科幻电影中的物理学.doc

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1、科幻电影中的物理意义学院：物理与电气信息工程学院专业：自动化班级：姓名：学号：科幻电影中的物理知识科学并非“在实验室里只有科学家们才听得懂的悄悄话”，科学是一门所有人都可以讨论的学问。   科学家们的研究内容常常被用做科幻电影的主要素材。可是在很多情况下，在编剧们创造性的添加了自己的幻想之后，影片本身却常常会违反最基本的物理规律。也许你已经知道，迄今为止规模最大的粒子加速器——大型强子对撞机（LHC）将于年内运转。两位俄国数学家预言，它有可能被证明是世界上第一台时间机器。穿越时空总是能让人产生浓厚的兴趣，

2、也成为很多科幻电影，对于众多科幻电影，"时间旅行"即穿越时空常常成为它们的灵感源泉维护因果律的如《12只猴子》(12 Monkeys)，挑战因果律的如《终结者》(The Terminator)系列，改变汗青的如《罗拉快跑》(Run Lola)、《蝴蝶效应》(The Butterfly Effect)同物理学家们所争论的一样，这些影片无一不牵扯到时间旅行的因果律问题。要想在过去、现在和未来间自由穿梭，只有在时间机器建成后才有希望变为现实。当LHC投入运转后，每个在其中通过的粒子会在时空中形成一种冲击波，让周

3、围的空间和时间发生扭曲。当两个这样的引力波彼此朝对方趋近的时候，可能会造成十分壮观的结果。在某些极端场合，撞击的引力波会在时空中撕出一个“虫洞”来，即通常所说的可以穿越时空的隧道。如果LHC真的做到了这点，那么，任何研究领域所取得的进展都会黯然失色。从这个意义上说，强子对撞机可能标志着一个历史新里程，而2008年，则有望成为时空元年。 现今能够处理完成这个问题的最具使心服力确当属"平行太空"（Parallel Universes）定见该定见认为，在时空旅行中，有可能产生新的平行世界这个构想由Hugh Ev

4、erett 于1957年在《现代物理评论》发表，初称之为"多重太空定见"（Many Worlds Theory）他认为，在量子力学中，每当一次测量完成，则被呈现的只是好些个可能的结果之一，其余可能的结果虽不能呈现，但它们并不是不存在，而是在另外的太空中接续存在每次回到过去所做的改变汗青的行动，均可能产生出1个新的世界。  这种高度抽象的"多世界"定见也被科幻电影引入过。例如在《回到未来》中，Dr. Brown向Marty诠释"平行世界"时，在黑板上画的概况图恰是出自霍金的《时间简史》目前，物理学家认为，回

5、到过去的个人行为不成能改变汗青至于为什么，他们只是坚决相信"物理学定律会阻止"时空旅行者改变汗青，而未能给出完善的诠释。数十年来，物理学家一直在努力探索时空之旅可能的真实机制。对于时空如何发生变化的最佳描述，源自于爱因斯坦的广义相对论。1905年，爱因斯坦在狭义相对论中指出：1个人如果做高速运动，时间对他来说就会变慢；如果他的运动速率趋近于光速，时间对他来说就会近乎障碍同时，狭义相对论认为，光速没有办法超越，时间不成能倒流然而广义相对论被提出后，许多科学家从中瞥见了时间旅行的可能性，包括诸如"一位航天员可

6、以在他出发之前即回到地球"的假想。所以研究人员一直在寻找它的某些瑕疵——或者说尚未引起重视的层面，以期取得突破。通过以往这些努力源源不断地涌现出的时间机器蓝图，从来没有脱离设计的初级阶段；而随着大型强子对撞机的运转，尽管仍有一些不确定性，科学家终于可以揭开谜底了。时空穿越分为两个过程：（1）、把时间扭曲成环路按照广义相对论，宇宙万物是在具有三维空间和一个时间维度的背景上历经兴衰的。时空有一种不寻常的现象，那就是它会由于宇宙中的物质和能量而发生弯曲或扭曲。后者也是万有引力的根源所在。举例来说，地球的质量会使

7、周围的空间发生弯曲，造成邻近地球的一切物体受到一种趋向于它的吸引力。时间的扭曲则较难进行直观想象，但是在任何质量或能量面前，它确实会发生极微弱的扭曲。足够大的质量密度或能量密度甚至还能将时间扭曲成可以往返的环路，正如一块橡胶平板经过卷曲能形成一个圆柱面那样。物理学家称这样的环路为“类时闭曲线”至少从理论上说，它们允许我们重访过去的某个时间点。（2）、引力波撕出“虫洞”大型强子对撞机可能会创造出虫洞，从而实现某种形式的时空之旅。每个通过大型强子对撞机的粒子，会在时空中形成一种冲击波，即产生一种造成周围空间和

8、时间扭曲的引力波动。当两个这样的引力波彼此朝对方趋近的时候，可能会造成十分壮观的结果。在某些场合，撞击的引力波会在时空中撕出一个孔。由于暗能量神秘的“幻影”性质，时空具有一种内在的排斥力，不仅可使虫洞的出入口保持敞开，甚至还能增大到足以让人穿越而过。从而实现某种形式的时空之旅。这正是LHC所肩负的一个使命。据统计，西方强国是科幻电影产量最大的国度，也是诺贝尔物理学奖获得者至多的国度笔者相信这毫不是偶合，科幻作品与物理学科的成长