朋友約好看電影,你正在電影院門口等他,他說十分鐘以後他就會到。你也在那邊等了十分鐘。那他到底會不會到呢?會。因為朋友手錶上的十分鐘跟你手錶上的十分鐘是一樣的。第二種是高三或是大學近代物理的,愛因斯坦的狹義相對論。時間是相對的。根據狹義相對論的時間膨脹,速度越接近光速,時間過的越慢。在剛剛那個例子中,同樣的你也在等你的朋友,但因為這個朋友超有錢,所以搭太空船來,他說他再過十分鐘後到,而你同樣的在那邊等十分鐘。十分鐘後他會到嗎?就真的不會喔!因為他飛過來的十分鐘,你可能就已經過了一百分鐘。因為他以很快很快很快的速度在飛,所以對他來說時間過的很慢。(但只有在速度接近光速時這個效應才會顯著,而這也是為什麼在第一個例子的牛頓物理中,我們感覺不到這個有趣的現象)。而第三種是廣義的相對論,通常一般人也是感覺不到的。根據這理論,時間不僅會被剛剛所說的速度影響,也會被重力影響。譬如說:這個超有錢愛遲到的朋友今天不只是搭太空船來,還很倒楣的差點撞上黑洞 (黑洞的重力非常大)。不管他說再幾分鐘到,你都別等了。因為重力的關係,他會比單獨搭太空船還來的慢,這就是所謂的引力時空膨脹。這些科學家在電影裡面對的就是這些抉擇,可能不小心一個失誤就要用好幾年的光陰作為代價。而任何一個選擇就要面臨到地球的存亡,畢竟已經沒有糧食的地球也等不了這麼多年,或是失去陪伴孩子成長的過程。
五件事讓你的「星際效應」更好看。(http://mike0123783.pixnet.net/blog/post/41740960-%5B電影討論%5D-)
 
五件事讓你的「星際效應」更好看。(http://mike0123783.pixnet.net/blog/post/41740960-%5B電影討論%5D-)
以現在的科學理論解釋,我們進行時光旅行的可能性還是極低,但是伴隨科技的日新月異,說不定哪天電影中的情節也有可能實現呢!
 

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

責任編輯:張志立/國家太空中心、傅麗玉/國立清華大學

審校:品保組型管小組/國家太空中心
 
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