在宇宙之大 粒子之微形成之初是不是所有粒子都没有静止质量
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时间：2017-10-03 12:47
(我很自恋)
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第三方登录：&p&前面已经有人提到了宇宙中令人目瞪口呆的黑洞尺度，接下来，我来扒一扒宇宙其他同样让你感到目瞪口呆的尺度。&/p&&p&&b&1.与最大的恒星相比，我们的太阳——几乎可以忽略不计。&/b&&/p&&img src=&/9f4e45fbfb60f8ba97d2e46_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/9f4e45fbfb60f8ba97d2e46_r.png&&&p&箭头所指的天体，就是我们的地球，太阳可以容纳100万个地球，够大了吧。&/p&&img src=&/ba7ba0dfd244c8fa1efb243dd7c72b99_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/ba7ba0dfd244c8fa1efb243dd7c72b99_r.png&&&p&箭头所指的天体，就是我们的太阳，与直径4亿千米的Pistol Star相比，我们的太阳，简直就是一个极为渺小的存在。&/p&&img src=&/847eaec9e31aaa4b873a3b81d7beb4de_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/847eaec9e31aaa4b873a3b81d7beb4de_r.png&&&p&直径4亿千米的Pistol Star被VY Canis Majoris虐成渣渣。&/p&&img src=&/87cb57f91b2eb1c8a8d9a1_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/87cb57f91b2eb1c8a8d9a1_r.png&&&p&与最大的恒星——UY Scuti相比，我们的太阳，在它面前，需要放大无数倍，才能看得见。&/p&&p&2.&b&与最大的星系相比，我们的银河系——几乎可以忽略不计。&/b&&/p&&img src=&/8ae17389ebad87275ecff08_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/8ae17389ebad87275ecff08_r.png&&&p&这是我们的银河系，直径10万光年。&/p&&img src=&/508f446dbf783b5b5ead_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/508f446dbf783b5b5ead_r.png&&&p&我们的邻居——仙女座星系，直径20万光年，银河系成了小小弟弟。&/p&&img src=&/aac479c42c96c5d6fbbc26e4f89b98c5_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/aac479c42c96c5d6fbbc26e4f89b98c5_r.png&&&p&与直径50万光年的Messier 87相比，银河系和仙女座星系双双成为小弟弟。&/p&&img src=&/b2bc010b6343_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/b2bc010b6343_r.png&&&p&目前观测到最大的星系是IC 1101，直径600万光年。&/p&&p&&b&3.与宇宙的年龄相比，我们人类存在的时间——几乎可以忽略不计。&/b&
宇宙诞生于138亿年前，当我们每每听到这个数字时，难易想象这138亿年，究竟有多么遥远。&/p&&p&假如自宇宙大爆炸到此时此刻的138亿年，压缩成我们熟知的12个月份，会是什么样的情形？&/p&&img src=&/1b_b.png& data-rawwidth=&1919& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1919& data-original=&/1b_r.png&&&img src=&/de89fa6fcdc0b_b.png& data-rawwidth=&1919& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1919& data-original=&/de89fa6fcdc0b_r.png&&&img src=&/bafc7dd8ff056_b.png& data-rawwidth=&1919& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1919& data-original=&/bafc7dd8ff056_r.png&&&p&宇宙诞生之时，就是1月1号，从那时起一直到12月31号的午夜，整个年历表，包含了宇宙诞生后所有的时间。&/p&&p&这个年历和我们平时使用的年历，在时间尺度上，有着天壤之别。&/p&&img src=&/953e7cfbbd688cd24d6a811_b.png& data-rawwidth=&1919& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1919& data-original=&/953e7cfbbd688cd24d6a811_r.png&&&img src=&/59dfac5e50fa46a2e5e760_b.png& data-rawwidth=&1919& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1919& data-original=&/59dfac5e50fa46a2e5e760_r.png&&&p&按照这个年历，我们来看从1月1号开始，宇宙在什么时候，会发生什么。&/p&&p&1月1日：宇宙大爆炸
1月10号：第一批恒星发出光芒
1月13号：这些恒星开始聚合，形成第一批小星系
3月15号：银河系诞生
8月31号：太阳诞生
9月21号：生命开始诞生
11月9号：生命开始呼吸、移动
12月17号：海洋生物开始登陆陆地
12月28号：第一朵花开始绽放
12月30号早上6点24分：小行星撞击地球
12月31号最后一小时：人类出现
12月31号23点59分46秒：人类所有记载的历史，都诞生于此&/p&&p&高楼、城堡、寺庙、你、我、他、草原、高山、湖泊、海洋......所有有形的还有无形的，所有物质的和精神的东西，都只是存在于这短短的14秒中。&/p&&p&&b&人类之渺小，宇宙之洪荒，远远不是我们能够想象的。&/b&&/p&&br&&p&&b&但庆幸的是，此时此刻，我们有阳光，有空气，寒冷时有衣物御寒，饥饿时有食物果腹。&/b&&/p&&br&&p&&b&仰望茫茫的星空，我们需要手拉着心爱的人，这样才不会心慌。&/b&&/p&&p&&a href=&///?target=http%3A///r/1zrYwDfEVGorrXOj92-F& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://&/span&&span class=&visible&&/r/1zrYwDf&/span&&span class=&invisible&&EVGorrXOj92-F&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a& (二维码自动识别)&/p&&br&&br&&p&图片来源：&a href=&///?target=http%3A///movie/2014/3/T/P/MA069D2OR_MA06A9JTP.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&国家地理频道纪录片：宇宙时空之旅&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&/p&&p&&a href=&///?target=https%3A///watch%3Fv%3DUE8yHySiJ4A& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&https://www.&/span&&span class=&visible&&/watch?&/span&&span class=&invisible&&v=UE8yHySiJ4A&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&/p&&p&&a href=&///?target=https%3A///watch%3Fv%3DJqAJnrL27OY& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&https://www.&/span&&span class=&visible&&/watch?&/span&&span class=&invisible&&v=JqAJnrL27OY&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&/p&
前面已经有人提到了宇宙中令人目瞪口呆的黑洞尺度，接下来，我来扒一扒宇宙其他同样让你感到目瞪口呆的尺度。1.与最大的恒星相比，我们的太阳——几乎可以忽略不计。箭头所指的天体，就是我们的地球，太阳可以容纳100万个地球，够大了吧。箭头所指的天体，…
速度超过光速，时间将会倒流（回到过去）。这个说法里，需要注意两个要素，第一个是“&b&超过&/b&”，第二个是“&b&光速&/b&”。因此问题的重点在于：为什么速度一定要“超过”光速，以及，为什么要超过的速度是“光速”？&br&&br&我们知道，&b&速度=距离/时长。&/b&“距离”是对空间的度量，“时长”是时间中的一段，因此速度的公式也可以被替换作：&b&速度=空间/时间&/b&。也就是说：&b&速度是一个与“空间”和“时间”都直接相关的量&/b&，它的变化会影响到空间和时间。&br&&br&另外，“&b&速度&/b&”&b&是一个&/b&“&b&相对量&/b&”&b&（relative）&/b&，而非一个“绝对量”（absolute）。通俗地说，一个物体的速度，只有在与其它物体的速度“相对”时，才有意义。举个例子，我们平时说，一辆车的速度是20公里，其实指的是这辆车相对于一个静止的物体（路面）的速度是20公里。在承认车速相对于路面的速度为20公里的同时，我们默认了路面的速度为0。而且，也只有在把路面视为“不动”的情况下，我们才可以放心地称，车的速度是20公里；如果车是在航空母舰上行驶，同时，航母也在航行，那么相对于静止的水面，车速可能就不是原来的20公里了。&br&&br&&b&由于速度是相对的，所以它是可以变化的&/b&。举个例子：两军交战。我军士兵向远处的敌军士兵投掷了一枚手雷，敌军士兵见状，拼命地向后逃跑；假设手雷的飞行速度是5米/秒，而且在空中一直保持着这个速度，敌军士兵向后逃跑的速度是4米/秒。现在，手雷接近敌军士兵的速度变成了：5-4=1米/秒。我们发现，在敌军士兵看来，手雷飞向他的速度，由于自己的运动而减小了。如果有敌人向手雷迎面跑去，那么手雷接近他的速度就是手雷的速度与敌人的速度的和，9米/每秒；我们在日常生活中所见的一切速度都像这样，是可加可减，可以相对而变化的。&br&&br&怪异的是，光速却不是这样。&br&&br&&b&光速总是一定的，从来不会改变&/b&。当人跑向一个物体时，该物体接近人的速度就会比人不动时要快。但是，光接近你的速度却永远是一定的，不管你是向着光跑，还是背着光跑。这一点可以用一个实验来证明：一辆开着大灯的车停在路上，前方的光速检测设备测定灯光的光速为：&a href=&tel:&&&/a&米/秒。这时，车开始以20米/秒的速度向前开。我们凭直觉来想，光速肯定会变为：=&a href=&tel:&&&/a&米/秒，因为大灯是在移动的车上发光的，车速必将给光速一个额外的“推动”。然而真实情况却不是这样。无论车以多快的速度移动，光速一直都保持着&a href=&tel:&&&/a&米/秒，永恒不变。&br&&br&* 光速是精准的&a href=&tel:&&&/a&米/秒，不是近似值。这是因为国际上把“米”的含义定义为了：光在1/秒内于真空中行进的距离。因此“米”和“光速”是“互证”的，以消灭计算误差。&br&&br&由于“光速不变”的这个独特性质，物理学上将“光速”视为一个“普适常量”（universal constant）。光的速度不会因任何物体的相对运动而改变。通俗地讲，&b&光的速度对于任何人来说都是一样的。&/b&&br&&br&问题就出在这里。&br&&br&需要清楚的是，“速度”的本质是一个物体在单位“时间”内于“空间”中的位移。爱因斯坦对此提出了一个惊人的理论：&b&要保持光速不变，一个物体在运动（拥有速度）时，它的空间和时间就不可能保持不变，必须相对地做出调整。&/b&这意味着什么呢？&br&&br&在日常生活中，我们见到的速度都很慢，离光速还差得远，所以我们几乎发现不了“光速不变”对空间和时间所带来的影响。但是不妨想象，如果汽车能够以接近光速的速度移动，情况将变得十分明显：作为一个站在路边的人，你将看到车的长度沿着它运动的方向缩短了，而且车内的时间流动变得很慢。路边的人如果能听到车里人的手表的滴答声，这种声音应该相当慢；如果你坐在车里的话，将不会感觉到你的时间有任何变化，手表很正常，但是当你望向窗外，会发现路边的楼房等景物正在不断地向汽车运动的反方向扭曲，天空则会朝视线的消失点收缩；对以任何速度运动的任何人来说，时间和空间的这种相对调整维持了光速的绝对一定。&br&&br&&img src=&/c4f462e01bcd3d9ff09f5dff57cf8faa_b.jpg& data-rawwidth=&1000& data-rawheight=&561& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1000& data-original=&/c4f462e01bcd3d9ff09f5dff57cf8faa_r.jpg&&&u&《星球大战》中，“千年隼”号飞船在接近光速的一瞬间，窗外景观的剧烈变化。在现实中，如果可以如此接近光速，人的眼睛应该无法再看到星空了，因为伴随着速度的增加，“多普勒频移”现象会让可见光的波长变短，最后不再可见。不过虽然是科幻，应该可以帮助理解。在物理学上，相对静止的观察者所见的运动中的物体的空间变化，称作“&b&长度收缩&/b&”&b&（length contraction）&/b&。&/u&&br&&br&图片来源：&br&&a href=&///?target=http%3A///articles/28/nasa-may-have-accidentally-discovered-faster-than-light-travel.htm& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://www.&/span&&span class=&visible&&/articles/&/span&&span class=&invisible&&28/nasa-may-have-accidentally-discovered-faster-than-light-travel.htm&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&光速不变，空间和时间就要相对变化，一起因物体的运动而精确调整。可以想象，如果没有这种“保护性”的调整，那么我们每个人眼中的光速都是各不相同的。因此，既然空间和时间一直是一起调整的，也就可以说：&b&空间和时间从来都不是两个独立的事物，而是一同运作，相对变化的一个单体“四维”结构，称作&/b&“&b&时空&/b&”&b&（space-time）&/b&。这个概念是“相对论”的根基。&br&&br&* 如果觉得实在难以理解，可以这么来考虑：当一个人与光同向运动时，他无法去“追”光，因为光速必须总是比他快 &a href=&tel:&&&/a&米/秒，所以他的速度与光速的差距无法缩小；当人跑向一束射向他的光时，人眼中的光速也并不会像“两军交战”的例子中的手雷一样，相对于他而加快，而是仍然一直保持着 &a href=&tel:&&&/a&米/秒；在这种情况下，当一个物体运动起来时，光速不可能为他而加快或减慢，唯一能改变的，就只有运动者的时间和空间（时空）。&br&&br&ps.（26/7/2016 附注）：另外，评论里有很多人不太理解，为什么既然光速不变，但是当人跑向一束光时，光射到他身上所用的时间会比人不动时更短？这是因为，人在向着光跑时，光与人之间的“空间距离”的缩短的速度由于人的运动而加快了；比如，一束光射向小明。当小明站立不动时，光与他之间的“空间距离”缩短的速度是c。然而当小明以5米的速度向光跑去时，光与他之间的“空间距离”缩短的速度就变成了c+5。光与小明之间的“空间距离”随时间的缩短，也就是光要到达小明而所需行进的“总路程”的缩短，因此射到小明身上所花的时间也会较短。&b&光速c并没有因此而改变&/b&。&br&&br&明白了这些，可以做出结论：&b&&u&速度低于光速，时间的流速会减慢&/u&&/b&。当物体处于运动状态时，在相对于这个物体不动的观察者眼里，物体的时间会变慢，这种现象称作“&b&时间膨胀&/b&”&b&（time dilation）&/b&。它的成因可以用一个类似的例子来说明：从上海去北京，我们可以一直朝北走，也可以先去新疆，再绕到北京。但是用相同的速度，第二种走法显然会花掉更多的时间，因为我们在去新疆的时候，把向正北方的速度分割给了西方一部分，因此真正朝着北京的速度就不如第一种方法的快；空间和时间也一样，可以把它们想象成正西方和正北方。我们呆立不动时，虽然没有在空间上移动，但是每时每刻都在时间上“移动”。一旦我们（在空间上）动起来，那么我们在时间上的“速度”就必须分割给空间一部分，时间就慢了下来。&b&A相对于B运动，A的速度越快，在B看来，A的时间就越慢。&/b&&br&&br&像这样，如果一个低于光速的速度可以让时间减慢的话，那么一个等同于光速的速度会对时间造成什么样的影响呢？&br&&br&最有可能的答案是：&u&&b&速度等于光速，时间会停止。&/b&&/u&可以想象，如果你此刻正在以光速运动，那么你就会像光一样。以光的角度来看，从一点运动到另一点不会消耗时间，或者说没有时间可以消耗，因为你独立于参考系之外，没有时间和空间的概念，时空不会因你的运动而做出调整；这样一来，以光速运动者的时间，与另一个用来参考的时间之间就没有了可比性（或者说，无法找出差别），因此等同于是停滞的。&b&A以光速运动，它的时间不流逝。&/b&&br&&br&ps.（16/9/2016 附注）：评论里有很多人不太理解，既然说以光速运动的物体等同于是停滞的，那么为什么人们所见的光的传播还是会需要时间？在任何参考系下，光速都是恒定的，这意味着人们看到的光总是会以一个固定的速度传播，这也是为什么阳光平均需要8分20秒才能到达地球。然而，以光速运动的物体不消耗时间，也不运动距离，因此在理论上，光速本身是一个无效的参考系。由于在光速下，观察者无法做观察，所以这两个方面之间没有任何的矛盾。也正是因为如此，上面所写的“以光的角度来看”的说法，只是帮助理解的拟人而已，不能算作严谨的论证。&br&&br&现在，似乎终于有充分的理由可以做出假设：&b&&u&速度超过光速，时间将会倒流&/u&&/b&。如果单个物体的运动速度超过光速，那么在某些观察者看来，它的运动确实有可能是逆向于时间的。或者说，有人会看到，物体的一切速度的方向，都彻底地反转了过来。而且在理论上，运动者自己也有可能会看到反射自较早时候的光，甚至是自己开始超光速运动之前的光。&br&&br&这就是“速度超过光速能回到过去”这种说法的来历。&br&&br&----------&br&&br&然而，这个说法存在一个根本的问题：&b&物体的速度可以超过光速吗？&/b&&br&&br&&b&* &/b&下面的内容可能需要初中数学知识。&br&&br&&img src=&/ae5de5a9d9a20e82c789_b.jpg& data-rawwidth=&850& data-rawheight=&862& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&850& data-original=&/ae5de5a9d9a20e82c789_r.jpg&&&u&“&b&洛伦兹变换&/b&”&b&（Lorentz transformation）&/b&是一个物理学术语，它描述了时空因物体的运动，而在不同的观察者眼中显现出来的变化的关系。这种变化的系数，被称作“&b&洛伦兹因子&/b&”&b&（Lorentz factor）&/b&，&/u&&u&与物体的速度有关。&/u&&u&上面是它的图像。&/u&&br&&br&图片来源：&br&&a href=&///?target=https%3A//en.wikipedia.org/wiki/Lorentz_factor& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&https://&/span&&span class=&visible&&en.wikipedia.org/wiki/L&/span&&span class=&invisible&&orentz_factor&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&&u&* 下面是它的方程：&/u&&br&&br&&img src=&///equation?tex=%5Cgamma+%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Csqrt%7B1-v%5E%7B2%7D+%2Fc%5E%7B2%7D+%7D%7D+& alt=&\gamma =\frac{1}{\sqrt{1-v^{2} /c^{2} }} & eeimg=&1&&&br&&br&&u&γ（伽马）是“洛伦兹因子”，表示为图上蓝色的曲线。v是物体在惯性参考系（匀速运动）中的相对速度。c是真空中的光速。&/u&&br&&br&&u&可以看到，在速度（横轴）达到90%的光速c时，因子（纵轴）为约2.294。它的实际意义在于：当物体达到90%的光速的速度的时候，1. 它的长度比不动时缩短了2.294倍。2. 它的1年时间相当于静止的观察者的2.294年。3. 它的质量变成了原来的2.294倍，再继续加速的难度陡然增加。&br&&/u&&br&&u&请注意图像的特点，当速度快要接近光速c的时候（大概在超过90%的光速时），因子（加速的难度）突然大幅度上升，趋近于无穷大，但速度却永远也达不到光速。如果把一个大于或等于光速的速度代入公式，计算出来的因子要么不是一个实数（根号内的数字为负数），要么无法被定义（分母为零）。这意味着：要把一个有质量的物体加速到光速，需要无穷大的能量（来带动它逐渐趋于无穷大的质量），然而“无穷大的能量”是不存在的，所以我们无法将一个有质量的物体以任何方式加速到光速。换句话说：&b&速度无法超过光速，甚至无法达到光速，只能无限趋近&/b&。&/u&&br&&br&由于在理论上，物体的速度没有办法超过光速，所以“速度超过光速，时间将会倒流（回到过去）”这种说法的前提不能达成，无法再继续讨论结论的对错了。&br&&br&ps.（16/9/2016 附注）：评论里有很多人不太理解一个问题，如果两个观察者都以0.51倍的光速逆向而行的话，那么其中任意一个观察者是否将看到另一观察者的速度超过了光速？ 答案一定是否定的。日常生活中的速度都很小，所以一般使用经典力学下的速度公式来计算，求出来的结果仅仅是一个近似值。然而如果速度很大的话，一旦考虑进了狭义相对论，不同参考系下的观察者所见的速度，则是用“速度加成式”来计算的：x=(v+u)/(1+vu/c^2)，v是观察者的速度，u是物体的速度，x是观察者眼中的物体的速度。代入任何一个小于光速的速度，结果都永远不会大于光速。&br&&br&目前，欧洲核子研究组织（CERN）在瑞士日内瓦总部建设的“大型强子对撞机”（LHC）可以用高能把粒子加速到99.999994%光速的速度。这差不多是我们加速的极限了，距离100%光速虽然只差一点儿，但是仍然遥不可及。&br&&br&* 从粒子物理的角度来看，普通物体的速度无法达到或超过光速的原因是：普通物体有质量，光（光子）没有质量。质量的另外一个实际意义是“加速的难度”，因此一列火车要停下来，肯定比一辆小汽车困难得多（也就是，在以前进为正方向的设定下，更难获得负加速度），而要让火车开起来（获得正加速度），耗费的能量也会比汽车大得多；光子没有静止质量，因此可以以理论上宇宙中最快的速度运动。&br&&br&&img src=&/1d11fac58ccc07d0a56a11ec4dfd5d38_b.jpg& data-rawwidth=&700& data-rawheight=&394& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&700& data-original=&/1d11fac58ccc07d0a56a11ec4dfd5d38_r.jpg&&&u&电子游戏《质量效应》（Mass Effect）系列，提供了一种别出心裁的超光速旅行方案，那就是设法把物体的质量降低到零。截图里，“质量中继”（mass relay）正负责在自身与相距很远的另一座&/u&&u&中继&/u&&u&之间建立起一个直线式的零质量通道，让飞船可以轻松地在其间进行远距离迁跃。&/u&&br&&br&图片来源：&br&&a href=&///?target=http%3A///video-games-mass-effect-3-ending-relay-2013-wallpaper-51369/& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://&/span&&span class=&visible&&/video-games-&/span&&span class=&invisible&&mass-effect-3-ending-relay-2013-wallpaper-51369/&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&值得一提的是，近期推测存在一种运动速度比光子更快的亚原子粒子，称作“快子”（tachyon）。