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1、科幻電影中的物理意義學院：物理與電氣信息工程學院專業(yè)：自動化班級：姓名：學號：科幻電影中的物理知識科學并非“在實驗室里只有科學家們才聽得懂的悄悄話”，科學是一門所有人都可以討論的學問。???科學家們的研究內容常常被用做科幻電影的主要素材。可是在很多情況下，在編劇們創(chuàng)造性的添加了自己的幻想之后，影片本身卻常常會違反最基本的物理規(guī)律。也許你已經知道，迄今為止規(guī)模最大的粒子加速器——大型強子對撞機（LHC）將于年內運轉。兩位俄國數學家預言，它有可能被證明是世界上第一臺時間機器。穿越時空總是能讓人產生濃厚的興趣，
2、也成為很多科幻電影，對于眾多科幻電影，"時間旅行"即穿越時空常常成為它們的靈感源泉維護因果律的如《12只猴子》(12?Monkeys)，挑戰(zhàn)因果律的如《終結者》(The?Terminator)系列，改變汗青的如《羅拉快跑》(Run?Lola)、《蝴蝶效應》(The?Butterfly?Effect)同物理學家們所爭論的一樣，這些影片無一不牽扯到時間旅行的因果律問題。要想在過去、現在和未來間自由穿梭，只有在時間機器建成后才有希望變?yōu)楝F實。當LHC投入運轉后，每個在其中通過的粒子會在時空中形成一種沖擊波，讓周
3、圍的空間和時間發(fā)生扭曲。當兩個這樣的引力波彼此朝對方趨近的時候，可能會造成十分壯觀的結果。在某些極端場合，撞擊的引力波會在時空中撕出一個“蟲洞”來，即通常所說的可以穿越時空的隧道。如果LHC真的做到了這點，那么，任何研究領域所取得的進展都會黯然失色。從這個意義上說，強子對撞機可能標志著一個歷史新里程，而2008年，則有望成為時空元年。?現今能夠處理完成這個問題的最具使心服力確當屬"平行太空"（Parallel?Universes）定見該定見認為，在時空旅行中，有可能產生新的平行世界這個構想由Hugh?Ev
4、erett?于1957年在《現代物理評論》發(fā)表，初稱之為"多重太空定見"（Many?Worlds?Theory）他認為，在量子力學中，每當一次測量完成，則被呈現的只是好些個可能的結果之一，其余可能的結果雖不能呈現，但它們并不是不存在，而是在另外的太空中接續(xù)存在每次回到過去所做的改變汗青的行動，均可能產生出1個新的世界。??這種高度抽象的"多世界"定見也被科幻電影引入過。例如在《回到未來》中，Dr.?Brown向Marty詮釋"平行世界"時，在黑板上畫的概況圖恰是出自霍金的《時間簡史》目前，物理學家認為，回
5、到過去的個人行為不成能改變汗青至于為什么，他們只是堅決相信"物理學定律會阻止"時空旅行者改變汗青，而未能給出完善的詮釋。數十年來，物理學家一直在努力探索時空之旅可能的真實機制。對于時空如何發(fā)生變化的最佳描述，源自于愛因斯坦的廣義相對論。1905年，愛因斯坦在狹義相對論中指出：1個人如果做高速運動，時間對他來說就會變慢；如果他的運動速率趨近于光速，時間對他來說就會近乎障礙同時，狹義相對論認為，光速沒有辦法超越，時間不成能倒流然而廣義相對論被提出后，許多科學家從中瞥見了時間旅行的可能性，包括諸如"一位航天員可
6、以在他出發(fā)之前即回到地球"的假想。所以研究人員一直在尋找它的某些瑕疵——或者說尚未引起重視的層面，以期取得突破。通過以往這些努力源源不斷地涌現出的時間機器藍圖，從來沒有脫離設計的初級階段；而隨著大型強子對撞機的運轉，盡管仍有一些不確定性，科學家終于可以揭開謎底了。時空穿越分為兩個過程：（1）、把時間扭曲成環(huán)路按照廣義相對論，宇宙萬物是在具有三維空間和一個時間維度的背景上歷經興衰的。時空有一種不尋常的現象，那就是它會由于宇宙中的物質和能量而發(fā)生彎曲或扭曲。后者也是萬有引力的根源所在。舉例來說，地球的質量會使
7、周圍的空間發(fā)生彎曲，造成鄰近地球的一切物體受到一種趨向于它的吸引力。時間的扭曲則較難進行直觀想象，但是在任何質量或能量面前，它確實會發(fā)生極微弱的扭曲。足夠大的質量密度或能量密度甚至還能將時間扭曲成可以往返的環(huán)路，正如一塊橡膠平板經過卷曲能形成一個圓柱面那樣。物理學家稱這樣的環(huán)路為“類時閉曲線”至少從理論上說，它們允許我們重訪過去的某個時間點。（2）、引力波撕出“蟲洞”大型強子對撞機可能會創(chuàng)造出蟲洞，從而實現某種形式的時空之旅。每個通過大型強子對撞機的粒子，會在時空中形成一種沖擊波，即產生一種造成周圍空間和
8、時間扭曲的引力波動。當兩個這樣的引力波彼此朝對方趨近的時候，可能會造成十分壯觀的結果。在某些場合，撞擊的引力波會在時空中撕出一個孔。由于暗能量神秘的“幻影”性質，時空具有一種內在的排斥力，不僅可使蟲洞的出入口保持敞開，甚至還能增大到足以讓人穿越而過。從而實現某種形式的時空之旅。這正是LHC所肩負的一個使命。據統(tǒng)計，西方強國是科幻電影產量最大的國度，也是諾貝爾物理學獎獲得者至多的國度筆者相信這毫不是偶合，科幻作品與物理學科的成長