在它加速时，能量反而会降低。除此之外，再也没有其它的例子可以说明有单一物体的运动速度可以比光快；需要注意的是，假设这种粒子真实存在，它的速度一定是生来就超过光速的。没有任何有质量的物体可以被“加速”到光速，所以这与前面的内容并不矛盾。&br&&br&ps.（1/2/2017 附注）：评论里有很多人有疑问：既然光子没有质量，为什么它还会被黑洞的引力束缚住，无法逃脱？简单地说，“广义相对论”对于“引力”的概念有不同寻常的看法。经典物理学将引力视为一种力，现代物理学则认为“引力”来自于时空的几何形状，任何有质量的物体都可以使时空变形；黑洞是一个在很小的区域内集中了极大的质量的天体，这使得它近处的空间本身被严重扭曲。在黑洞的理论边界（事件视界，event horizon）内，空间“坠落”的速度比光速更快，这就是为什么光子没有办法以光速逃逸出来。这些光当然也永远不可能射入观察者的眼里，因此理论上黑洞的本体看上去应该是漆黑的。值得注意的是，空间的速度超过光速并不会违背什么，因为这只是局部空间相比得到的相对速度，不是一个物体加速的结果。&br&&br&* 借助“洛伦兹因子”的图像和公式，来解释物体无法被加速到光速的原因，是最直观，也是最容易理解的。不过，很多人认为应该用“因果律”（causality）来说明才更基本，更有说服力。也就是，人们不可能先看到一个事件的影响，后看到起因，除非其中有“超光速”的行为。因为，如果物体的速度超过光速，一些观察者就有可能会看到前后颠倒的事件顺序，违背我们平时习以为常的“因果关系”。&br&&br&举一个例子：小明相对静止，小红从小明的左边以超光速跑过，小刚以一半的光速从小明的右边跑过。当小红正好经过小明所处的位置的时候，小明递给小红一根棍子，之后当小红与小刚擦肩跑过的时候，小红用棍子打一下小刚。从小刚的角度来看，他会先被小红用棍子打一下，之后才看到小明将棍子递给小红。这种情况对于正常的思维来说是无法理解的。&br&&br&公式与因果律，这两种解释方法应该都同样正确，无所谓哪种更科学一些。&br&&br&最后补充一点。即使我们无法超过光速，也并不意味着“回到过去”是不可能的，只是无法通过加速来实现而已。“虫洞”（worm hole）是“广义相对论”预言的一种连接时空上的两个点的捷径。穿过虫洞可以来到宇宙中处于不同时间和空间上的另一点。总之，虫洞的存在性无法被彻底否定，而且，通过虫洞进行时间旅行在理论上也无懈可击，不过或许实际操作是不可行的，不然“为什么我们现在的世界里没有挤满了来自未来的人呢？”（Brian Greene，&i&The Fabric of the Cosmos: The Illusion of Time&/i&，2004）&br&&br&----------&br&&br&如果有兴趣，可以参考这里：&br&PBS NOVA 的纪录片《&i&The Fabric of the Cosmos: What Is Space?&/i&》和《&i&The Fabric of the Cosmos: The Illusion of Time&/i&》。&br&Special Relativity in 15 Mins：&a href=&///?target=http%3A//www./Special-Relativity/%23.V5mNmnqEBh4& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://www.&/span&&span class=&visible&&/Spe&/span&&span class=&invisible&&cial-Relativity/#.V5mNmnqEBh4&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&。&br&豆瓣书评链接，《&i&How to Teach Relativity to Your Dog&/i&》&a href=&///?target=https%3A///subject//& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&https://&/span&&span class=&visible&&/subject&/span&&span class=&invisible&&//&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&。&br&&a href=&///?target=https%3A//en.wikipedia.org/wiki/Special_relativity& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Special relativity&i class=&icon-external&&&/i&&/a&（Wikipedia 链接）。&br&&a href=&///?target=https%3A//en.wikipedia.org/wiki/Minkowski_diagram& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Minkowski diagram&i class=&icon-external&&&/i&&/a&（Wikipedia 链接）。&br&知乎问题：&a href=&/question/& class=&internal&&光速过于取整了吗？ - 物理学 - 知乎。&/a&&br&知乎问题：&a href=&/question/& class=&internal&&牛顿提出过质量与重量的区别吗？ - 物理学&/a&。&br&知乎问题：&a href=&/question/& class=&internal&&当两俩列车均已时速100公里相向而行 那么乘客是否就可以在两车交汇的时刻看到时速200公里的景象？ - 天体物理学&/a&。&br&知乎问题：&a href=&/question/& class=&internal&&光子为什么没有质量？ - 物理学&/a&。&br&知乎问题：&a href=&/question/& class=&internal&&为什么快子可以超光速？ - 物理学&/a&。
速度超过光速，时间将会倒流（回到过去）。这个说法里，需要注意两个要素，第一个是“超过”，第二个是“光速”。因此问题的重点在于：为什么速度一定要“超过”光速，以及，为什么要超过的速度是“光速”？ 我们知道，速度=距离/时长。“距离”是对空间的…
相对论的视觉效应是一项非常有趣、却在科研中常常被忽略的内容。 科研中出现的图画大都是效果图，正式叫法是“艺术家眼中的印象图”，是为了表现体系的某个或某些特色而作。除非另有声明，所引的图都是效果图。 很多时候， 尤其在广义相对论中， 印象图甚至可能是所谓“上帝视角”，即从高维空间（通常是三维）观察嵌入低维空间（通常是两维）的时空弯曲。&br&&br&&u&&b&先说狭义相对论，即高速运动物体的视觉效应&/b&&/u&&br&狭义相对论认为高速（v ～ c）运动的物体其尺度会沿运动方向收缩（尺缩效应），所以在伽莫夫著名的《物理世界奇遇记》里面，高速动体的视觉效应被描述成扁扁的 （图一）。&blockquote&&img src=&/7e1fd9c5dac8c108cfb1229_b.jpg& data-rawwidth=&600& data-rawheight=&694& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&600& data-original=&/7e1fd9c5dac8c108cfb1229_r.jpg&&图一：《物理世界奇遇记》中的动体的尺缩效应效果图&/blockquote&直到1924年，奥地利物理学家安东兰帕才意识到这不是动体的视觉效应，因为眼睛（和照相机）看到的像是由同时到达眼睛（和相机）的光形成的。直到1959年，这个现象被泰瑞和彭罗斯再次发现以后才引起人们关注。一般来说，由于相对论效应，高速运动的物体的像会产生畸变和转动（图二）。在最简单的情况下，球形物体仅有转动，这种效应称为彭罗斯－泰瑞转动。&br&&blockquote&&img src=&/5f2c5b8df830cfbb28be7_b.jpg& data-rawwidth=&320& data-rawheight=&240& class=&content_image& width=&320&&图二：低速（下）运动与高速运动（上）的骰子的畸变效应效果图。 图片来源：&a href=&///?target=http%3A//www.spacetimetravel.org/& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Space Time Travel&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&/blockquote&&br&另外一种效应是多普勒频移。也就是说，物体的颜色会产生变化（图三）。&blockquote&&img src=&/e7c0bfdf3f95_b.jpg& data-rawwidth=&300& data-rawheight=&193& class=&content_image& width=&300&&图三：多普勒效应示意图&/blockquote&&br&现在，这些狭义相对论的视觉效应已经很常见，譬如下面这个相对论视觉引擎截图：&br&&img src=&/4e0efc8d42cc09ecbb6b19f474e7ce98_b.jpg& data-rawwidth=&800& data-rawheight=&450& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&800& data-original=&/4e0efc8d42cc09ecbb6b19f474e7ce98_r.jpg&&&br&图三又二分之一：游戏 &i&Slower Speed of Light &/i&的截图（MIT GameLab）&br&&br&你可能会觉得，人们既然几十年前终于弄懂了动体的视觉效应，在画图时应该会考虑到吧。完全不是。几乎所有涉及到高速运动的图中，人们都忽视了这些效应 —— 这不仅包括闪电侠、超人等漫画和科研电影还包括了严肃的科研报告。比如相对论性重离子对撞的讲座中，大家还是画两个“盘子”代表洛伦兹收缩以后的相对论性重离子 —— 即高速运动的原子核（图四）。 在重离子领域，几乎所有的示意图都画成图四这样 —— 气人的是，你说他们不精细吧，重离子里面的核子他们还给你画成3D的，还上了色（显然这个颜色不是为了展示多普勒效应）。&br&&blockquote&&img src=&/4c2ba3a272de877d27b6ae7e68e5dfcf_b.jpg& data-rawwidth=&1200& data-rawheight=&1170& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1200& data-original=&/4c2ba3a272de877d27b6ae7e68e5dfcf_r.jpg&&图四：相对论性重离子碰撞过程的效果图&/blockquote&&br&&u&&b&广义相对论和引力场中动体的视觉效应&br&&/b&&/u&引力场中动体的视觉效应其实比较复杂。首先，光在引力场中会产生偏折，这会带来物体图像的畸变、放大或缩小，该现象叫做引力透镜效应（回忆透镜成像的原理就是偏折光线）。引力透镜效应一般是很复杂的，但可以通过光线追踪法来加以计算。黑洞的引力透镜效应尤其强。如果仅考虑黑洞的引力透镜效应，且假设观察者和成像的天体都在远处（即黑洞附近没有特别明亮的光源），效果大致如图五所示，这也是常见的（史瓦兹谢尔德）黑洞的形象。&br&&blockquote&&img src=&/a750ce2a26c23acbecda_b.jpg& data-rawwidth=&450& data-rawheight=&360& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&450& data-original=&/a750ce2a26c23acbecda_r.jpg&&图五（甲）：远处观察者眼中黑洞对远处星系的引力透镜效应效果图甲。&/blockquote&&br&&blockquote&&img src=&/18de306f3db_b.jpg& data-rawwidth=&640& data-rawheight=&480& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&640& data-original=&/18de306f3db_r.jpg&&图五（乙）：黑洞引力透镜效应效果图乙。&br&&img src=&/b9f4e1fcb364d_b.jpg& data-rawwidth=&1200& data-rawheight=&908& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1200& data-original=&/b9f4e1fcb364d_r.jpg&&图五（丙）：基于Thorne公式的黑洞引力透镜效应效果图。&/blockquote&&br&这当然不是全部。另外，引力，尤其是强引力会对附近射入光产生蓝移、射出的光产生红移。因此周围物体的颜色也会相应改变。这些还都不是困难的地方。麻烦的是黑洞附近有什么。首先黑洞会有霍金辐射，而且会有落入黑洞的天体因释放引力势能被加热到甚高温，在天文观测上表现为，黑洞是很好的X光射线源，这表明黑洞四周是非常明亮的，这引发了类似图六的示意图。&br&&br&&blockquote&&img src=&/0aa19db1bcce_b.jpg& data-rawwidth=&375& data-rawheight=&300& class=&content_image& width=&375&&图六：黑洞霍金辐射效果图，未考虑黑洞的引力透镜效应&/blockquote&并且像大多数大质量天体一样，黑洞会大量捕获附近的物质在它周围产生较大的吸积盘和相对论性喷流，因而会引发了类似图七的示意图，而由于这些物质和霍金辐射的存在，黑洞附近必定进行着非常复杂、非常强大的电磁学过程，而弯曲时空的电动力学是很复杂的现象，这些都需要加以考虑。注意，图六、图七都没有考虑前面所说的引力透镜效应和引力频移。&br&&br&&blockquote&&img src=&/989aad17e04eb59cd7330_b.jpg& data-rawwidth=&1024& data-rawheight=&576& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1024& data-original=&/989aad17e04eb59cd7330_r.jpg&&图七：黑洞四周的吸积盘和喷流效果图，未考虑黑洞的引力透镜效应。&/blockquote&&br&Interstellar的一大贡献是它们考虑到了引力透镜效应和引力频移对吸积盘的成像的影响（图八）。他们的说法是，引力透镜效应使得背后的盘能够被看到，而高能量的X射线使得所有频率的光的亮度都很高，因此吸积盘显得非常明亮 —— 这些都是非常合理的假设。 当然宇宙飞船必须能防护这些高能射线。另外，在&u&遥远的地方看&/u&，吸积盘的颜色可能有些颜色，而不一定非要是白色。&br&&br&&img src=&/1b94cd64_b.jpg& data-rawwidth=&730& data-rawheight=&348& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&730& data-original=&/1b94cd64_r.jpg&&&blockquote&图八：星际中的黑洞效果图 &img src=&///equation?tex=%5Cfrac%7BJc%7D%7BGM%5E2%7D+%3D+0.6+& alt=&\frac{Jc}{GM^2} = 0.6 & eeimg=&1&&（该值越大表示黑洞自旋越快，其值应当小于1）。这是真正的艺术家们的印象图。Credit: Oliver James et al 2015, Gravitational lensing by spinning black holes in astrophysics, and in the movie &i&Interstellar&/i&, Class. Quantum Grav. 32 065001 doi:10.81/32/6/065001。&/blockquote&不过，根据James等人的说法，这张图片也不是真正的黑洞视觉效应图。为了满足电影效果，他们根据导演的要求，去掉了多普勒频移、引力频移等效应，并添加了光晕效果。更加真实的黑洞效果图，可以参看James-Tunzelmann-Franklin-Thorne 文章的图15c.&br&&br&&img src=&/900a9f694234dfe119db12435dfeec3b_b.jpg& data-rawwidth=&590& data-rawheight=&161& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&590& data-original=&/900a9f694234dfe119db12435dfeec3b_r.jpg&&有吸积盘的黑洞很可能自己带有较大的角动量，这种黑洞叫做克尔黑洞。原本在若黑洞附近物体轨道半径大于黑洞视界时，可以绕黑洞打转，但是在史瓦兹歇尔德黑洞附近半径小于两倍视界的轨道是不稳定的，转圈的物体很快就会落入黑洞之中。 而克尔黑洞附近小于两倍视界时则存在稳定轨道，因此图九中吸积盘延伸到接近克尔黑洞视界的地方。 如果黑洞带电荷，那就更复杂些，其电磁现象也会更重要些。黑洞还可能会产生引力波，这个会不会产生视觉效应，我就更不知道了。&br&&blockquote&&img src=&/1770bad5c19e8d36aadb_b.jpg& data-rawwidth=&1100& data-rawheight=&599& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1100& data-original=&/1770bad5c19e8d36aadb_r.jpg&&图九：没自旋的黑洞与有自旋的黑洞的效果图&/blockquote&&br&还有一些其他的问题。涉及到黑洞的基本性质。这里仅仅举一个例子，就是黑洞信息佯谬。人们认为信息是守恒的，但黑洞视界以内既然无法探知，落入黑洞的物质携带的信息也就永远失去了，更要命的是，加入两个粒子处于纠缠态，一个粒子落入黑洞，纠缠态必然会消失否则我们可以以此来探测黑洞内部信息，但纠缠态凭空消失又是量子力学所无法理解的。为了解决这个矛盾，有人认为纠缠态会被破坏，但是代价是放出巨大的能量——大到可以打破广义相对论或量子力学，因此结论是，黑洞视界周围是一圈“火墙”（图十），代表巨大的能量释放过程。&br&&blockquote&&img src=&/bc886eecf21064dff363cb_b.jpg& data-rawwidth=&1400& data-rawheight=&968& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1400& data-original=&/bc886eecf21064dff363cb_r.jpg&&图十：黑洞信息悖论与火墙模型示意图&/blockquote&这还仅仅是黑洞未解之谜的一个例子。事实上，黑洞，尤其是奇点附近的物理可能需要量子引力来理解，广义相对论已经不再适用。因此我们对黑洞实际上非常的不了解。更不用谈黑洞到底看起来是什么样。&br&&br&上面所引用的图大多数没有完全考虑所有的引力效应，特别是引力透镜和引力红移。 而且这些图都是远处观察者所看到的。 至于进入黑洞能看到什么，所需要考虑的物理是相同的，只不过所选用的参考系不太一样罢了。网上有一些视频介绍这些，注意这些视频也并非将这里提到的所有效应都考虑全了。第一个和第三、四个来自科罗拉多大学天体物理学家安德哈密顿（显然这个家伙开发了一个黑洞飞行模拟器，但目前是闭源的，URL：&a href=&///?target=http%3A//jila.colorado.edu/%7Eajsh/insidebh/intro.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Inside Black Holes&i class=&icon-external&&&/i&&/a&），大致认为落入黑洞的人仍然一直能看到黑洞外的世界，只不过黑洞黑外被一个伪视界分开。第二个视频来自VSause的分钟物理，大致认为，落入黑洞的人看到的外面的视界会越来越小直到消失，眼前的黑洞洞越来越大直到什么都看不见。 其中第四个视频号称是&u&&b&真实场景的模拟，不仅仅是艺术家眼中的印象&/b&&/u&。&br&&br&1. &a href=&///?target=http%3A///v_show/id_XMzkyMjE4MTg4.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&进入史瓦兹歇尔德黑洞的旅行&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&&br&&br&&br&&br&&a class=&video-box& href=&///?target=http%3A///v_show/id_XMzkyMjE4MTg4.html& target=&_blank& data-video-id=&& data-video-playable=&& data-name=&进入黑洞的旅行& data-poster=&/FA64E95EF9F055D4DA67B586AF5-0EDA-C5EE-895A-23A8C969AB52& data-lens-id=&&&
&img class=&thumbnail& src=&/FA64E95EF9F055D4DA67B586AF5-0EDA-C5EE-895A-23A8C969AB52&&&span class=&content&&
&span class=&title&&进入黑洞的旅行&span class=&z-ico-extern-gray&&&/span&&span class=&z-ico-extern-blue&&&/span&&/span&
&span class=&url&&&span class=&z-ico-video&&&/span&/v_show/id_XMzkyMjE4MTg4.html&/span&
&/a&&br&&br&2. &a href=&///?target=http%3A///v_show/id_XNDgzNTEzODUy.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&煎蛋小学堂08：跳进一个黑洞会怎样？&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&&br&&br&&br&&br&&a class=&video-box& href=&///?target=http%3A///v_show/id_XNDgzNTEzODUy.html& target=&_blank& data-video-id=&& data-video-playable=&& data-name=&煎蛋小学堂08：跳进一个黑洞会怎样？& data-poster=&/0BCC2BCBFAE3E6AE-4B47-FFC2-957E-77& data-lens-id=&&&
&img class=&thumbnail& src=&/0BCC2BCBFAE3E6AE-4B47-FFC2-957E-77&&&span class=&content&&
&span class=&title&&煎蛋小学堂08：跳进一个黑洞会怎样？&span class=&z-ico-extern-gray&&&/span&&span class=&z-ico-extern-blue&&&/span&&/span&
&span class=&url&&&span class=&z-ico-video&&&/span&/v_show/id_XNDgzNTEzODUy.html&/span&
&/a&&br&3. &a href=&///?target=http%3A//jila.colorado.edu/%7Eajsh/insidebh/rn.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Journey into and through a Reissner-Nordstrm black hole&i class=&icon-external&&&/i&&/a& 进入雷斯勒-诺德斯特洛姆黑洞，该黑洞视界内有个虫洞，将旅人送到宇宙的其他地方。&br&&br&&br&&br&&br&&br&&a class=&video-box& href=&///?target=http%3A///v_show/id_XODI2ODU5MDQw.html& target=&_blank& data-video-id=&& data-video-playable=&& data-name=&Journey%20into%20and%20through%20a%20Reissner-Nordstr?m%20bla...& data-poster=&/3A481A2B870C0CF-14A6-A85BD07C57& data-lens-id=&&&
&img class=&thumbnail& src=&/3A481A2B870C0CF-14A6-A85BD07C57&&&span class=&content&&
&span class=&title&&Journey%20into%20and%20through%20a%20Reissner-Nordstr?m%20bla...&span class=&z-ico-extern-gray&&&/span&&span class=&z-ico-extern-blue&&&/span&&/span&
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&/a&&br&4. 落入一个真实的黑洞。&br&&br&&br&&br&&br&&br&&a class=&video-box& href=&///?target=http%3A///v_show/id_XODI2ODU2ODY4.html& target=&_blank& data-video-id=&& data-video-playable=&& data-name=&relativistic visualization of a disk and jet around a black hole& data-poster=&/4664EFAEAEF03A481A23C0A03AF-90B7-5C86-94D9-8E3A32BDC82A& data-lens-id=&&&
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&span class=&title&&relativistic visualization of a disk and jet around a black hole&span class=&z-ico-extern-gray&&&/span&&span class=&z-ico-extern-blue&&&/span&&/span&
&span class=&url&&&span class=&z-ico-video&&&/span&/v_show/id_XODI2ODU2ODY4.html&/span&
&/a&&br&5. PBS 2006: 星河中的怪兽 &br&&img src=&/195fe708f3cb73f6c8c13_b.jpg& data-rawwidth=&460& data-rawheight=&259& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&460& data-original=&/195fe708f3cb73f6c8c13_r.jpg&&&a href=&///?target=http%3A////science/28prof.html%3F_r%3D0& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://www.&/span&&span class=&visible&&//&/span&&span class=&invisible&&science/28prof.html?_r=0&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&6. &a href=&///?target=http%3A//bcove.me/f7lxzai8& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Single Video Player&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&&b&&u&关于引潮力（tidal force）&/u&&/b&&br&引潮力（显然是一个三维张量）与曲率张量有关，&img src=&///equation?tex=%5Ctau_%7Bij%7D+%3D+R_%7Bi0j0%7D+%2B+R_%7Biljl%7DV%5Ek+V%5Ej& alt=&\tau_{ij} = R_{i0j0} + R_{iljl}V^k V^j& eeimg=&1&&，这里&img src=&///equation?tex=R_%7B%5Cmu%5Cnu%5Clambda%5Crho%7D& alt=&R_{\mu\nu\lambda\rho}& eeimg=&1&&是黎曼张量，&img src=&///equation?tex=V& alt=&V& eeimg=&1&&是速度。黎曼张量大致正比于黑洞的密度。黑洞的半径（视界），&img src=&///equation?tex=R_s+%5Csim+%5Cfrac%7B2GM%7D%7Bc%5E2%7D& alt=&R_s \sim \frac{2GM}{c^2}& eeimg=&1&&正比于质量，而密度&img src=&///equation?tex=%5Crho_s+%5Csim+%5Cfrac%7BM%7D%7BR_s%5E3%7D& alt=&\rho_s \sim \frac{M}{R_s^3}& eeimg=&1&&，因此黑洞的密度&img src=&///equation?tex=%5Crho_s+%5Csim+M%5E%7B-2%7D& alt=&\rho_s \sim M^{-2}& eeimg=&1&&反比与黑洞质量的两次方。就是说，黑洞越大，其密度越小，其引潮力也会越小（除非在奇点附近，这些关系不再成立）。恒星级别的黑洞（质量为几个到几十个太阳质量）是相当致密的，人在其附近很容易被撕成面条——如果不被其他高能辐射杀灭的话。一般认为在星系的中心，存在着巨大质量的超级黑洞（质量在几百万到几百亿太阳质量），其密度是很小的，甚至可能远小于气体密度。其引潮力也是比较弱的。如果要跳黑洞，应该选择这样的黑洞跳。当然，即使这种黑洞，在靠近奇点的地方引潮力也会变得十分巨大，人会被拉成面条。 不过假如黑洞不存在奇点，而是一个可以允许时空穿梭的虫洞，那就爽了。。。不过这些还都是科幻，总起来说跳黑洞生还的可能性极低。&br&&br&&b&&u&全息原理、额外维度、量子引力超对称弦和 AdS/CFT&br&&/u&&/b&&br&不了解。&br&&br&&u&&bÞE &/b&&/u&&br&“The thing I most wanted was that the film have real science embedded in it—a range of science, from well-established truths to speculative science.” —Kip Thorne&br&译：“我最希望的事情是这个电影能够嵌入真正的科学 —— 从牢固建立的事实到科学假说”&br&&blockquote&&img src=&/8fa693fa207f74b9a36cd6c5e3f5bc44_b.jpg& data-rawwidth=&1200& data-rawheight=&704& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1200& data-original=&/8fa693fa207f74b9a36cd6c5e3f5bc44_r.jpg&&图： Thorne 和 洁西卡姐姐（饰墨菲·库珀）&/blockquote&&br&&a href=&///?target=http%3A//iopscience.iop.org//6/065001/article%23cqg508751bib5& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Gravitational lensing by spinning black holes in astrophysics, and in the movie Interstellar&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&Throne组发了不少文章，题目都是关于弯曲空间的可视化，感兴趣的同学可以读读。&br&&br&&a href=&///?target=http%3A//journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.106.151101& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Frame-Dragging Vortexes and Tidal Tendexes Attached to Colliding Black Holes: Visualizing the Curvature of Spacetime&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&Robert Owen, Jeandrew Brink, Yanbei Chen, Jeffrey D. Kaplan, Geoffrey Lovelace, Keith D. Matthews, David A. Nichols, Mark A. Scheel, Fan Zhang, Aaron Zimmerman, and &u&Kip S. Thorne&/u&&br&Phys. Rev. Lett. &b&106&/b&, 151101 – Published 10 April 2011&br&&br&&a href=&///?target=http%3A//journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.84.124014& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Visualizing spacetime curvature via frame-drag vortexes and tidal tendexes: General theory and weak-gravity applications&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&David A. Nichols, Robert Owen, Fan Zhang, Aaron Zimmerman, Jeandrew Brink, Yanbei Chen, Jeffrey D. Kaplan, Geoffrey Lovelace, Keith D. Matthews, Mark A. Scheel, and &u&Kip S. Thorne&/u&&br&Phys. Rev. D &b&84&/b&, 124014 – Published 5 December 2011&br&&br&&a href=&///?target=http%3A//journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.86.084049& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Visualizing spacetime curvature via frame-drag vortexes and tidal tendexes. II. Stationary black holes&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&Fan Zhang, Aaron Zimmerman, David A. Nichols, Yanbei Chen, Geoffrey Lovelace, Keith D. Matthews, Robert Owen, and &u&Kip S. Thorne&/u&&br&Phys. Rev. D &b&86&/b&, 084049 – Published 25 October 2012&br&&br&&a href=&///?target=http%3A//journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.86.104028& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Visualizing spacetime curvature via frame-drag vortexes and tidal tendexes. III. Quasinormal pulsations of Schwarzschild and Kerr black holes&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&David A. Nichols, Aaron Zimmerman, Yanbei Chen, Geoffrey Lovelace, Keith D. Matthews, Robert Owen, Fan Zhang, and &u&Kip S. Thorne&/u&&br&Phys. Rev. D &b&86&/b&, 104028 – Published 11 November 2012&br&&br&&a href=&///?target=http%3A///2014/11/metaphysics-of-interstellar/& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Interstellar Almost Had 6 Wormholes and 5 Black Holes&i class=&icon-external&&&/i&&/a& （WIRED 采访THORNE 和 NOLAN）&br&&br&总结，首先取决与模型和设定，因为我们对黑洞及黑洞附近的物理尚不完全清楚；在比较简单的模型和假设下，落入黑洞的所见大致是可以计算的，诺兰他们的工作大致是这一类。具体感兴趣的话可以读读Thorne组的文章。&br&&br&&b&&u&番外篇：&/u&&/b&&br&&blockquote&&img src=&/bebfacaab59a_b.jpg& data-rawwidth=&395& data-rawheight=&300& class=&content_image& width=&395&&图十一：Futurama 中的黑洞&/blockquote&&br&什么叫“艺术家印象” 呢？ 参看如下示例图：&br&&blockquote&&img src=&/a939ae399fc5b084d7f3_b.jpg& data-rawwidth=&250& data-rawheight=&334& class=&content_image& width=&250&&艺术家眼中的耶稣与其门徒&/blockquote&&br&－－&br&&b&瓜子和蜜饯 （持续更新中）：&/b&&br&&br&&b&光迹：&/b&&br&光在引力场（弯曲时空）中的运动方程 &img src=&///equation?tex=x%5E%5Cmu%28s%29+%3D+%5Cbig%28+c+t%28s%29%2C+%5Cvec+x%28s%29+%5Cbig%29& alt=&x^\mu(s) = \big( c t(s), \vec x(s) \big)& eeimg=&1&& 满足：&br&&img src=&///equation?tex=%5Cfrac%7Bd%5E2+x%5E%5Cmu%7D%7Bds%5E2%7D+%2B+%5CGamma%5E%5Cmu_%7B%5C%3B%5Cnu%5Clambda%7D+%5Cfrac%7Bd+x%5E%5Cnu%7D%7Bds%7D%5Cfrac%7Bdx%5E%5Clambda%7D%7Bds%7D+%3D+0%2C& alt=&\frac{d^2 x^\mu}{ds^2} + \Gamma^\mu_{\;\nu\lambda} \frac{d x^\nu}{ds}\frac{dx^\lambda}{ds} = 0,& eeimg=&1&& 和&img src=&///equation?tex=g_%7B%5Cmu%5Cnu%7D%5Cfrac%7Bdx%5E%5Cmu%7D%7Bds%7D%5Cfrac%7Bdx%5E%5Cnu%7D%7Bds%7D+%3D+0& alt=&g_{\mu\nu}\frac{dx^\mu}{ds}\frac{dx^\nu}{ds} = 0& eeimg=&1&&，&br&其中，&br&&img src=&///equation?tex=s& alt=&s& eeimg=&1&& 为某一参数，可以最后在坐标中将其消掉得到&img src=&///equation?tex=%5Cvec+x%28t%29& alt=&\vec x(t)& eeimg=&1&&；&br&&img src=&///equation?tex=g_%7B%5Cmu%5Cnu%7D+%3D+g_%7B%5Cmu%5Cnu%7D%28x%29& alt=&g_{\mu\nu} = g_{\mu\nu}(x)& eeimg=&1&& 叫做度规张量，这是描述引力场的基本量。电影中所遇到的黑洞是所谓的Kerr黑洞，带有自旋，其度规为：&br&&br&&img src=&///equation?tex=g_%7Btt%7D+%3D+1-%5Cfrac%7B2GM%7D%7Bc%5E2%7D%5Cfrac%7B1%7D%7Br%2B%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2c%5E2+r%7D%5Ccos%5E2%5Ctheta%7D& alt=&g_{tt} = 1-\frac{2GM}{c^2}\frac{1}{r+\frac{J^2}{M^2c^2 r}\cos^2\theta}& eeimg=&1&&，&br&&img src=&///equation?tex=g_%7Brr%7D+%3D+%5Cfrac%7Bc%5E2+r%5E2%2B%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2%7D%5Ccos%5E2%5Ctheta%7D%7Bc%5E2+r%5E2-2GMr+%2B+%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2%7D%7D& alt=&g_{rr} = \frac{c^2 r^2+\frac{J^2}{M^2}\cos^2\theta}{c^2 r^2-2GMr + \frac{J^2}{M^2}}& eeimg=&1&&，&img src=&///equation?tex=g_%7B%5Ctheta%5Ctheta%7D+%3D+r%5E2+%2B+%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2c%5E2%7D%5Ccos%5E2%5Ctheta& alt=&g_{\theta\theta} = r^2 + \frac{J^2}{M^2c^2}\cos^2\theta& eeimg=&1&&, &img src=&///equation?tex=g_%7B%5Cphi%5Cphi%7D+%3D+%5Cleft%28+r%5E2+%2B%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2c%5E2%7D+%2B+%5Cfrac%7B2GM%7D%7Bc%5E2%28r%2B%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2c%5E2+r%7D%5Ccos%5E2%5Ctheta%29%29%7D%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2c%5E2%7D%5Cright%29%5Csin%5E2%5Ctheta& alt=&g_{\phi\phi} = \left( r^2 +\frac{J^2}{M^2c^2} + \frac{2GM}{c^2(r+\frac{J^2}{M^2c^2 r}\cos^2\theta))}\frac{J^2}{M^2c^2}\right)\sin^2\theta& eeimg=&1&&,&br&&img src=&///equation?tex=g_%7Bt%5Cphi%7D+%3D+g_%7B%5Cphi+t%7D+%3D+%5Cfrac%7B2GM%7D%7Bc%5E2%28r%2B%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2c%5E2r%7D%5Ccos%5E2%5Ctheta%29%7D%5Cfrac%7BJ%7D%7BMc%7D%5Csin%5E2%5Ctheta& alt=&g_{t\phi} = g_{\phi t} = \frac{2GM}{c^2(r+\frac{J^2}{M^2c^2r}\cos^2\theta)}\frac{J}{Mc}\sin^2\theta& eeimg=&1&&，&br&其余分量为零。对于更现实的引力场度规，可以在其附近做近似得到。&br&&br&&img src=&///equation?tex=%5CGamma%5E%5Cmu_%7B%5C%3B%5Cnu%5Clambda%7D+%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D+g%5E%7B%5Cmu%5Csigma%7D%5CBig%5C%7B%0A%5Cfrac%7B%5Cpartial+g_%7B%5Csigma%5Cnu%7D+%7D%7B%5Cpartial+x%5E%5Clambda%7D+%0A%2B%5Cfrac%7B+%5Cpartial+g_%7B%5Csigma%5Clambda%7D+%7D%7B%5Cpartial+x%5E%5Cnu%7D+%0A-%5Cfrac%7B+%5Cpartial+g_%7B%5Cnu%5Clambda%7D+%7D%7B%5Cpartial+x%5E%5Csigma%7D%0A%5CBig%5C%7D& alt=&\Gamma^\mu_{\;\nu\lambda} =\frac{1}{2} g^{\mu\sigma}\Big\{
\frac{\partial g_{\sigma\nu} }{\partial x^\lambda}
+\frac{ \partial g_{\sigma\lambda} }{\partial x^\nu}
-\frac{ \partial g_{\nu\lambda} }{\partial x^\sigma}
\Big\}& eeimg=&1&&；&br&希腊字母&img src=&///equation?tex=%5Cmu%2C%5Cnu%2C%5Clambda%2C%5Ccdots& alt=&\mu,\nu,\lambda,\cdots& eeimg=&1&& 等为时空坐标，在笛卡尔坐标下取&img src=&///equation?tex=0%2C1%2C2%2C3& alt=&0,1,2,3& eeimg=&1&&；在球坐标下取&img src=&///equation?tex=t%2Cr%2C%5Ctheta%2C%5Cphi& alt=&t,r,\theta,\phi& eeimg=&1&&；重复的&b&&i&上下&/i&&/b&指标表示求和&img src=&///equation?tex=a_%5Cmu+a%5E%5Cmu+%3D+%5Csum_%7B%5Cmu%3D0%7D%5E3+a_%5Cmu+a%5E%5Cmu& alt=&a_\mu a^\mu = \sum_{\mu=0}^3 a_\mu a^\mu& eeimg=&1&&。 &br&&br&这是个关于&img src=&///equation?tex=x%5E%5Cmu& alt=&x^\mu& eeimg=&1&&的二阶非线性偏微方程、关于&img src=&///equation?tex=v%5E%5Cmu+%3D+%5Cfrac%7Bdx%5E%5Cmu%7D%7Bds%7D& alt=&v^\mu = \frac{dx^\mu}{ds}& eeimg=&1&&的一阶非线性微分方程。第二个条件进一步限制了解的形状。&img src=&///equation?tex=v%5E%5Cmu%28s%29& alt=&v^\mu(s)& eeimg=&1&&可以通过数值积分解出来。不过，用它做光线追踪（Ray-Tracing）显然比起经典光线追踪来要添了极大的计算量。目前Kerr黑洞最好的并行光线追踪代码可能是GeoKerr（&a href=&///?target=http%3A//www.astro.washington.edu/users/agol/geokerr/& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Eric Agol, UW Astronomy&i class=&icon-external&&&/i&&/a&）、 Ray（&a href=&///?target=http%3A//arxiv.org/pdf/.pdf& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://&/span&&span class=&visible&&arxiv.org/pdf/&/span&&span class=&invisible&&v2.pdf&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&）、和其GPU加速代码 GRay（ &a href=&///?target=https%3A///chanchikwan/gray& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&chanchikwan/gray · GitHub&i class=&icon-external&&&/i&&/a& ）。Intersteller 使用的代码叫做 Double Negative Gravitational Renderer，跟以上代码比使用了光束而非光线追踪，这样可以产生平滑的效果。&br&&br&&br&&img src=&/0f824eea93cab185bad7b_b.jpg& data-rawwidth=&504& data-rawheight=&557& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&504& data-original=&/0f824eea93cab185bad7b_r.jpg&&&br&&b&成像&/b&：&br&像的形状是由同时到达的光线的光强的二维角分布&img src=&///equation?tex=I%28%5Cvec%5Ctheta%2C+t%29& alt=&I(\vec\theta, t)& eeimg=&1&&决定的。&img src=&///equation?tex=I%28%5Cvec%5Ctheta%2Ct%29& alt=&I(\vec\theta,t)& eeimg=&1&&由两部分信息决定：光源和光线的传播。为了联系光源和像，我们可以逆向追踪光线，然后根据光源的信息来决定光强。&br&&br&首先来看牛顿引力下的引力透镜成像。如果光源与观察者的距离比其尺度远大，光源的纵向分布可以忽略，光源上不同点之间的发光时间差也可以忽略，从而可以用一个二维角矢量来描述：&img src=&///equation?tex=I_s%28%5Cvec+%5Cbeta%29& alt=&I_s(\vec \beta)& eeimg=&1&&。那么，忽略光在传播过程中的改变，&img src=&///equation?tex=I%28%5Cvec%5Ctheta%29+%3D+I_s%28%5Cvec%5Cbeta%29& alt=&I(\vec\theta) = I_s(\vec\beta)& eeimg=&1&& 只要光从&img src=&///equation?tex=%5Cvec%5Cbeta& alt=&\vec\beta& eeimg=&1&&传播到&img src=&///equation?tex=%5Cvec%5Ctheta& alt=&\vec\theta& eeimg=&1&&。这正是光线追踪可以提供的信息。&br&&br&在弱引力情况下，光迹实际上可以通过一阶近似直接给出解析表达式。为了方便，定义两个偏折角，&img src=&///equation?tex=%5Cvec%5Calpha+%5Cequiv+%5Cvec%5Ctheta+-+%5Cvec%5Cbeta& alt=&\vec\alpha \equiv \vec\theta - \vec\beta& eeimg=&1&& 和&img src=&///equation?tex=%5Chat+%7B%5Cvec%5Calpha%7D+%3D+%5Cfrac%7BD_%7Bds%7D%7D%7BD_s%7D%5Cvec%5Calpha& alt=&\hat {\vec\alpha} = \frac{D_{ds}}{D_s}\vec\alpha& eeimg=&1&&。引力透镜成像成立的条件是透镜天体的纵向分布尺度远小于纵向距离（薄透镜极限）。在这种情况下，光的偏折角可以用经典偏折公式：&img src=&///equation?tex=%5Cbegin%7Bsplit%7D%0A%5Chat%7B%5Cvec%5Calpha%7D+%28%5Cvec%5Ctheta%29+%0A%3D%26+%5Cfrac%7B4G%7D%7Bc%5E2%7D%5Cint+dz%27+d%5E2%5Cxi%27+%5C%2C%5Crho%28%5Cvec%5Cxi%27%2C+z%27%29+%5Cfrac%7B%5Cvec%5Cxi+-+%5Cvec%5Cxi%27%7D%7B%7C%5Cvec%5Cxi+-+%5Cvec%5Cxi%27%7C%5E2%7D+%0A%5Cend%7Bsplit%7D& alt=&\begin{split}
\hat{\vec\alpha} (\vec\theta)
=& \frac{4G}{c^2}\int dz' d^2\xi' \,\rho(\vec\xi', z') \frac{\vec\xi - \vec\xi'}{|\vec\xi - \vec\xi'|^2}
\end{split}& eeimg=&1&&，&img src=&///equation?tex=%5Cvec%5Cxi+%3D+%5Cvec%5Ctheta+D_d& alt=&\vec\xi = \vec\theta D_d& eeimg=&1&&&br&注意，不同的像&img src=&///equation?tex=%5Cvec%5Ctheta& alt=&\vec\theta& eeimg=&1&&可能对应相同的点源&img src=&///equation?tex=%5Cvec%5Cbeta& alt=&\vec\beta& eeimg=&1&&，也就是说，引力透镜效应有可能会产生多个像。参看：doi:10.-64-8 &br&&br&在此基础上，可以考虑一般成像。对于一般成像，首先要选择一个二维像平面 &img src=&///equation?tex=%5CSigma_O& alt=&\Sigma_O& eeimg=&1&& 和一个2+1维平面&img src=&///equation?tex=%5CSigma_S%5Ctimes+%5Cmathbb+R& alt=&\Sigma_S\times \mathbb R& eeimg=&1&& 作为光源的世界管。上面提到过，只有同时进入观察者眼的光才会成像，用GR的语言说，仅需要考虑观察者过去光锥（past light-cone）上的光迹（参看下图，盗自：Frittellia 等，PRD 63, 023007, (2000)）。因此像平面&img src=&///equation?tex=%5CSigma_O& alt=&\Sigma_O& eeimg=&1&&上的每一个点对应观察者过去光锥上的一条光迹或类光测地线，因此&img src=&///equation?tex=%5CSigma_O& alt=&\Sigma_O& eeimg=&1&&上每一个点表示一个立体视角&img src=&///equation?tex=%28%5Ctheta%2C%5Cphi%29& alt=&(\theta,\phi)& eeimg=&1&&。&br&&br&&img src=&/04c7ff3bb8bd17427dd4_b.jpg& data-rawwidth=&416& data-rawheight=&491& class=&content_image& width=&416&&
相对论的视觉效应是一项非常有趣、却在科研中常常被忽略的内容。 科研中出现的图画大都是效果图，正式叫法是“艺术家眼中的印象图”，是为了表现体系的某个或某些特色而作。除非另有声明，所引的图都是效果图。 很多时候， 尤其在广义相对论中， 印象图甚至…
&b&多图&大图预警，最后有彩蛋&/b&&br&&br&&b&所有图片均为高清大图，请放心食用~&/b&&br&恩除了BaseStar~&br&&br&缓慢更新&br&&br&来说说我最喜欢的星舰吧。&br&&br&星舰文化我最早接触的是EVE，而作为EVE的标志性代表，泰坦当之无愧。虽然四大种族的泰坦都相当不错，女王的蘑菇更是有许多粉丝，但我更喜欢的是加达里和盖伦特的勒维亚坦与俄洛巴斯。&br&&br&勒维亚坦相当符合我对“科技感”的想想力，模块化的设计，Form follows function的代表。一切都那么地按部就班，是一个不折不扣的军事机器，舰队的灵魂。它没有拥有神使级那样冲锋陷阵般的杀气却更像一艘指挥舰。&br&&img src=&/22c149eaa47a7f7cabd9b31_b.jpg& data-rawwidth=&1680& data-rawheight=&945& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1680& data-original=&/22c149eaa47a7f7cabd9b31_r.jpg&&&br&&b&AND&/b&&br&&br&&br&俄洛巴斯的造型，很神秘，说不出的神秘，完美地融合了盖伦特的极致曲线美学于舰身的“肌肉线条”。加上琥珀绿的涂装，仿佛宇宙的根源般深不可测。&br&就像介绍所说的&br&&blockquote&从虚无缥缈的无底洞中诞生的存在，超越世人的所有臆想；徘徊在存亡之间，比最久远的还要久远，却又新生如初。即若混沌的产物，迈向未来之途。黑暗席卷大地，其后风暴肆虐，无存的意志扩散开来，没入世人之心。&/blockquote&&img src=&/1c66c36a20a3cae40cd2_b.jpg& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/1c66c36a20a3cae40cd2_r.jpg&&&b&AND&/b&&br&&br&&br&&b&神使级？我想只有视频里神使级跳脸的那一瞬间频道里舰队惊慌失措的声音才能描绘它的形象。&/b&&br&墙外：&a href=&///?target=https%3A///watch%3Fv%3D3SI1CB4rcf8& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&https://www.&/span&&span class=&visible&&/watch?&/span&&span class=&invisible&&v=3SI1CB4rcf8&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&国内：&a href=&///?target=http%3A///video/av2126100/& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&EVE Fanfest 2015 EVE:瓦尔基里 内测前测试演示画面&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&&br&&br&&b&太空堡垒卡拉狄加 基地之星 战星&/b&&br&&br&&img src=&/3fd38ad7eab12c5d4c66_b.jpg& data-rawwidth=&640& data-rawheight=&596& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&640& data-original=&/3fd38ad7eab12c5d4c66_r.jpg&&基地之星简直是先进文明的太空实用&美学的完美融合&br&六个悬臂与流线型的设计，带来了神秘的美感，让人感觉到面对蛇蝎般的滑腻的可怖却又说不出的好看。悬臂上均搭载导弹发射架（不是内置的，是外置的，弹射出去后导弹再点火。）靠近连接部分则是塞昂突袭机发射巢（不像人类战星弹射战机，突袭机是自己飞出去的。）&br&&br&&img src=&/d7ea6f77a1_b.jpg& data-rawwidth=&1280& data-rawheight=&800& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1280& data-original=&/d7ea6f77a1_r.jpg&&&br&战星则是纯军事的Form follows function的代表作，&br&从船员舱室的大小与装甲结构的空间对比就可以看出， 这是一个精心雕琢的，实用主义的艺术品。卡拉狄加号的最外两层装甲间隔有至少10米（从第一季前几集水箱破裂那能看到），厚重的装甲，背部的重炮，内置的战斗信息中心（CIC），后部中间是FTL(fast than light) drive和边上四具聚变发动机。&br&这种外在是坚船利炮，内部是森严的军事组织的设定最是符合BSG的人类末日太空流浪求生情景了。&br&&br&&br&&b&破碎银河系 执法者 & EVE 马克瑞级&/b&&br&相信玩过前者的人不多了，两者的长相真是几乎一毛一样！ 却也是我内心最原始的“强大的宇宙战舰”的形象。 &br&要我说，执法者比马克瑞的火力强大，ever（包括我也是小马的驾驶员）们会不会不满呢。&br&&br&执法者的设定：两侧是重炮，中间还可以打开成为类似星际争霸人族巡洋舰的主炮。但由于是RTS的游戏设定，并且是2000年左右的设定，肯定是比较夸张的。&br&&img src=&/32cbaf27bc1577c_b.jpg& data-rawwidth=&500& data-rawheight=&375& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&500& data-original=&/32cbaf27bc1577c_r.jpg&&&br&再来说马克瑞级，背部，腹部，舰首可以各装8门1400mm火炮，设定上更像太空堡垒卡拉狄加里的人类战星。&br&可以搭载10架中型无人机，同时引导五架进行攻击（无人机操控带宽限制）。不过两侧那不是大炮哟，那是引擎。 但是按照比例，1400mm在本舰上实在渺小。但这应该是天使企业联合体官员们和下属在宇宙中的基地，应该搭载了相当数量的军队。&br&&img src=&/406b83bf26b0f5ae63bf_b.jpg& data-rawwidth=&1680& data-rawheight=&1050& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1680& data-original=&/406b83bf26b0f5ae63bf_r.jpg&&&br&&br&&b&HALO 火灵级 & EVE 奇美拉级&/b&&br&&br&&img src=&/add2d81b751d0dfc8b87_b.jpg& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/add2d81b751d0dfc8b87_r.jpg&&最初的奇美拉级是由凯利欧拉号净水运送货舰改装的，长度2,574 m&br&&img src=&/4ee56fb87efa06e3fde719_b.png& data-rawwidth=&4459& data-rawheight=&1253& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&4459& data-original=&/4ee56fb87efa06e3fde719_r.png&&火灵号是凤凰级殖民船改装 长度2.5km&br&&br&发现没有...长度都一样啊！...这两者又回到了文章开始勒维亚坦般富有“科技感”的设计风格。&br&均为母舰的设定。火灵号的防护火力与战术多样性也是超过了奇美拉级不过它搭载的运输机都为外挂式。&br&&br&&br&&br&======================================================================&br&宇宙舰船不要在意大小，不要在意单一方面。&br&宇宙舰船是通讯，材料，动力，燃料，美学等 一切科技的巅峰结合。&br&&b&“不要轻易对比它们的战斗力”&/b&&br&&img src=&/b0c415069ebd15e1fdd0_b.jpg& data-rawwidth=&4268& data-rawheight=&5690& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&4268& data-original=&/b0c415069ebd15e1fdd0_r.jpg&&
多图&大图预警，最后有彩蛋 所有图片均为高清大图，请放心食用~ 恩除了BaseStar~ 缓慢更新 来说说我最喜欢的星舰吧。 星舰文化我最早接触的是EVE，而作为EVE的标志性代表，泰坦当之无愧。虽然四大种族的泰坦都相当不错，女王的蘑菇更是有许多粉丝，但我更喜…
父亲处于四维空间，女儿处于我们所在的三维空间，而父亲在四维空间一直对话的那个处于五维空间。&br&
事实上处于低维空间的生物是无法感知高维以及想象高维的，所以我们想象不出四维空间的样子，而只是在理论上证实了它的存在。&br&
如果把小蚂蚁想象成一个二维空间的生物，也就是说忽略它的体积，假设它只能做平面运动。假设它要从纸面上一点爬向另一点，我们三维空间的人，只需将这张纸对折，此蚂蚁就会惊奇的发现，哎呀雾草！咋一步就到这儿了呢！&br&
以上的例子很重要，因为我们就是这样轻而易举的影响了蚂蚁的爬行以及震裂了蚂蚁的三观（如果它有的话）&br&
回到问题，那么父亲是如何影响女儿的呢？很显然，我们可以用“对折”纸张的思想来理解，女儿突然发现哎呀家里的书咋掉了，手表的指针咋来回地摆动。&br&
正如开头所说，蚂蚁（近似理解成生活在平面的二维生物）理解不了我们咋还能把纸对折一样，我们也理解不了四维空间是什么样子的，那么父亲后来所处的地方是什么地方呢？那里是四维空间是没错的，那里拖动时间轴，但是那个四维空间是怎么来的呢？实际上是五维空间的生物（就是最后出现跟父亲对话那个生物）TA为了让父亲能理解四维空间而设计的，请大家好好理解这句话，那个空间不是导演设计的四维空间，而是导演让最后才出现的五维空间的生物设计的四维空间。这就不得不重新搬出小蚂蚁的例子。&br&
假设蚂蚁是二维（这种假设在蚂蚁只有平面运动，只有宽度、长度时是合理的，因为二维是不存在生物的，所以只能假设蚂蚁只做平面运动近似的理解），现在眼见着蚂蚁要被天空掉下的石头砸死了，它却只能慢慢爬，我们人怀有悲悯之心，告诉蚂蚁：“没用了，你肯定得死了，你看不见的维度即高度，正在掉落一大块石头你躲不过这劫了。”而蚂蚁却说：“胡说！哪有啥高度，明明平面上是一览无余的！”然后我们为了能让蚂蚁理解高度，就只能把它所爬的纸卷成一个桶，蚂蚁一看哎呀卧槽，这平面咋还卷卷了呢？但是，三维空间却不仅仅是个纸筒，只是我们为了让蚂蚁理解，而制作了个纸筒。所以四维空间本不是电影呈现的样子，只是五维空间的为了让咱好理解设计成那样的。&br&
好了，让我们来顺顺思路，影片中三维空间的人要灭绝了，老头说他有个公式，只要破解了其中一个参数，就能消去一个变量（影片太久远了，我忘了是啥变量，好像是重力）消去这个变量后，人类就可以无重力的往外太空运输了。所以影片中的父亲和老头的女儿就坐着飞船去了外太空了，然后墨菲长大了，惊奇的发现我的天，日了狗了，这老头给的方程特么就一恒等式，根本就没啥未知的参数，老头最终也承认了，奄奄一息的时候含泪告诉墨菲，so sorry 我骗了你们大家，没啥方程式，你爸和我女儿是被我送出去给人类留种的。她这才明白，死老头放弃了整个地球。与此同时，父亲也发现了，可是一切都太晚了，这时候，五维空间的生物看不下去了，在父亲坠落之际，把父亲送进了一个他们构造的，让父亲能够理解的四维空间（此处联想人类构造了一个纸筒给蚂蚁）。父亲一看这架势，雾草赶紧给女儿说“stay！别让我走！我走了也没卵用！我要留下来陪你！我后悔了！stay！stay！”然而女儿并没有参透...还是太年轻了...然后五维空间的人开始跟父亲对话（太久远了，忘了原话咋说的，答主是个考研狗在自习室里也不去找照片了....）对话意思就是五维空间的人说：真正的参数是balabala，但是，放弃吧，没用的，地球要毁灭了。父亲说：不会的，相信我，我女儿特别聪明，她会参透的！五维空间的人说：你竟然把这么大的秘密告诉一个小姑娘，指望她改变，这是不实际的！然而，长大了的墨菲并没有让父亲失望，参透了父亲通过手表指针传递的信息，然后就有了后来的太平盛世。&br&
答主好像扯的太远了，题主问如何影响，就是好好想想小蚂蚁的例子就行。&br&
最后，其实影片就是看着玩玩，毕竟咱能理解四维、五维的，也想象不出他们的生活。&br&
最最后，答主是个考研狗，在这月黑风高的夜晚，在满是学霸的自习室，抱着手机玩了这么久，真素心太大了...每个字都是本狗自己码的...大家能点赞就点个赞呗～&br&
最最最后，答主是个妹子，没有汉子们逻辑思维的缜密，看电影回答问题么的也就图个乐呵～看官，轻点喷～&br&【禁止一切形式的转载】&br&-----------------9.15更新----------------&br&看到大家的评论了～感谢大家对考研狗的厚爱，想了一下觉得有些看官说的有道理，后来那个声音确实有可能是机器人的，总之不管是机器人被五维救了，还是它自己坠落五维了，还是那声音本就不是机器人的，我都认为那声音来自五维，是它在帮助父亲。&br&----------------9.15再更新--------------&br&评论里看到一个高度概括、精炼总结的学长，评论太精彩了，必须贴出来！希望这位学长谅解没有通知一下就用到正文里！&br&来自评论：作者任坤&br&从主角领悟到的状况来看，应该是未来的五维人类要想办法拯救自己，必须从五维时空中翻来翻去找到拯救的入口点，发现利用主角这条线路可行，就一步一步构造虫洞、让他们接近黑洞、最终引导主角进入超立方体，让他领悟到自己处于四维时空中可以翻阅到女儿书房全部的历史，通过引力传递信息给女儿，从而破解理论中谜团，从而拯救三维世界中的人类。主角对女儿做的，正是五维人类对主角做的，说不定有更高维的人类也在对五维人做同样的事情，无穷嵌套下去....&a href=&///people/9c78b14cc6f2& data-hash=&9c78b14cc6f2& class=&member_mention& data-tip=&p$b$9c78b14cc6f2& data-hovercard=&p$b$9c78b14cc6f2&&@任坤&/a&&br&...........9.26更新..........&br&感谢感谢感谢！&br&感谢大家的厚爱！&br&这里只解释一点儿，因为评论里大家对于蚂蚁的例子都很较真。&br&二维是不存在生物的，所谓“生物”必须要具备“生”的条件，也就是消化、呼吸、循环等系统，这些都是立体的。&br&为什么要举小蚂蚁的例子呢？并不是蚂蚁真的活在二维，也并不是二维真的存在生物会被石头砸死，而是去类比想象四维空间对三维空间的作用。&br&最后，再次感谢大家！重要的事儿说三遍！三遍！三遍！&br&新更，纠正错别字。
父亲处于四维空间，女儿处于我们所在的三维空间，而父亲在四维空间一直对话的那个处于五维空间。 事实上处于低维空间的生物是无法感知高维以及想象高维的，所以我们想象不出四维空间的样子，而只是在理论上证实了它的存在。 如果把小蚂蚁想象成一个二维空间…
虽然我可以只回答铀铅测年法五个字，但是这次我决定多说一下。&br&原帖地址，请直接看&a class=&internal& href=&/people/water-five&&water five&/a& 对知乎上一个问题的回答的第二个故事&br&&a class=&internal& href=&/question/&&有人在不经意间或是在世界上绝大部分人都毫不知情的情况下拯救了世界吗？ - 历史&/a&&br&&p&&b&第二个故事：&/b&&/p&&br&&p& 本文截图来自2014年FOX和国家地理联合制作的3亿美金的纪录片巨作&/p&《宇宙时空之
旅》（COSMOS：A SPACETIME
ODYSSEY）第七集，这部纪录片我的评价是：“这才是我心中的三体特效”，这部片子NB到什么地步吧，我前不久看IMDB，这部片子在电视剧分类排名
高达9.4，当时排名第二名，超越第三名的《权力游戏》仅次于《绝命毒师》&img src=&/b56891ca50dddf57be45e_b.jpg& data-rawwidth=&1280& data-rawheight=&720& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1280& data-original=&/b56891ca50dddf57be45e_r.jpg&&&p&20
世纪40年代，刚结束二战，芝加哥大学的地质教授哈里森-布朗突发一个设想，觉得十分有趣，但是也仅仅停留在有趣上，这个问题并不能有足够的诱惑力去亲自
探寻，花费他自己的宝贵研究时间，所以他选择了一个两全其美的方法，抓了学校的一个研究生当小苦力，让他去研究这个问题：研究生名叫克莱尔-帕得森，爱荷
华州一位邮递员的儿子，天性叛逆，学校表现一般，人长得也又土又挫，丢人群里也马上会看不见。&/p&&p&&img src=&/dc9b02c8ed6f2c94a521bc_b.jpg& data-rawwidth=&1280& data-rawheight=&720& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1280& data-original=&/dc9b02c8ed6f2c94a521bc_r.jpg&&（动画里帕特森长的是这样）&/p&&br&&p&&b&当时哈里森布朗“哄骗”克莱尔-帕特森去做他这个项目时这么说：&/b&&/p&&p&&i&“小帕，唉，你不介意我叫你小帕不。”&/i&&/p&&br&&p&帕特森呆萌木讷的点点头。&/p&&br&&p&&i&“你结婚没有？”&/i&&/p&&br&&p&&i&“我结婚了，我妻子劳拉是一个化学家，我们曾经一起给曼哈顿计划打过工”&/i&&/p&&p&哈里森满意的笑了：&i&“很好很好，小帕&/i&&i&~嘿嘿，我知道你不是地质学家，很可能还分不清长石和花岗岩，但是我听说你使用质谱仪很在行？小帕？”&/i&&/p&&br&&p&帕特森再次呆萌的点点头&/p&&br&&p&&i&“小帕，这些是&b&锆石&/b&，比针尖还小，里面有很少量的铅，&b&我希望你能测量出这些锆石里面铅同位素的丰度”&/b&&/i&&/p&&br&&p&帕特森呆呆的看着老师，因为他不是这个专业的，不知道要不要接受做这个小作业。&/p&&p&哈里森一看他的迟疑，马上拿出他的招牌本领，胡萝卜蜜糖一样的口盾术，他一本正经语重心长的说：&/p&&br&&p&&b&&i&“小帕！！这可不是一个简单的作业啊！”&/i&&/b&&/p&&br&&p&帕特森看着老师，很好奇。&/p&&p&哈里森继续说：&/p&&p&&i&&b&“如果成功测量出在锆石中的的铅同位素丰度，你就能用相同方法测量陨石中的铅同位素丰度。”&/b&&/i&&/p&&p&哈里森顿了顿，压低了声音深邃的说：“&/p&&p&&i&&b&“你如果这个Thesis成功了，You Will Be Famous！！！”&/b&&/i&哈里森把&b&Famous&/b&加了重音，&i&“&b&因为你将会是测量出地球年龄的那个人！！！&/b&狂霸酷帅屌有木有！！！！小帕同学是不是把持不住很有兴趣！！！！”&/i&&/p&&p&(哈里森老师历史上肯定不是这么对帕特森说的，不过为了喜剧效果，读起来不累，先这么写了，大意差不多）&/p&&br&&p&&b&如何推测地球的年龄？&/b&&/p&&br&&blockquote&&i&《庄子·内篇·养生主第三》里有曰：“生也有涯,而知也无涯。以有涯随无涯,殆已。” &/i&&/blockquote&&p&用
人类有限的几十年的生命去推算地球的年龄？多么可笑荒诞！！人类以为自己是谁！？这种宇宙尺度的对比让人类无比卑微渺小，但是人是一种伟大的生物，虽然人
的生命是比瞬间还要短暂，但是人类的大脑可以借助成倍于自己的力量去了解亿兆于自己的这个世界，这也是为什么物理和科学的永恒迷人的魅力，令人无数人朝闻
道夕可死。最后人类的确找到了以有涯求无涯的方法：&/p&&p&20世纪有个伟大的发现，在几十年里，测量每种放射性元素转变成另一种元素所用的时间，
物理学家发现每个不稳定元素的原子，衰变比率是恒定的，就是说无论周围的环境的改变，这个衰变比率都不会改变，用锤子砸，用油炸，甚至气化，原子钟依旧按
照这个定律走的不紧不慢，哪怕你斗转星移沧海桑田物是人非，从地球诞生到恐龙灭绝，&b&原子时钟精准无比，客观到冷酷，所以要了解我们的地球母亲的年龄，没有比测量铀原子更好的方法了。&/b&&/p&&p&例如只要知道了岩石中铀衰变成铅的比率，就可以知道这块岩石存在了多久。&b&石
头里面某些原子具有放射性，它们自然而然发生衰变从而变成其他元素，铀原子首先变成
（Db）原子，平均来说要耗费十几亿年时间，
（Db）原子很不稳定，大概1个月左右会变成镤（Pa）原子，然后1小时候后又变成其他原子，大概经过10次的核转变，来到衰变链的最后一环，一个稳定的
铅原子，铅将不再会发生变化。&/b&&/p&&p&看似完美的解决方法，但是有个问题：&b&你如何才能得到一块在地球形成之初就存在的岩石？&/b&你走在路边撞到脚的那些的石头可不是地球诞生之初就形成的唉。应该说地球上基本不存在这些岩石了，要不被压碎了，或者被融化了，要不就重塑了，哪里去找和地球母亲同岁的石头呢？&/p&&p&有一个地方能找到，那就是天降礼物：&b&陨石。&/b&&/p&&br&&p&只要测量一块几乎和地球同龄的陨石样本里面的铅原子，就能得出地球的年龄了。&/p&&p&芝加哥大学的哈里森-布朗1947年首次提出了这个假设，于是就把这个小作业交给了帕特森。&/p&&p&帕特森这个淳朴天真的研究生被老师口盾后，虽然不明白他在说什么，但是他觉得他挺有道理，好厉害！就羞涩的说：&i&“那我试试看吧。”&/i&&/p&&p&然后哈里森开心的说了所有老师抓学生干活都会说的那句甜蜜的话：&b&&i&“哎哟，小帕，我相信以你的能力那不是小菜一碟？加油哈！爱你么么哒。”&/i&&/b&&/p&&p&这是一句很轻描淡写的客套话。但是就因为这句轻描淡写的话，&b&帕特森同学打死都想不到的，这个小小的作业，他的人生发生了重大的改变，世界发生了重大的改变，人类的命运也将要发生巨大的改变。&/b&&/p&&p&哈里森老师如果知道接下来三十年后发生的事情，他一定会把“给我一句话，我将要撬动整个人类的历史！”作为他的座右铭。&/p&&p&当然这个小作业对帕特森的人生来说，&b&第一个至关重要&/b&的影响是：&b&这个小作业最后不得不成为了他的研究生毕业论文课题，然后坑害了他七年才找到答案完成这个课题，拿到他的博士学位。&/b&&/p&&p&为什么这个哈里森认为极其简单的小作业会耗费那么长时间？&/p&&p&是因为帕特森对锆石铅含量做等精度测量时候发现，&b&相同微粒的铅含量的结果数值，每次都偏差很大。也就是说，帕特森每次测量，锆石里的铅数值都不一样&/b&，这可愁坏了帕特森，就像没有了一把标准的尺子，连一个恒定的参照物的数值都没有，如何去测量陨石和地球的年龄？！&/p&&br&&p&帕特森穷尽脑汁，最后发现，影响实验结果的最重要因素，&b&可能是实验室或者空气里存在铅，影响了实}
(我很自恋)
(我很自恋)
第三方登录：&p&前面已经有人提到了宇宙中令人目瞪口呆的黑洞尺度，接下来，我来扒一扒宇宙其他同样让你感到目瞪口呆的尺度。&/p&&p&&b&1.与最大的恒星相比，我们的太阳——几乎可以忽略不计。&/b&&/p&&img src=&/9f4e45fbfb60f8ba97d2e46_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/9f4e45fbfb60f8ba97d2e46_r.png&&&p&箭头所指的天体，就是我们的地球，太阳可以容纳100万个地球，够大了吧。&/p&&img src=&/ba7ba0dfd244c8fa1efb243dd7c72b99_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/ba7ba0dfd244c8fa1efb243dd7c72b99_r.png&&&p&箭头所指的天体，就是我们的太阳，与直径4亿千米的Pistol Star相比，我们的太阳，简直就是一个极为渺小的存在。&/p&&img src=&/847eaec9e31aaa4b873a3b81d7beb4de_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/847eaec9e31aaa4b873a3b81d7beb4de_r.png&&&p&直径4亿千米的Pistol Star被VY Canis Majoris虐成渣渣。&/p&&img src=&/87cb57f91b2eb1c8a8d9a1_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/87cb57f91b2eb1c8a8d9a1_r.png&&&p&与最大的恒星——UY Scuti相比，我们的太阳，在它面前，需要放大无数倍，才能看得见。&/p&&p&2.&b&与最大的星系相比，我们的银河系——几乎可以忽略不计。&/b&&/p&&img src=&/8ae17389ebad87275ecff08_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/8ae17389ebad87275ecff08_r.png&&&p&这是我们的银河系，直径10万光年。&/p&&img src=&/508f446dbf783b5b5ead_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/508f446dbf783b5b5ead_r.png&&&p&我们的邻居——仙女座星系，直径20万光年，银河系成了小小弟弟。&/p&&img src=&/aac479c42c96c5d6fbbc26e4f89b98c5_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/aac479c42c96c5d6fbbc26e4f89b98c5_r.png&&&p&与直径50万光年的Messier 87相比，银河系和仙女座星系双双成为小弟弟。&/p&&img src=&/b2bc010b6343_b.png& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/b2bc010b6343_r.png&&&p&目前观测到最大的星系是IC 1101，直径600万光年。&/p&&p&&b&3.与宇宙的年龄相比，我们人类存在的时间——几乎可以忽略不计。&/b&
宇宙诞生于138亿年前，当我们每每听到这个数字时，难易想象这138亿年，究竟有多么遥远。&/p&&p&假如自宇宙大爆炸到此时此刻的138亿年，压缩成我们熟知的12个月份，会是什么样的情形？&/p&&img src=&/1b_b.png& data-rawwidth=&1919& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1919& data-original=&/1b_r.png&&&img src=&/de89fa6fcdc0b_b.png& data-rawwidth=&1919& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1919& data-original=&/de89fa6fcdc0b_r.png&&&img src=&/bafc7dd8ff056_b.png& data-rawwidth=&1919& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1919& data-original=&/bafc7dd8ff056_r.png&&&p&宇宙诞生之时，就是1月1号，从那时起一直到12月31号的午夜，整个年历表，包含了宇宙诞生后所有的时间。&/p&&p&这个年历和我们平时使用的年历，在时间尺度上，有着天壤之别。&/p&&img src=&/953e7cfbbd688cd24d6a811_b.png& data-rawwidth=&1919& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1919& data-original=&/953e7cfbbd688cd24d6a811_r.png&&&img src=&/59dfac5e50fa46a2e5e760_b.png& data-rawwidth=&1919& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1919& data-original=&/59dfac5e50fa46a2e5e760_r.png&&&p&按照这个年历，我们来看从1月1号开始，宇宙在什么时候，会发生什么。&/p&&p&1月1日：宇宙大爆炸
1月10号：第一批恒星发出光芒
1月13号：这些恒星开始聚合，形成第一批小星系
3月15号：银河系诞生
8月31号：太阳诞生
9月21号：生命开始诞生
11月9号：生命开始呼吸、移动
12月17号：海洋生物开始登陆陆地
12月28号：第一朵花开始绽放
12月30号早上6点24分：小行星撞击地球
12月31号最后一小时：人类出现
12月31号23点59分46秒：人类所有记载的历史，都诞生于此&/p&&p&高楼、城堡、寺庙、你、我、他、草原、高山、湖泊、海洋......所有有形的还有无形的，所有物质的和精神的东西，都只是存在于这短短的14秒中。&/p&&p&&b&人类之渺小，宇宙之洪荒，远远不是我们能够想象的。&/b&&/p&&br&&p&&b&但庆幸的是，此时此刻，我们有阳光，有空气，寒冷时有衣物御寒，饥饿时有食物果腹。&/b&&/p&&br&&p&&b&仰望茫茫的星空，我们需要手拉着心爱的人，这样才不会心慌。&/b&&/p&&p&&a href=&///?target=http%3A///r/1zrYwDfEVGorrXOj92-F& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://&/span&&span class=&visible&&/r/1zrYwDf&/span&&span class=&invisible&&EVGorrXOj92-F&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a& (二维码自动识别)&/p&&br&&br&&p&图片来源：&a href=&///?target=http%3A///movie/2014/3/T/P/MA069D2OR_MA06A9JTP.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&国家地理频道纪录片：宇宙时空之旅&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&/p&&p&&a href=&///?target=https%3A///watch%3Fv%3DUE8yHySiJ4A& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&https://www.&/span&&span class=&visible&&/watch?&/span&&span class=&invisible&&v=UE8yHySiJ4A&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&/p&&p&&a href=&///?target=https%3A///watch%3Fv%3DJqAJnrL27OY& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&https://www.&/span&&span class=&visible&&/watch?&/span&&span class=&invisible&&v=JqAJnrL27OY&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&/p&
前面已经有人提到了宇宙中令人目瞪口呆的黑洞尺度，接下来，我来扒一扒宇宙其他同样让你感到目瞪口呆的尺度。1.与最大的恒星相比，我们的太阳——几乎可以忽略不计。箭头所指的天体，就是我们的地球，太阳可以容纳100万个地球，够大了吧。箭头所指的天体，…
速度超过光速，时间将会倒流（回到过去）。这个说法里，需要注意两个要素，第一个是“&b&超过&/b&”，第二个是“&b&光速&/b&”。因此问题的重点在于：为什么速度一定要“超过”光速，以及，为什么要超过的速度是“光速”？&br&&br&我们知道，&b&速度=距离/时长。&/b&“距离”是对空间的度量，“时长”是时间中的一段，因此速度的公式也可以被替换作：&b&速度=空间/时间&/b&。也就是说：&b&速度是一个与“空间”和“时间”都直接相关的量&/b&，它的变化会影响到空间和时间。&br&&br&另外，“&b&速度&/b&”&b&是一个&/b&“&b&相对量&/b&”&b&（relative）&/b&，而非一个“绝对量”（absolute）。通俗地说，一个物体的速度，只有在与其它物体的速度“相对”时，才有意义。举个例子，我们平时说，一辆车的速度是20公里，其实指的是这辆车相对于一个静止的物体（路面）的速度是20公里。在承认车速相对于路面的速度为20公里的同时，我们默认了路面的速度为0。而且，也只有在把路面视为“不动”的情况下，我们才可以放心地称，车的速度是20公里；如果车是在航空母舰上行驶，同时，航母也在航行，那么相对于静止的水面，车速可能就不是原来的20公里了。&br&&br&&b&由于速度是相对的，所以它是可以变化的&/b&。举个例子：两军交战。我军士兵向远处的敌军士兵投掷了一枚手雷，敌军士兵见状，拼命地向后逃跑；假设手雷的飞行速度是5米/秒，而且在空中一直保持着这个速度，敌军士兵向后逃跑的速度是4米/秒。现在，手雷接近敌军士兵的速度变成了：5-4=1米/秒。我们发现，在敌军士兵看来，手雷飞向他的速度，由于自己的运动而减小了。如果有敌人向手雷迎面跑去，那么手雷接近他的速度就是手雷的速度与敌人的速度的和，9米/每秒；我们在日常生活中所见的一切速度都像这样，是可加可减，可以相对而变化的。&br&&br&怪异的是，光速却不是这样。&br&&br&&b&光速总是一定的，从来不会改变&/b&。当人跑向一个物体时，该物体接近人的速度就会比人不动时要快。但是，光接近你的速度却永远是一定的，不管你是向着光跑，还是背着光跑。这一点可以用一个实验来证明：一辆开着大灯的车停在路上，前方的光速检测设备测定灯光的光速为：&a href=&tel:&&&/a&米/秒。这时，车开始以20米/秒的速度向前开。我们凭直觉来想，光速肯定会变为：=&a href=&tel:&&&/a&米/秒，因为大灯是在移动的车上发光的，车速必将给光速一个额外的“推动”。然而真实情况却不是这样。无论车以多快的速度移动，光速一直都保持着&a href=&tel:&&&/a&米/秒，永恒不变。&br&&br&* 光速是精准的&a href=&tel:&&&/a&米/秒，不是近似值。这是因为国际上把“米”的含义定义为了：光在1/秒内于真空中行进的距离。因此“米”和“光速”是“互证”的，以消灭计算误差。&br&&br&由于“光速不变”的这个独特性质，物理学上将“光速”视为一个“普适常量”（universal constant）。光的速度不会因任何物体的相对运动而改变。通俗地讲，&b&光的速度对于任何人来说都是一样的。&/b&&br&&br&问题就出在这里。&br&&br&需要清楚的是，“速度”的本质是一个物体在单位“时间”内于“空间”中的位移。爱因斯坦对此提出了一个惊人的理论：&b&要保持光速不变，一个物体在运动（拥有速度）时，它的空间和时间就不可能保持不变，必须相对地做出调整。&/b&这意味着什么呢？&br&&br&在日常生活中，我们见到的速度都很慢，离光速还差得远，所以我们几乎发现不了“光速不变”对空间和时间所带来的影响。但是不妨想象，如果汽车能够以接近光速的速度移动，情况将变得十分明显：作为一个站在路边的人，你将看到车的长度沿着它运动的方向缩短了，而且车内的时间流动变得很慢。路边的人如果能听到车里人的手表的滴答声，这种声音应该相当慢；如果你坐在车里的话，将不会感觉到你的时间有任何变化，手表很正常，但是当你望向窗外，会发现路边的楼房等景物正在不断地向汽车运动的反方向扭曲，天空则会朝视线的消失点收缩；对以任何速度运动的任何人来说，时间和空间的这种相对调整维持了光速的绝对一定。&br&&br&&img src=&/c4f462e01bcd3d9ff09f5dff57cf8faa_b.jpg& data-rawwidth=&1000& data-rawheight=&561& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1000& data-original=&/c4f462e01bcd3d9ff09f5dff57cf8faa_r.jpg&&&u&《星球大战》中，“千年隼”号飞船在接近光速的一瞬间，窗外景观的剧烈变化。在现实中，如果可以如此接近光速，人的眼睛应该无法再看到星空了，因为伴随着速度的增加，“多普勒频移”现象会让可见光的波长变短，最后不再可见。不过虽然是科幻，应该可以帮助理解。在物理学上，相对静止的观察者所见的运动中的物体的空间变化，称作“&b&长度收缩&/b&”&b&（length contraction）&/b&。&/u&&br&&br&图片来源：&br&&a href=&///?target=http%3A///articles/28/nasa-may-have-accidentally-discovered-faster-than-light-travel.htm& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://www.&/span&&span class=&visible&&/articles/&/span&&span class=&invisible&&28/nasa-may-have-accidentally-discovered-faster-than-light-travel.htm&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&光速不变，空间和时间就要相对变化，一起因物体的运动而精确调整。可以想象，如果没有这种“保护性”的调整，那么我们每个人眼中的光速都是各不相同的。因此，既然空间和时间一直是一起调整的，也就可以说：&b&空间和时间从来都不是两个独立的事物，而是一同运作，相对变化的一个单体“四维”结构，称作&/b&“&b&时空&/b&”&b&（space-time）&/b&。这个概念是“相对论”的根基。&br&&br&* 如果觉得实在难以理解，可以这么来考虑：当一个人与光同向运动时，他无法去“追”光，因为光速必须总是比他快 &a href=&tel:&&&/a&米/秒，所以他的速度与光速的差距无法缩小；当人跑向一束射向他的光时，人眼中的光速也并不会像“两军交战”的例子中的手雷一样，相对于他而加快，而是仍然一直保持着 &a href=&tel:&&&/a&米/秒；在这种情况下，当一个物体运动起来时，光速不可能为他而加快或减慢，唯一能改变的，就只有运动者的时间和空间（时空）。&br&&br&ps.（26/7/2016 附注）：另外，评论里有很多人不太理解，为什么既然光速不变，但是当人跑向一束光时，光射到他身上所用的时间会比人不动时更短？这是因为，人在向着光跑时，光与人之间的“空间距离”的缩短的速度由于人的运动而加快了；比如，一束光射向小明。当小明站立不动时，光与他之间的“空间距离”缩短的速度是c。然而当小明以5米的速度向光跑去时，光与他之间的“空间距离”缩短的速度就变成了c+5。光与小明之间的“空间距离”随时间的缩短，也就是光要到达小明而所需行进的“总路程”的缩短，因此射到小明身上所花的时间也会较短。&b&光速c并没有因此而改变&/b&。&br&&br&明白了这些，可以做出结论：&b&&u&速度低于光速，时间的流速会减慢&/u&&/b&。当物体处于运动状态时，在相对于这个物体不动的观察者眼里，物体的时间会变慢，这种现象称作“&b&时间膨胀&/b&”&b&（time dilation）&/b&。它的成因可以用一个类似的例子来说明：从上海去北京，我们可以一直朝北走，也可以先去新疆，再绕到北京。但是用相同的速度，第二种走法显然会花掉更多的时间，因为我们在去新疆的时候，把向正北方的速度分割给了西方一部分，因此真正朝着北京的速度就不如第一种方法的快；空间和时间也一样，可以把它们想象成正西方和正北方。我们呆立不动时，虽然没有在空间上移动，但是每时每刻都在时间上“移动”。一旦我们（在空间上）动起来，那么我们在时间上的“速度”就必须分割给空间一部分，时间就慢了下来。&b&A相对于B运动，A的速度越快，在B看来，A的时间就越慢。&/b&&br&&br&像这样，如果一个低于光速的速度可以让时间减慢的话，那么一个等同于光速的速度会对时间造成什么样的影响呢？&br&&br&最有可能的答案是：&u&&b&速度等于光速，时间会停止。&/b&&/u&可以想象，如果你此刻正在以光速运动，那么你就会像光一样。以光的角度来看，从一点运动到另一点不会消耗时间，或者说没有时间可以消耗，因为你独立于参考系之外，没有时间和空间的概念，时空不会因你的运动而做出调整；这样一来，以光速运动者的时间，与另一个用来参考的时间之间就没有了可比性（或者说，无法找出差别），因此等同于是停滞的。&b&A以光速运动，它的时间不流逝。&/b&&br&&br&ps.（16/9/2016 附注）：评论里有很多人不太理解，既然说以光速运动的物体等同于是停滞的，那么为什么人们所见的光的传播还是会需要时间？在任何参考系下，光速都是恒定的，这意味着人们看到的光总是会以一个固定的速度传播，这也是为什么阳光平均需要8分20秒才能到达地球。然而，以光速运动的物体不消耗时间，也不运动距离，因此在理论上，光速本身是一个无效的参考系。由于在光速下，观察者无法做观察，所以这两个方面之间没有任何的矛盾。也正是因为如此，上面所写的“以光的角度来看”的说法，只是帮助理解的拟人而已，不能算作严谨的论证。&br&&br&现在，似乎终于有充分的理由可以做出假设：&b&&u&速度超过光速，时间将会倒流&/u&&/b&。如果单个物体的运动速度超过光速，那么在某些观察者看来，它的运动确实有可能是逆向于时间的。或者说，有人会看到，物体的一切速度的方向，都彻底地反转了过来。而且在理论上，运动者自己也有可能会看到反射自较早时候的光，甚至是自己开始超光速运动之前的光。&br&&br&这就是“速度超过光速能回到过去”这种说法的来历。&br&&br&----------&br&&br&然而，这个说法存在一个根本的问题：&b&物体的速度可以超过光速吗？&/b&&br&&br&&b&* &/b&下面的内容可能需要初中数学知识。&br&&br&&img src=&/ae5de5a9d9a20e82c789_b.jpg& data-rawwidth=&850& data-rawheight=&862& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&850& data-original=&/ae5de5a9d9a20e82c789_r.jpg&&&u&“&b&洛伦兹变换&/b&”&b&（Lorentz transformation）&/b&是一个物理学术语，它描述了时空因物体的运动，而在不同的观察者眼中显现出来的变化的关系。这种变化的系数，被称作“&b&洛伦兹因子&/b&”&b&（Lorentz factor）&/b&，&/u&&u&与物体的速度有关。&/u&&u&上面是它的图像。&/u&&br&&br&图片来源：&br&&a href=&///?target=https%3A//en.wikipedia.org/wiki/Lorentz_factor& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&https://&/span&&span class=&visible&&en.wikipedia.org/wiki/L&/span&&span class=&invisible&&orentz_factor&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&&u&* 下面是它的方程：&/u&&br&&br&&img src=&///equation?tex=%5Cgamma+%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Csqrt%7B1-v%5E%7B2%7D+%2Fc%5E%7B2%7D+%7D%7D+& alt=&\gamma =\frac{1}{\sqrt{1-v^{2} /c^{2} }} & eeimg=&1&&&br&&br&&u&γ（伽马）是“洛伦兹因子”，表示为图上蓝色的曲线。v是物体在惯性参考系（匀速运动）中的相对速度。c是真空中的光速。&/u&&br&&br&&u&可以看到，在速度（横轴）达到90%的光速c时，因子（纵轴）为约2.294。它的实际意义在于：当物体达到90%的光速的速度的时候，1. 它的长度比不动时缩短了2.294倍。2. 它的1年时间相当于静止的观察者的2.294年。3. 它的质量变成了原来的2.294倍，再继续加速的难度陡然增加。&br&&/u&&br&&u&请注意图像的特点，当速度快要接近光速c的时候（大概在超过90%的光速时），因子（加速的难度）突然大幅度上升，趋近于无穷大，但速度却永远也达不到光速。如果把一个大于或等于光速的速度代入公式，计算出来的因子要么不是一个实数（根号内的数字为负数），要么无法被定义（分母为零）。这意味着：要把一个有质量的物体加速到光速，需要无穷大的能量（来带动它逐渐趋于无穷大的质量），然而“无穷大的能量”是不存在的，所以我们无法将一个有质量的物体以任何方式加速到光速。换句话说：&b&速度无法超过光速，甚至无法达到光速，只能无限趋近&/b&。&/u&&br&&br&由于在理论上，物体的速度没有办法超过光速，所以“速度超过光速，时间将会倒流（回到过去）”这种说法的前提不能达成，无法再继续讨论结论的对错了。&br&&br&ps.（16/9/2016 附注）：评论里有很多人不太理解一个问题，如果两个观察者都以0.51倍的光速逆向而行的话，那么其中任意一个观察者是否将看到另一观察者的速度超过了光速？ 答案一定是否定的。日常生活中的速度都很小，所以一般使用经典力学下的速度公式来计算，求出来的结果仅仅是一个近似值。然而如果速度很大的话，一旦考虑进了狭义相对论，不同参考系下的观察者所见的速度，则是用“速度加成式”来计算的：x=(v+u)/(1+vu/c^2)，v是观察者的速度，u是物体的速度，x是观察者眼中的物体的速度。代入任何一个小于光速的速度，结果都永远不会大于光速。&br&&br&目前，欧洲核子研究组织（CERN）在瑞士日内瓦总部建设的“大型强子对撞机”（LHC）可以用高能把粒子加速到99.999994%光速的速度。这差不多是我们加速的极限了，距离100%光速虽然只差一点儿，但是仍然遥不可及。&br&&br&* 从粒子物理的角度来看，普通物体的速度无法达到或超过光速的原因是：普通物体有质量，光（光子）没有质量。质量的另外一个实际意义是“加速的难度”，因此一列火车要停下来，肯定比一辆小汽车困难得多（也就是，在以前进为正方向的设定下，更难获得负加速度），而要让火车开起来（获得正加速度），耗费的能量也会比汽车大得多；光子没有静止质量，因此可以以理论上宇宙中最快的速度运动。&br&&br&&img src=&/1d11fac58ccc07d0a56a11ec4dfd5d38_b.jpg& data-rawwidth=&700& data-rawheight=&394& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&700& data-original=&/1d11fac58ccc07d0a56a11ec4dfd5d38_r.jpg&&&u&电子游戏《质量效应》（Mass Effect）系列，提供了一种别出心裁的超光速旅行方案，那就是设法把物体的质量降低到零。截图里，“质量中继”（mass relay）正负责在自身与相距很远的另一座&/u&&u&中继&/u&&u&之间建立起一个直线式的零质量通道，让飞船可以轻松地在其间进行远距离迁跃。&/u&&br&&br&图片来源：&br&&a href=&///?target=http%3A///video-games-mass-effect-3-ending-relay-2013-wallpaper-51369/& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://&/span&&span class=&visible&&/video-games-&/span&&span class=&invisible&&mass-effect-3-ending-relay-2013-wallpaper-51369/&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&值得一提的是，近期推测存在一种运动速度比光子更快的亚原子粒子，称作“快子”（tachyon）。在它加速时，能量反而会降低。除此之外，再也没有其它的例子可以说明有单一物体的运动速度可以比光快；需要注意的是，假设这种粒子真实存在，它的速度一定是生来就超过光速的。没有任何有质量的物体可以被“加速”到光速，所以这与前面的内容并不矛盾。&br&&br&ps.（1/2/2017 附注）：评论里有很多人有疑问：既然光子没有质量，为什么它还会被黑洞的引力束缚住，无法逃脱？简单地说，“广义相对论”对于“引力”的概念有不同寻常的看法。经典物理学将引力视为一种力，现代物理学则认为“引力”来自于时空的几何形状，任何有质量的物体都可以使时空变形；黑洞是一个在很小的区域内集中了极大的质量的天体，这使得它近处的空间本身被严重扭曲。在黑洞的理论边界（事件视界，event horizon）内，空间“坠落”的速度比光速更快，这就是为什么光子没有办法以光速逃逸出来。这些光当然也永远不可能射入观察者的眼里，因此理论上黑洞的本体看上去应该是漆黑的。值得注意的是，空间的速度超过光速并不会违背什么，因为这只是局部空间相比得到的相对速度，不是一个物体加速的结果。&br&&br&* 借助“洛伦兹因子”的图像和公式，来解释物体无法被加速到光速的原因，是最直观，也是最容易理解的。不过，很多人认为应该用“因果律”（causality）来说明才更基本，更有说服力。也就是，人们不可能先看到一个事件的影响，后看到起因，除非其中有“超光速”的行为。因为，如果物体的速度超过光速，一些观察者就有可能会看到前后颠倒的事件顺序，违背我们平时习以为常的“因果关系”。&br&&br&举一个例子：小明相对静止，小红从小明的左边以超光速跑过，小刚以一半的光速从小明的右边跑过。当小红正好经过小明所处的位置的时候，小明递给小红一根棍子，之后当小红与小刚擦肩跑过的时候，小红用棍子打一下小刚。从小刚的角度来看，他会先被小红用棍子打一下，之后才看到小明将棍子递给小红。这种情况对于正常的思维来说是无法理解的。&br&&br&公式与因果律，这两种解释方法应该都同样正确，无所谓哪种更科学一些。&br&&br&最后补充一点。即使我们无法超过光速，也并不意味着“回到过去”是不可能的，只是无法通过加速来实现而已。“虫洞”（worm hole）是“广义相对论”预言的一种连接时空上的两个点的捷径。穿过虫洞可以来到宇宙中处于不同时间和空间上的另一点。总之，虫洞的存在性无法被彻底否定，而且，通过虫洞进行时间旅行在理论上也无懈可击，不过或许实际操作是不可行的，不然“为什么我们现在的世界里没有挤满了来自未来的人呢？”（Brian Greene，&i&The Fabric of the Cosmos: The Illusion of Time&/i&，2004）&br&&br&----------&br&&br&如果有兴趣，可以参考这里：&br&PBS NOVA 的纪录片《&i&The Fabric of the Cosmos: What Is Space?&/i&》和《&i&The Fabric of the Cosmos: The Illusion of Time&/i&》。&br&Special Relativity in 15 Mins：&a href=&///?target=http%3A//www./Special-Relativity/%23.V5mNmnqEBh4& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://www.&/span&&span class=&visible&&/Spe&/span&&span class=&invisible&&cial-Relativity/#.V5mNmnqEBh4&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&。&br&豆瓣书评链接，《&i&How to Teach Relativity to Your Dog&/i&》&a href=&///?target=https%3A///subject//& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&https://&/span&&span class=&visible&&/subject&/span&&span class=&invisible&&//&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&。&br&&a href=&///?target=https%3A//en.wikipedia.org/wiki/Special_relativity& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Special relativity&i class=&icon-external&&&/i&&/a&（Wikipedia 链接）。&br&&a href=&///?target=https%3A//en.wikipedia.org/wiki/Minkowski_diagram& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Minkowski diagram&i class=&icon-external&&&/i&&/a&（Wikipedia 链接）。&br&知乎问题：&a href=&/question/& class=&internal&&光速过于取整了吗？ - 物理学 - 知乎。&/a&&br&知乎问题：&a href=&/question/& class=&internal&&牛顿提出过质量与重量的区别吗？ - 物理学&/a&。&br&知乎问题：&a href=&/question/& class=&internal&&当两俩列车均已时速100公里相向而行 那么乘客是否就可以在两车交汇的时刻看到时速200公里的景象？ - 天体物理学&/a&。&br&知乎问题：&a href=&/question/& class=&internal&&光子为什么没有质量？ - 物理学&/a&。&br&知乎问题：&a href=&/question/& class=&internal&&为什么快子可以超光速？ - 物理学&/a&。
速度超过光速，时间将会倒流（回到过去）。这个说法里，需要注意两个要素，第一个是“超过”，第二个是“光速”。因此问题的重点在于：为什么速度一定要“超过”光速，以及，为什么要超过的速度是“光速”？ 我们知道，速度=距离/时长。“距离”是对空间的…
相对论的视觉效应是一项非常有趣、却在科研中常常被忽略的内容。 科研中出现的图画大都是效果图，正式叫法是“艺术家眼中的印象图”，是为了表现体系的某个或某些特色而作。除非另有声明，所引的图都是效果图。 很多时候， 尤其在广义相对论中， 印象图甚至可能是所谓“上帝视角”，即从高维空间（通常是三维）观察嵌入低维空间（通常是两维）的时空弯曲。&br&&br&&u&&b&先说狭义相对论，即高速运动物体的视觉效应&/b&&/u&&br&狭义相对论认为高速（v ～ c）运动的物体其尺度会沿运动方向收缩（尺缩效应），所以在伽莫夫著名的《物理世界奇遇记》里面，高速动体的视觉效应被描述成扁扁的 （图一）。&blockquote&&img src=&/7e1fd9c5dac8c108cfb1229_b.jpg& data-rawwidth=&600& data-rawheight=&694& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&600& data-original=&/7e1fd9c5dac8c108cfb1229_r.jpg&&图一：《物理世界奇遇记》中的动体的尺缩效应效果图&/blockquote&直到1924年，奥地利物理学家安东兰帕才意识到这不是动体的视觉效应，因为眼睛（和照相机）看到的像是由同时到达眼睛（和相机）的光形成的。直到1959年，这个现象被泰瑞和彭罗斯再次发现以后才引起人们关注。一般来说，由于相对论效应，高速运动的物体的像会产生畸变和转动（图二）。在最简单的情况下，球形物体仅有转动，这种效应称为彭罗斯－泰瑞转动。&br&&blockquote&&img src=&/5f2c5b8df830cfbb28be7_b.jpg& data-rawwidth=&320& data-rawheight=&240& class=&content_image& width=&320&&图二：低速（下）运动与高速运动（上）的骰子的畸变效应效果图。 图片来源：&a href=&///?target=http%3A//www.spacetimetravel.org/& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Space Time Travel&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&/blockquote&&br&另外一种效应是多普勒频移。也就是说，物体的颜色会产生变化（图三）。&blockquote&&img src=&/e7c0bfdf3f95_b.jpg& data-rawwidth=&300& data-rawheight=&193& class=&content_image& width=&300&&图三：多普勒效应示意图&/blockquote&&br&现在，这些狭义相对论的视觉效应已经很常见，譬如下面这个相对论视觉引擎截图：&br&&img src=&/4e0efc8d42cc09ecbb6b19f474e7ce98_b.jpg& data-rawwidth=&800& data-rawheight=&450& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&800& data-original=&/4e0efc8d42cc09ecbb6b19f474e7ce98_r.jpg&&&br&图三又二分之一：游戏 &i&Slower Speed of Light &/i&的截图（MIT GameLab）&br&&br&你可能会觉得，人们既然几十年前终于弄懂了动体的视觉效应，在画图时应该会考虑到吧。完全不是。几乎所有涉及到高速运动的图中，人们都忽视了这些效应 —— 这不仅包括闪电侠、超人等漫画和科研电影还包括了严肃的科研报告。比如相对论性重离子对撞的讲座中，大家还是画两个“盘子”代表洛伦兹收缩以后的相对论性重离子 —— 即高速运动的原子核（图四）。 在重离子领域，几乎所有的示意图都画成图四这样 —— 气人的是，你说他们不精细吧，重离子里面的核子他们还给你画成3D的，还上了色（显然这个颜色不是为了展示多普勒效应）。&br&&blockquote&&img src=&/4c2ba3a272de877d27b6ae7e68e5dfcf_b.jpg& data-rawwidth=&1200& data-rawheight=&1170& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1200& data-original=&/4c2ba3a272de877d27b6ae7e68e5dfcf_r.jpg&&图四：相对论性重离子碰撞过程的效果图&/blockquote&&br&&u&&b&广义相对论和引力场中动体的视觉效应&br&&/b&&/u&引力场中动体的视觉效应其实比较复杂。首先，光在引力场中会产生偏折，这会带来物体图像的畸变、放大或缩小，该现象叫做引力透镜效应（回忆透镜成像的原理就是偏折光线）。引力透镜效应一般是很复杂的，但可以通过光线追踪法来加以计算。黑洞的引力透镜效应尤其强。如果仅考虑黑洞的引力透镜效应，且假设观察者和成像的天体都在远处（即黑洞附近没有特别明亮的光源），效果大致如图五所示，这也是常见的（史瓦兹谢尔德）黑洞的形象。&br&&blockquote&&img src=&/a750ce2a26c23acbecda_b.jpg& data-rawwidth=&450& data-rawheight=&360& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&450& data-original=&/a750ce2a26c23acbecda_r.jpg&&图五（甲）：远处观察者眼中黑洞对远处星系的引力透镜效应效果图甲。&/blockquote&&br&&blockquote&&img src=&/18de306f3db_b.jpg& data-rawwidth=&640& data-rawheight=&480& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&640& data-original=&/18de306f3db_r.jpg&&图五（乙）：黑洞引力透镜效应效果图乙。&br&&img src=&/b9f4e1fcb364d_b.jpg& data-rawwidth=&1200& data-rawheight=&908& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1200& data-original=&/b9f4e1fcb364d_r.jpg&&图五（丙）：基于Thorne公式的黑洞引力透镜效应效果图。&/blockquote&&br&这当然不是全部。另外，引力，尤其是强引力会对附近射入光产生蓝移、射出的光产生红移。因此周围物体的颜色也会相应改变。这些还都不是困难的地方。麻烦的是黑洞附近有什么。首先黑洞会有霍金辐射，而且会有落入黑洞的天体因释放引力势能被加热到甚高温，在天文观测上表现为，黑洞是很好的X光射线源，这表明黑洞四周是非常明亮的，这引发了类似图六的示意图。&br&&br&&blockquote&&img src=&/0aa19db1bcce_b.jpg& data-rawwidth=&375& data-rawheight=&300& class=&content_image& width=&375&&图六：黑洞霍金辐射效果图，未考虑黑洞的引力透镜效应&/blockquote&并且像大多数大质量天体一样，黑洞会大量捕获附近的物质在它周围产生较大的吸积盘和相对论性喷流，因而会引发了类似图七的示意图，而由于这些物质和霍金辐射的存在，黑洞附近必定进行着非常复杂、非常强大的电磁学过程，而弯曲时空的电动力学是很复杂的现象，这些都需要加以考虑。注意，图六、图七都没有考虑前面所说的引力透镜效应和引力频移。&br&&br&&blockquote&&img src=&/989aad17e04eb59cd7330_b.jpg& data-rawwidth=&1024& data-rawheight=&576& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1024& data-original=&/989aad17e04eb59cd7330_r.jpg&&图七：黑洞四周的吸积盘和喷流效果图，未考虑黑洞的引力透镜效应。&/blockquote&&br&Interstellar的一大贡献是它们考虑到了引力透镜效应和引力频移对吸积盘的成像的影响（图八）。他们的说法是，引力透镜效应使得背后的盘能够被看到，而高能量的X射线使得所有频率的光的亮度都很高，因此吸积盘显得非常明亮 —— 这些都是非常合理的假设。 当然宇宙飞船必须能防护这些高能射线。另外，在&u&遥远的地方看&/u&，吸积盘的颜色可能有些颜色，而不一定非要是白色。&br&&br&&img src=&/1b94cd64_b.jpg& data-rawwidth=&730& data-rawheight=&348& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&730& data-original=&/1b94cd64_r.jpg&&&blockquote&图八：星际中的黑洞效果图 &img src=&///equation?tex=%5Cfrac%7BJc%7D%7BGM%5E2%7D+%3D+0.6+& alt=&\frac{Jc}{GM^2} = 0.6 & eeimg=&1&&（该值越大表示黑洞自旋越快，其值应当小于1）。这是真正的艺术家们的印象图。Credit: Oliver James et al 2015, Gravitational lensing by spinning black holes in astrophysics, and in the movie &i&Interstellar&/i&, Class. Quantum Grav. 32 065001 doi:10.81/32/6/065001。&/blockquote&不过，根据James等人的说法，这张图片也不是真正的黑洞视觉效应图。为了满足电影效果，他们根据导演的要求，去掉了多普勒频移、引力频移等效应，并添加了光晕效果。更加真实的黑洞效果图，可以参看James-Tunzelmann-Franklin-Thorne 文章的图15c.&br&&br&&img src=&/900a9f694234dfe119db12435dfeec3b_b.jpg& data-rawwidth=&590& data-rawheight=&161& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&590& data-original=&/900a9f694234dfe119db12435dfeec3b_r.jpg&&有吸积盘的黑洞很可能自己带有较大的角动量，这种黑洞叫做克尔黑洞。原本在若黑洞附近物体轨道半径大于黑洞视界时，可以绕黑洞打转，但是在史瓦兹歇尔德黑洞附近半径小于两倍视界的轨道是不稳定的，转圈的物体很快就会落入黑洞之中。 而克尔黑洞附近小于两倍视界时则存在稳定轨道，因此图九中吸积盘延伸到接近克尔黑洞视界的地方。 如果黑洞带电荷，那就更复杂些，其电磁现象也会更重要些。黑洞还可能会产生引力波，这个会不会产生视觉效应，我就更不知道了。&br&&blockquote&&img src=&/1770bad5c19e8d36aadb_b.jpg& data-rawwidth=&1100& data-rawheight=&599& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1100& data-original=&/1770bad5c19e8d36aadb_r.jpg&&图九：没自旋的黑洞与有自旋的黑洞的效果图&/blockquote&&br&还有一些其他的问题。涉及到黑洞的基本性质。这里仅仅举一个例子，就是黑洞信息佯谬。人们认为信息是守恒的，但黑洞视界以内既然无法探知，落入黑洞的物质携带的信息也就永远失去了，更要命的是，加入两个粒子处于纠缠态，一个粒子落入黑洞，纠缠态必然会消失否则我们可以以此来探测黑洞内部信息，但纠缠态凭空消失又是量子力学所无法理解的。为了解决这个矛盾，有人认为纠缠态会被破坏，但是代价是放出巨大的能量——大到可以打破广义相对论或量子力学，因此结论是，黑洞视界周围是一圈“火墙”（图十），代表巨大的能量释放过程。&br&&blockquote&&img src=&/bc886eecf21064dff363cb_b.jpg& data-rawwidth=&1400& data-rawheight=&968& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1400& data-original=&/bc886eecf21064dff363cb_r.jpg&&图十：黑洞信息悖论与火墙模型示意图&/blockquote&这还仅仅是黑洞未解之谜的一个例子。事实上，黑洞，尤其是奇点附近的物理可能需要量子引力来理解，广义相对论已经不再适用。因此我们对黑洞实际上非常的不了解。更不用谈黑洞到底看起来是什么样。&br&&br&上面所引用的图大多数没有完全考虑所有的引力效应，特别是引力透镜和引力红移。 而且这些图都是远处观察者所看到的。 至于进入黑洞能看到什么，所需要考虑的物理是相同的，只不过所选用的参考系不太一样罢了。网上有一些视频介绍这些，注意这些视频也并非将这里提到的所有效应都考虑全了。第一个和第三、四个来自科罗拉多大学天体物理学家安德哈密顿（显然这个家伙开发了一个黑洞飞行模拟器，但目前是闭源的，URL：&a href=&///?target=http%3A//jila.colorado.edu/%7Eajsh/insidebh/intro.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Inside Black Holes&i class=&icon-external&&&/i&&/a&），大致认为落入黑洞的人仍然一直能看到黑洞外的世界，只不过黑洞黑外被一个伪视界分开。第二个视频来自VSause的分钟物理，大致认为，落入黑洞的人看到的外面的视界会越来越小直到消失，眼前的黑洞洞越来越大直到什么都看不见。 其中第四个视频号称是&u&&b&真实场景的模拟，不仅仅是艺术家眼中的印象&/b&&/u&。&br&&br&1. &a href=&///?target=http%3A///v_show/id_XMzkyMjE4MTg4.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&进入史瓦兹歇尔德黑洞的旅行&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&&br&&br&&br&&br&&a class=&video-box& href=&///?target=http%3A///v_show/id_XMzkyMjE4MTg4.html& target=&_blank& data-video-id=&& data-video-playable=&& data-name=&进入黑洞的旅行& data-poster=&/FA64E95EF9F055D4DA67B586AF5-0EDA-C5EE-895A-23A8C969AB52& data-lens-id=&&&
&img class=&thumbnail& src=&/FA64E95EF9F055D4DA67B586AF5-0EDA-C5EE-895A-23A8C969AB52&&&span class=&content&&
&span class=&title&&进入黑洞的旅行&span class=&z-ico-extern-gray&&&/span&&span class=&z-ico-extern-blue&&&/span&&/span&
&span class=&url&&&span class=&z-ico-video&&&/span&/v_show/id_XMzkyMjE4MTg4.html&/span&
&/a&&br&&br&2. &a href=&///?target=http%3A///v_show/id_XNDgzNTEzODUy.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&煎蛋小学堂08：跳进一个黑洞会怎样？&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&&br&&br&&br&&br&&a class=&video-box& href=&///?target=http%3A///v_show/id_XNDgzNTEzODUy.html& target=&_blank& data-video-id=&& data-video-playable=&& data-name=&煎蛋小学堂08：跳进一个黑洞会怎样？& data-poster=&/0BCC2BCBFAE3E6AE-4B47-FFC2-957E-77& data-lens-id=&&&
&img class=&thumbnail& src=&/0BCC2BCBFAE3E6AE-4B47-FFC2-957E-77&&&span class=&content&&
&span class=&title&&煎蛋小学堂08：跳进一个黑洞会怎样？&span class=&z-ico-extern-gray&&&/span&&span class=&z-ico-extern-blue&&&/span&&/span&
&span class=&url&&&span class=&z-ico-video&&&/span&/v_show/id_XNDgzNTEzODUy.html&/span&
&/a&&br&3. &a href=&///?target=http%3A//jila.colorado.edu/%7Eajsh/insidebh/rn.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Journey into and through a Reissner-Nordstrm black hole&i class=&icon-external&&&/i&&/a& 进入雷斯勒-诺德斯特洛姆黑洞，该黑洞视界内有个虫洞，将旅人送到宇宙的其他地方。&br&&br&&br&&br&&br&&br&&a class=&video-box& href=&///?target=http%3A///v_show/id_XODI2ODU5MDQw.html& target=&_blank& data-video-id=&& data-video-playable=&& data-name=&Journey%20into%20and%20through%20a%20Reissner-Nordstr?m%20bla...& data-poster=&/3A481A2B870C0CF-14A6-A85BD07C57& data-lens-id=&&&
&img class=&thumbnail& src=&/3A481A2B870C0CF-14A6-A85BD07C57&&&span class=&content&&
&span class=&title&&Journey%20into%20and%20through%20a%20Reissner-Nordstr?m%20bla...&span class=&z-ico-extern-gray&&&/span&&span class=&z-ico-extern-blue&&&/span&&/span&
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&/a&&br&4. 落入一个真实的黑洞。&br&&br&&br&&br&&br&&br&&a class=&video-box& href=&///?target=http%3A///v_show/id_XODI2ODU2ODY4.html& target=&_blank& data-video-id=&& data-video-playable=&& data-name=&relativistic visualization of a disk and jet around a black hole& data-poster=&/4664EFAEAEF03A481A23C0A03AF-90B7-5C86-94D9-8E3A32BDC82A& data-lens-id=&&&
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&span class=&title&&relativistic visualization of a disk and jet around a black hole&span class=&z-ico-extern-gray&&&/span&&span class=&z-ico-extern-blue&&&/span&&/span&
&span class=&url&&&span class=&z-ico-video&&&/span&/v_show/id_XODI2ODU2ODY4.html&/span&
&/a&&br&5. PBS 2006: 星河中的怪兽 &br&&img src=&/195fe708f3cb73f6c8c13_b.jpg& data-rawwidth=&460& data-rawheight=&259& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&460& data-original=&/195fe708f3cb73f6c8c13_r.jpg&&&a href=&///?target=http%3A////science/28prof.html%3F_r%3D0& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://www.&/span&&span class=&visible&&//&/span&&span class=&invisible&&science/28prof.html?_r=0&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&6. &a href=&///?target=http%3A//bcove.me/f7lxzai8& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Single Video Player&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&&b&&u&关于引潮力（tidal force）&/u&&/b&&br&引潮力（显然是一个三维张量）与曲率张量有关，&img src=&///equation?tex=%5Ctau_%7Bij%7D+%3D+R_%7Bi0j0%7D+%2B+R_%7Biljl%7DV%5Ek+V%5Ej& alt=&\tau_{ij} = R_{i0j0} + R_{iljl}V^k V^j& eeimg=&1&&，这里&img src=&///equation?tex=R_%7B%5Cmu%5Cnu%5Clambda%5Crho%7D& alt=&R_{\mu\nu\lambda\rho}& eeimg=&1&&是黎曼张量，&img src=&///equation?tex=V& alt=&V& eeimg=&1&&是速度。黎曼张量大致正比于黑洞的密度。黑洞的半径（视界），&img src=&///equation?tex=R_s+%5Csim+%5Cfrac%7B2GM%7D%7Bc%5E2%7D& alt=&R_s \sim \frac{2GM}{c^2}& eeimg=&1&&正比于质量，而密度&img src=&///equation?tex=%5Crho_s+%5Csim+%5Cfrac%7BM%7D%7BR_s%5E3%7D& alt=&\rho_s \sim \frac{M}{R_s^3}& eeimg=&1&&，因此黑洞的密度&img src=&///equation?tex=%5Crho_s+%5Csim+M%5E%7B-2%7D& alt=&\rho_s \sim M^{-2}& eeimg=&1&&反比与黑洞质量的两次方。就是说，黑洞越大，其密度越小，其引潮力也会越小（除非在奇点附近，这些关系不再成立）。恒星级别的黑洞（质量为几个到几十个太阳质量）是相当致密的，人在其附近很容易被撕成面条——如果不被其他高能辐射杀灭的话。一般认为在星系的中心，存在着巨大质量的超级黑洞（质量在几百万到几百亿太阳质量），其密度是很小的，甚至可能远小于气体密度。其引潮力也是比较弱的。如果要跳黑洞，应该选择这样的黑洞跳。当然，即使这种黑洞，在靠近奇点的地方引潮力也会变得十分巨大，人会被拉成面条。 不过假如黑洞不存在奇点，而是一个可以允许时空穿梭的虫洞，那就爽了。。。不过这些还都是科幻，总起来说跳黑洞生还的可能性极低。&br&&br&&b&&u&全息原理、额外维度、量子引力超对称弦和 AdS/CFT&br&&/u&&/b&&br&不了解。&br&&br&&u&&bÞE &/b&&/u&&br&“The thing I most wanted was that the film have real science embedded in it—a range of science, from well-established truths to speculative science.” —Kip Thorne&br&译：“我最希望的事情是这个电影能够嵌入真正的科学 —— 从牢固建立的事实到科学假说”&br&&blockquote&&img src=&/8fa693fa207f74b9a36cd6c5e3f5bc44_b.jpg& data-rawwidth=&1200& data-rawheight=&704& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1200& data-original=&/8fa693fa207f74b9a36cd6c5e3f5bc44_r.jpg&&图： Thorne 和 洁西卡姐姐（饰墨菲·库珀）&/blockquote&&br&&a href=&///?target=http%3A//iopscience.iop.org//6/065001/article%23cqg508751bib5& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Gravitational lensing by spinning black holes in astrophysics, and in the movie Interstellar&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&Throne组发了不少文章，题目都是关于弯曲空间的可视化，感兴趣的同学可以读读。&br&&br&&a href=&///?target=http%3A//journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.106.151101& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Frame-Dragging Vortexes and Tidal Tendexes Attached to Colliding Black Holes: Visualizing the Curvature of Spacetime&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&Robert Owen, Jeandrew Brink, Yanbei Chen, Jeffrey D. Kaplan, Geoffrey Lovelace, Keith D. Matthews, David A. Nichols, Mark A. Scheel, Fan Zhang, Aaron Zimmerman, and &u&Kip S. Thorne&/u&&br&Phys. Rev. Lett. &b&106&/b&, 151101 – Published 10 April 2011&br&&br&&a href=&///?target=http%3A//journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.84.124014& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Visualizing spacetime curvature via frame-drag vortexes and tidal tendexes: General theory and weak-gravity applications&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&David A. Nichols, Robert Owen, Fan Zhang, Aaron Zimmerman, Jeandrew Brink, Yanbei Chen, Jeffrey D. Kaplan, Geoffrey Lovelace, Keith D. Matthews, Mark A. Scheel, and &u&Kip S. Thorne&/u&&br&Phys. Rev. D &b&84&/b&, 124014 – Published 5 December 2011&br&&br&&a href=&///?target=http%3A//journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.86.084049& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Visualizing spacetime curvature via frame-drag vortexes and tidal tendexes. II. Stationary black holes&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&Fan Zhang, Aaron Zimmerman, David A. Nichols, Yanbei Chen, Geoffrey Lovelace, Keith D. Matthews, Robert Owen, and &u&Kip S. Thorne&/u&&br&Phys. Rev. D &b&86&/b&, 084049 – Published 25 October 2012&br&&br&&a href=&///?target=http%3A//journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.86.104028& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Visualizing spacetime curvature via frame-drag vortexes and tidal tendexes. III. Quasinormal pulsations of Schwarzschild and Kerr black holes&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&David A. Nichols, Aaron Zimmerman, Yanbei Chen, Geoffrey Lovelace, Keith D. Matthews, Robert Owen, Fan Zhang, and &u&Kip S. Thorne&/u&&br&Phys. Rev. D &b&86&/b&, 104028 – Published 11 November 2012&br&&br&&a href=&///?target=http%3A///2014/11/metaphysics-of-interstellar/& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Interstellar Almost Had 6 Wormholes and 5 Black Holes&i class=&icon-external&&&/i&&/a& （WIRED 采访THORNE 和 NOLAN）&br&&br&总结，首先取决与模型和设定，因为我们对黑洞及黑洞附近的物理尚不完全清楚；在比较简单的模型和假设下，落入黑洞的所见大致是可以计算的，诺兰他们的工作大致是这一类。具体感兴趣的话可以读读Thorne组的文章。&br&&br&&b&&u&番外篇：&/u&&/b&&br&&blockquote&&img src=&/bebfacaab59a_b.jpg& data-rawwidth=&395& data-rawheight=&300& class=&content_image& width=&395&&图十一：Futurama 中的黑洞&/blockquote&&br&什么叫“艺术家印象” 呢？ 参看如下示例图：&br&&blockquote&&img src=&/a939ae399fc5b084d7f3_b.jpg& data-rawwidth=&250& data-rawheight=&334& class=&content_image& width=&250&&艺术家眼中的耶稣与其门徒&/blockquote&&br&－－&br&&b&瓜子和蜜饯 （持续更新中）：&/b&&br&&br&&b&光迹：&/b&&br&光在引力场（弯曲时空）中的运动方程 &img src=&///equation?tex=x%5E%5Cmu%28s%29+%3D+%5Cbig%28+c+t%28s%29%2C+%5Cvec+x%28s%29+%5Cbig%29& alt=&x^\mu(s) = \big( c t(s), \vec x(s) \big)& eeimg=&1&& 满足：&br&&img src=&///equation?tex=%5Cfrac%7Bd%5E2+x%5E%5Cmu%7D%7Bds%5E2%7D+%2B+%5CGamma%5E%5Cmu_%7B%5C%3B%5Cnu%5Clambda%7D+%5Cfrac%7Bd+x%5E%5Cnu%7D%7Bds%7D%5Cfrac%7Bdx%5E%5Clambda%7D%7Bds%7D+%3D+0%2C& alt=&\frac{d^2 x^\mu}{ds^2} + \Gamma^\mu_{\;\nu\lambda} \frac{d x^\nu}{ds}\frac{dx^\lambda}{ds} = 0,& eeimg=&1&& 和&img src=&///equation?tex=g_%7B%5Cmu%5Cnu%7D%5Cfrac%7Bdx%5E%5Cmu%7D%7Bds%7D%5Cfrac%7Bdx%5E%5Cnu%7D%7Bds%7D+%3D+0& alt=&g_{\mu\nu}\frac{dx^\mu}{ds}\frac{dx^\nu}{ds} = 0& eeimg=&1&&，&br&其中，&br&&img src=&///equation?tex=s& alt=&s& eeimg=&1&& 为某一参数，可以最后在坐标中将其消掉得到&img src=&///equation?tex=%5Cvec+x%28t%29& alt=&\vec x(t)& eeimg=&1&&；&br&&img src=&///equation?tex=g_%7B%5Cmu%5Cnu%7D+%3D+g_%7B%5Cmu%5Cnu%7D%28x%29& alt=&g_{\mu\nu} = g_{\mu\nu}(x)& eeimg=&1&& 叫做度规张量，这是描述引力场的基本量。电影中所遇到的黑洞是所谓的Kerr黑洞，带有自旋，其度规为：&br&&br&&img src=&///equation?tex=g_%7Btt%7D+%3D+1-%5Cfrac%7B2GM%7D%7Bc%5E2%7D%5Cfrac%7B1%7D%7Br%2B%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2c%5E2+r%7D%5Ccos%5E2%5Ctheta%7D& alt=&g_{tt} = 1-\frac{2GM}{c^2}\frac{1}{r+\frac{J^2}{M^2c^2 r}\cos^2\theta}& eeimg=&1&&，&br&&img src=&///equation?tex=g_%7Brr%7D+%3D+%5Cfrac%7Bc%5E2+r%5E2%2B%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2%7D%5Ccos%5E2%5Ctheta%7D%7Bc%5E2+r%5E2-2GMr+%2B+%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2%7D%7D& alt=&g_{rr} = \frac{c^2 r^2+\frac{J^2}{M^2}\cos^2\theta}{c^2 r^2-2GMr + \frac{J^2}{M^2}}& eeimg=&1&&，&img src=&///equation?tex=g_%7B%5Ctheta%5Ctheta%7D+%3D+r%5E2+%2B+%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2c%5E2%7D%5Ccos%5E2%5Ctheta& alt=&g_{\theta\theta} = r^2 + \frac{J^2}{M^2c^2}\cos^2\theta& eeimg=&1&&, &img src=&///equation?tex=g_%7B%5Cphi%5Cphi%7D+%3D+%5Cleft%28+r%5E2+%2B%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2c%5E2%7D+%2B+%5Cfrac%7B2GM%7D%7Bc%5E2%28r%2B%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2c%5E2+r%7D%5Ccos%5E2%5Ctheta%29%29%7D%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2c%5E2%7D%5Cright%29%5Csin%5E2%5Ctheta& alt=&g_{\phi\phi} = \left( r^2 +\frac{J^2}{M^2c^2} + \frac{2GM}{c^2(r+\frac{J^2}{M^2c^2 r}\cos^2\theta))}\frac{J^2}{M^2c^2}\right)\sin^2\theta& eeimg=&1&&,&br&&img src=&///equation?tex=g_%7Bt%5Cphi%7D+%3D+g_%7B%5Cphi+t%7D+%3D+%5Cfrac%7B2GM%7D%7Bc%5E2%28r%2B%5Cfrac%7BJ%5E2%7D%7BM%5E2c%5E2r%7D%5Ccos%5E2%5Ctheta%29%7D%5Cfrac%7BJ%7D%7BMc%7D%5Csin%5E2%5Ctheta& alt=&g_{t\phi} = g_{\phi t} = \frac{2GM}{c^2(r+\frac{J^2}{M^2c^2r}\cos^2\theta)}\frac{J}{Mc}\sin^2\theta& eeimg=&1&&，&br&其余分量为零。对于更现实的引力场度规，可以在其附近做近似得到。&br&&br&&img src=&///equation?tex=%5CGamma%5E%5Cmu_%7B%5C%3B%5Cnu%5Clambda%7D+%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D+g%5E%7B%5Cmu%5Csigma%7D%5CBig%5C%7B%0A%5Cfrac%7B%5Cpartial+g_%7B%5Csigma%5Cnu%7D+%7D%7B%5Cpartial+x%5E%5Clambda%7D+%0A%2B%5Cfrac%7B+%5Cpartial+g_%7B%5Csigma%5Clambda%7D+%7D%7B%5Cpartial+x%5E%5Cnu%7D+%0A-%5Cfrac%7B+%5Cpartial+g_%7B%5Cnu%5Clambda%7D+%7D%7B%5Cpartial+x%5E%5Csigma%7D%0A%5CBig%5C%7D& alt=&\Gamma^\mu_{\;\nu\lambda} =\frac{1}{2} g^{\mu\sigma}\Big\{
\frac{\partial g_{\sigma\nu} }{\partial x^\lambda}
+\frac{ \partial g_{\sigma\lambda} }{\partial x^\nu}
-\frac{ \partial g_{\nu\lambda} }{\partial x^\sigma}
\Big\}& eeimg=&1&&；&br&希腊字母&img src=&///equation?tex=%5Cmu%2C%5Cnu%2C%5Clambda%2C%5Ccdots& alt=&\mu,\nu,\lambda,\cdots& eeimg=&1&& 等为时空坐标，在笛卡尔坐标下取&img src=&///equation?tex=0%2C1%2C2%2C3& alt=&0,1,2,3& eeimg=&1&&；在球坐标下取&img src=&///equation?tex=t%2Cr%2C%5Ctheta%2C%5Cphi& alt=&t,r,\theta,\phi& eeimg=&1&&；重复的&b&&i&上下&/i&&/b&指标表示求和&img src=&///equation?tex=a_%5Cmu+a%5E%5Cmu+%3D+%5Csum_%7B%5Cmu%3D0%7D%5E3+a_%5Cmu+a%5E%5Cmu& alt=&a_\mu a^\mu = \sum_{\mu=0}^3 a_\mu a^\mu& eeimg=&1&&。 &br&&br&这是个关于&img src=&///equation?tex=x%5E%5Cmu& alt=&x^\mu& eeimg=&1&&的二阶非线性偏微方程、关于&img src=&///equation?tex=v%5E%5Cmu+%3D+%5Cfrac%7Bdx%5E%5Cmu%7D%7Bds%7D& alt=&v^\mu = \frac{dx^\mu}{ds}& eeimg=&1&&的一阶非线性微分方程。第二个条件进一步限制了解的形状。&img src=&///equation?tex=v%5E%5Cmu%28s%29& alt=&v^\mu(s)& eeimg=&1&&可以通过数值积分解出来。不过，用它做光线追踪（Ray-Tracing）显然比起经典光线追踪来要添了极大的计算量。目前Kerr黑洞最好的并行光线追踪代码可能是GeoKerr（&a href=&///?target=http%3A//www.astro.washington.edu/users/agol/geokerr/& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Eric Agol, UW Astronomy&i class=&icon-external&&&/i&&/a&）、 Ray（&a href=&///?target=http%3A//arxiv.org/pdf/.pdf& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://&/span&&span class=&visible&&arxiv.org/pdf/&/span&&span class=&invisible&&v2.pdf&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&）、和其GPU加速代码 GRay（ &a href=&///?target=https%3A///chanchikwan/gray& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&chanchikwan/gray · GitHub&i class=&icon-external&&&/i&&/a& ）。Intersteller 使用的代码叫做 Double Negative Gravitational Renderer，跟以上代码比使用了光束而非光线追踪，这样可以产生平滑的效果。&br&&br&&br&&img src=&/0f824eea93cab185bad7b_b.jpg& data-rawwidth=&504& data-rawheight=&557& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&504& data-original=&/0f824eea93cab185bad7b_r.jpg&&&br&&b&成像&/b&：&br&像的形状是由同时到达的光线的光强的二维角分布&img src=&///equation?tex=I%28%5Cvec%5Ctheta%2C+t%29& alt=&I(\vec\theta, t)& eeimg=&1&&决定的。&img src=&///equation?tex=I%28%5Cvec%5Ctheta%2Ct%29& alt=&I(\vec\theta,t)& eeimg=&1&&由两部分信息决定：光源和光线的传播。为了联系光源和像，我们可以逆向追踪光线，然后根据光源的信息来决定光强。&br&&br&首先来看牛顿引力下的引力透镜成像。如果光源与观察者的距离比其尺度远大，光源的纵向分布可以忽略，光源上不同点之间的发光时间差也可以忽略，从而可以用一个二维角矢量来描述：&img src=&///equation?tex=I_s%28%5Cvec+%5Cbeta%29& alt=&I_s(\vec \beta)& eeimg=&1&&。那么，忽略光在传播过程中的改变，&img src=&///equation?tex=I%28%5Cvec%5Ctheta%29+%3D+I_s%28%5Cvec%5Cbeta%29& alt=&I(\vec\theta) = I_s(\vec\beta)& eeimg=&1&& 只要光从&img src=&///equation?tex=%5Cvec%5Cbeta& alt=&\vec\beta& eeimg=&1&&传播到&img src=&///equation?tex=%5Cvec%5Ctheta& alt=&\vec\theta& eeimg=&1&&。这正是光线追踪可以提供的信息。&br&&br&在弱引力情况下，光迹实际上可以通过一阶近似直接给出解析表达式。为了方便，定义两个偏折角，&img src=&///equation?tex=%5Cvec%5Calpha+%5Cequiv+%5Cvec%5Ctheta+-+%5Cvec%5Cbeta& alt=&\vec\alpha \equiv \vec\theta - \vec\beta& eeimg=&1&& 和&img src=&///equation?tex=%5Chat+%7B%5Cvec%5Calpha%7D+%3D+%5Cfrac%7BD_%7Bds%7D%7D%7BD_s%7D%5Cvec%5Calpha& alt=&\hat {\vec\alpha} = \frac{D_{ds}}{D_s}\vec\alpha& eeimg=&1&&。引力透镜成像成立的条件是透镜天体的纵向分布尺度远小于纵向距离（薄透镜极限）。在这种情况下，光的偏折角可以用经典偏折公式：&img src=&///equation?tex=%5Cbegin%7Bsplit%7D%0A%5Chat%7B%5Cvec%5Calpha%7D+%28%5Cvec%5Ctheta%29+%0A%3D%26+%5Cfrac%7B4G%7D%7Bc%5E2%7D%5Cint+dz%27+d%5E2%5Cxi%27+%5C%2C%5Crho%28%5Cvec%5Cxi%27%2C+z%27%29+%5Cfrac%7B%5Cvec%5Cxi+-+%5Cvec%5Cxi%27%7D%7B%7C%5Cvec%5Cxi+-+%5Cvec%5Cxi%27%7C%5E2%7D+%0A%5Cend%7Bsplit%7D& alt=&\begin{split}
\hat{\vec\alpha} (\vec\theta)
=& \frac{4G}{c^2}\int dz' d^2\xi' \,\rho(\vec\xi', z') \frac{\vec\xi - \vec\xi'}{|\vec\xi - \vec\xi'|^2}
\end{split}& eeimg=&1&&，&img src=&///equation?tex=%5Cvec%5Cxi+%3D+%5Cvec%5Ctheta+D_d& alt=&\vec\xi = \vec\theta D_d& eeimg=&1&&&br&注意，不同的像&img src=&///equation?tex=%5Cvec%5Ctheta& alt=&\vec\theta& eeimg=&1&&可能对应相同的点源&img src=&///equation?tex=%5Cvec%5Cbeta& alt=&\vec\beta& eeimg=&1&&，也就是说，引力透镜效应有可能会产生多个像。参看：doi:10.-64-8 &br&&br&在此基础上，可以考虑一般成像。对于一般成像，首先要选择一个二维像平面 &img src=&///equation?tex=%5CSigma_O& alt=&\Sigma_O& eeimg=&1&& 和一个2+1维平面&img src=&///equation?tex=%5CSigma_S%5Ctimes+%5Cmathbb+R& alt=&\Sigma_S\times \mathbb R& eeimg=&1&& 作为光源的世界管。上面提到过，只有同时进入观察者眼的光才会成像，用GR的语言说，仅需要考虑观察者过去光锥（past light-cone）上的光迹（参看下图，盗自：Frittellia 等，PRD 63, 023007, (2000)）。因此像平面&img src=&///equation?tex=%5CSigma_O& alt=&\Sigma_O& eeimg=&1&&上的每一个点对应观察者过去光锥上的一条光迹或类光测地线，因此&img src=&///equation?tex=%5CSigma_O& alt=&\Sigma_O& eeimg=&1&&上每一个点表示一个立体视角&img src=&///equation?tex=%28%5Ctheta%2C%5Cphi%29& alt=&(\theta,\phi)& eeimg=&1&&。&br&&br&&img src=&/04c7ff3bb8bd17427dd4_b.jpg& data-rawwidth=&416& data-rawheight=&491& class=&content_image& width=&416&&
相对论的视觉效应是一项非常有趣、却在科研中常常被忽略的内容。 科研中出现的图画大都是效果图，正式叫法是“艺术家眼中的印象图”，是为了表现体系的某个或某些特色而作。除非另有声明，所引的图都是效果图。 很多时候， 尤其在广义相对论中， 印象图甚至…
&b&多图&大图预警，最后有彩蛋&/b&&br&&br&&b&所有图片均为高清大图，请放心食用~&/b&&br&恩除了BaseStar~&br&&br&缓慢更新&br&&br&来说说我最喜欢的星舰吧。&br&&br&星舰文化我最早接触的是EVE，而作为EVE的标志性代表，泰坦当之无愧。虽然四大种族的泰坦都相当不错，女王的蘑菇更是有许多粉丝，但我更喜欢的是加达里和盖伦特的勒维亚坦与俄洛巴斯。&br&&br&勒维亚坦相当符合我对“科技感”的想想力，模块化的设计，Form follows function的代表。一切都那么地按部就班，是一个不折不扣的军事机器，舰队的灵魂。它没有拥有神使级那样冲锋陷阵般的杀气却更像一艘指挥舰。&br&&img src=&/22c149eaa47a7f7cabd9b31_b.jpg& data-rawwidth=&1680& data-rawheight=&945& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1680& data-original=&/22c149eaa47a7f7cabd9b31_r.jpg&&&br&&b&AND&/b&&br&&br&&br&俄洛巴斯的造型，很神秘，说不出的神秘，完美地融合了盖伦特的极致曲线美学于舰身的“肌肉线条”。加上琥珀绿的涂装，仿佛宇宙的根源般深不可测。&br&就像介绍所说的&br&&blockquote&从虚无缥缈的无底洞中诞生的存在，超越世人的所有臆想；徘徊在存亡之间，比最久远的还要久远，却又新生如初。即若混沌的产物，迈向未来之途。黑暗席卷大地，其后风暴肆虐，无存的意志扩散开来，没入世人之心。&/blockquote&&img src=&/1c66c36a20a3cae40cd2_b.jpg& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/1c66c36a20a3cae40cd2_r.jpg&&&b&AND&/b&&br&&br&&br&&b&神使级？我想只有视频里神使级跳脸的那一瞬间频道里舰队惊慌失措的声音才能描绘它的形象。&/b&&br&墙外：&a href=&///?target=https%3A///watch%3Fv%3D3SI1CB4rcf8& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&https://www.&/span&&span class=&visible&&/watch?&/span&&span class=&invisible&&v=3SI1CB4rcf8&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&国内：&a href=&///?target=http%3A///video/av2126100/& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&EVE Fanfest 2015 EVE:瓦尔基里 内测前测试演示画面&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&&br&&br&&b&太空堡垒卡拉狄加 基地之星 战星&/b&&br&&br&&img src=&/3fd38ad7eab12c5d4c66_b.jpg& data-rawwidth=&640& data-rawheight=&596& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&640& data-original=&/3fd38ad7eab12c5d4c66_r.jpg&&基地之星简直是先进文明的太空实用&美学的完美融合&br&六个悬臂与流线型的设计，带来了神秘的美感，让人感觉到面对蛇蝎般的滑腻的可怖却又说不出的好看。悬臂上均搭载导弹发射架（不是内置的，是外置的，弹射出去后导弹再点火。）靠近连接部分则是塞昂突袭机发射巢（不像人类战星弹射战机，突袭机是自己飞出去的。）&br&&br&&img src=&/d7ea6f77a1_b.jpg& data-rawwidth=&1280& data-rawheight=&800& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1280& data-original=&/d7ea6f77a1_r.jpg&&&br&战星则是纯军事的Form follows function的代表作，&br&从船员舱室的大小与装甲结构的空间对比就可以看出， 这是一个精心雕琢的，实用主义的艺术品。卡拉狄加号的最外两层装甲间隔有至少10米（从第一季前几集水箱破裂那能看到），厚重的装甲，背部的重炮，内置的战斗信息中心（CIC），后部中间是FTL(fast than light) drive和边上四具聚变发动机。&br&这种外在是坚船利炮，内部是森严的军事组织的设定最是符合BSG的人类末日太空流浪求生情景了。&br&&br&&br&&b&破碎银河系 执法者 & EVE 马克瑞级&/b&&br&相信玩过前者的人不多了，两者的长相真是几乎一毛一样！ 却也是我内心最原始的“强大的宇宙战舰”的形象。 &br&要我说，执法者比马克瑞的火力强大，ever（包括我也是小马的驾驶员）们会不会不满呢。&br&&br&执法者的设定：两侧是重炮，中间还可以打开成为类似星际争霸人族巡洋舰的主炮。但由于是RTS的游戏设定，并且是2000年左右的设定，肯定是比较夸张的。&br&&img src=&/32cbaf27bc1577c_b.jpg& data-rawwidth=&500& data-rawheight=&375& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&500& data-original=&/32cbaf27bc1577c_r.jpg&&&br&再来说马克瑞级，背部，腹部，舰首可以各装8门1400mm火炮，设定上更像太空堡垒卡拉狄加里的人类战星。&br&可以搭载10架中型无人机，同时引导五架进行攻击（无人机操控带宽限制）。不过两侧那不是大炮哟，那是引擎。 但是按照比例，1400mm在本舰上实在渺小。但这应该是天使企业联合体官员们和下属在宇宙中的基地，应该搭载了相当数量的军队。&br&&img src=&/406b83bf26b0f5ae63bf_b.jpg& data-rawwidth=&1680& data-rawheight=&1050& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1680& data-original=&/406b83bf26b0f5ae63bf_r.jpg&&&br&&br&&b&HALO 火灵级 & EVE 奇美拉级&/b&&br&&br&&img src=&/add2d81b751d0dfc8b87_b.jpg& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&/add2d81b751d0dfc8b87_r.jpg&&最初的奇美拉级是由凯利欧拉号净水运送货舰改装的，长度2,574 m&br&&img src=&/4ee56fb87efa06e3fde719_b.png& data-rawwidth=&4459& data-rawheight=&1253& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&4459& data-original=&/4ee56fb87efa06e3fde719_r.png&&火灵号是凤凰级殖民船改装 长度2.5km&br&&br&发现没有...长度都一样啊！...这两者又回到了文章开始勒维亚坦般富有“科技感”的设计风格。&br&均为母舰的设定。火灵号的防护火力与战术多样性也是超过了奇美拉级不过它搭载的运输机都为外挂式。&br&&br&&br&&br&======================================================================&br&宇宙舰船不要在意大小，不要在意单一方面。&br&宇宙舰船是通讯，材料，动力，燃料，美学等 一切科技的巅峰结合。&br&&b&“不要轻易对比它们的战斗力”&/b&&br&&img src=&/b0c415069ebd15e1fdd0_b.jpg& data-rawwidth=&4268& data-rawheight=&5690& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&4268& data-original=&/b0c415069ebd15e1fdd0_r.jpg&&
多图&大图预警，最后有彩蛋 所有图片均为高清大图，请放心食用~ 恩除了BaseStar~ 缓慢更新 来说说我最喜欢的星舰吧。 星舰文化我最早接触的是EVE，而作为EVE的标志性代表，泰坦当之无愧。虽然四大种族的泰坦都相当不错，女王的蘑菇更是有许多粉丝，但我更喜…
父亲处于四维空间，女儿处于我们所在的三维空间，而父亲在四维空间一直对话的那个处于五维空间。&br&
事实上处于低维空间的生物是无法感知高维以及想象高维的，所以我们想象不出四维空间的样子，而只是在理论上证实了它的存在。&br&
如果把小蚂蚁想象成一个二维空间的生物，也就是说忽略它的体积，假设它只能做平面运动。假设它要从纸面上一点爬向另一点，我们三维空间的人，只需将这张纸对折，此蚂蚁就会惊奇的发现，哎呀雾草！咋一步就到这儿了呢！&br&
以上的例子很重要，因为我们就是这样轻而易举的影响了蚂蚁的爬行以及震裂了蚂蚁的三观（如果它有的话）&br&
回到问题，那么父亲是如何影响女儿的呢？很显然，我们可以用“对折”纸张的思想来理解，女儿突然发现哎呀家里的书咋掉了，手表的指针咋来回地摆动。&br&
正如开头所说，蚂蚁（近似理解成生活在平面的二维生物）理解不了我们咋还能把纸对折一样，我们也理解不了四维空间是什么样子的，那么父亲后来所处的地方是什么地方呢？那里是四维空间是没错的，那里拖动时间轴，但是那个四维空间是怎么来的呢？实际上是五维空间的生物（就是最后出现跟父亲对话那个生物）TA为了让父亲能理解四维空间而设计的，请大家好好理解这句话，那个空间不是导演设计的四维空间，而是导演让最后才出现的五维空间的生物设计的四维空间。这就不得不重新搬出小蚂蚁的例子。&br&
假设蚂蚁是二维（这种假设在蚂蚁只有平面运动，只有宽度、长度时是合理的，因为二维是不存在生物的，所以只能假设蚂蚁只做平面运动近似的理解），现在眼见着蚂蚁要被天空掉下的石头砸死了，它却只能慢慢爬，我们人怀有悲悯之心，告诉蚂蚁：“没用了，你肯定得死了，你看不见的维度即高度，正在掉落一大块石头你躲不过这劫了。”而蚂蚁却说：“胡说！哪有啥高度，明明平面上是一览无余的！”然后我们为了能让蚂蚁理解高度，就只能把它所爬的纸卷成一个桶，蚂蚁一看哎呀卧槽，这平面咋还卷卷了呢？但是，三维空间却不仅仅是个纸筒，只是我们为了让蚂蚁理解，而制作了个纸筒。所以四维空间本不是电影呈现的样子，只是五维空间的为了让咱好理解设计成那样的。&br&
好了，让我们来顺顺思路，影片中三维空间的人要灭绝了，老头说他有个公式，只要破解了其中一个参数，就能消去一个变量（影片太久远了，我忘了是啥变量，好像是重力）消去这个变量后，人类就可以无重力的往外太空运输了。所以影片中的父亲和老头的女儿就坐着飞船去了外太空了，然后墨菲长大了，惊奇的发现我的天，日了狗了，这老头给的方程特么就一恒等式，根本就没啥未知的参数，老头最终也承认了，奄奄一息的时候含泪告诉墨菲，so sorry 我骗了你们大家，没啥方程式，你爸和我女儿是被我送出去给人类留种的。她这才明白，死老头放弃了整个地球。与此同时，父亲也发现了，可是一切都太晚了，这时候，五维空间的生物看不下去了，在父亲坠落之际，把父亲送进了一个他们构造的，让父亲能够理解的四维空间（此处联想人类构造了一个纸筒给蚂蚁）。父亲一看这架势，雾草赶紧给女儿说“stay！别让我走！我走了也没卵用！我要留下来陪你！我后悔了！stay！stay！”然而女儿并没有参透...还是太年轻了...然后五维空间的人开始跟父亲对话（太久远了，忘了原话咋说的，答主是个考研狗在自习室里也不去找照片了....）对话意思就是五维空间的人说：真正的参数是balabala，但是，放弃吧，没用的，地球要毁灭了。父亲说：不会的，相信我，我女儿特别聪明，她会参透的！五维空间的人说：你竟然把这么大的秘密告诉一个小姑娘，指望她改变，这是不实际的！然而，长大了的墨菲并没有让父亲失望，参透了父亲通过手表指针传递的信息，然后就有了后来的太平盛世。&br&
答主好像扯的太远了，题主问如何影响，就是好好想想小蚂蚁的例子就行。&br&
最后，其实影片就是看着玩玩，毕竟咱能理解四维、五维的，也想象不出他们的生活。&br&
最最后，答主是个考研狗，在这月黑风高的夜晚，在满是学霸的自习室，抱着手机玩了这么久，真素心太大了...每个字都是本狗自己码的...大家能点赞就点个赞呗～&br&
最最最后，答主是个妹子，没有汉子们逻辑思维的缜密，看电影回答问题么的也就图个乐呵～看官，轻点喷～&br&【禁止一切形式的转载】&br&-----------------9.15更新----------------&br&看到大家的评论了～感谢大家对考研狗的厚爱，想了一下觉得有些看官说的有道理，后来那个声音确实有可能是机器人的，总之不管是机器人被五维救了，还是它自己坠落五维了，还是那声音本就不是机器人的，我都认为那声音来自五维，是它在帮助父亲。&br&----------------9.15再更新--------------&br&评论里看到一个高度概括、精炼总结的学长，评论太精彩了，必须贴出来！希望这位学长谅解没有通知一下就用到正文里！&br&来自评论：作者任坤&br&从主角领悟到的状况来看，应该是未来的五维人类要想办法拯救自己，必须从五维时空中翻来翻去找到拯救的入口点，发现利用主角这条线路可行，就一步一步构造虫洞、让他们接近黑洞、最终引导主角进入超立方体，让他领悟到自己处于四维时空中可以翻阅到女儿书房全部的历史，通过引力传递信息给女儿，从而破解理论中谜团，从而拯救三维世界中的人类。主角对女儿做的，正是五维人类对主角做的，说不定有更高维的人类也在对五维人做同样的事情，无穷嵌套下去....&a href=&///people/9c78b14cc6f2& data-hash=&9c78b14cc6f2& class=&member_mention& data-tip=&p$b$9c78b14cc6f2& data-hovercard=&p$b$9c78b14cc6f2&&@任坤&/a&&br&...........9.26更新..........&br&感谢感谢感谢！&br&感谢大家的厚爱！&br&这里只解释一点儿，因为评论里大家对于蚂蚁的例子都很较真。&br&二维是不存在生物的，所谓“生物”必须要具备“生”的条件，也就是消化、呼吸、循环等系统，这些都是立体的。&br&为什么要举小蚂蚁的例子呢？并不是蚂蚁真的活在二维，也并不是二维真的存在生物会被石头砸死，而是去类比想象四维空间对三维空间的作用。&br&最后，再次感谢大家！重要的事儿说三遍！三遍！三遍！&br&新更，纠正错别字。
父亲处于四维空间，女儿处于我们所在的三维空间，而父亲在四维空间一直对话的那个处于五维空间。 事实上处于低维空间的生物是无法感知高维以及想象高维的，所以我们想象不出四维空间的样子，而只是在理论上证实了它的存在。 如果把小蚂蚁想象成一个二维空间…
虽然我可以只回答铀铅测年法五个字，但是这次我决定多说一下。&br&原帖地址，请直接看&a class=&internal& href=&/people/water-five&&water five&/a& 对知乎上一个问题的回答的第二个故事&br&&a class=&internal& href=&/question/&&有人在不经意间或是在世界上绝大部分人都毫不知情的情况下拯救了世界吗？ - 历史&/a&&br&&p&&b&第二个故事：&/b&&/p&&br&&p& 本文截图来自2014年FOX和国家地理联合制作的3亿美金的纪录片巨作&/p&《宇宙时空之
旅》（COSMOS：A SPACETIME
ODYSSEY）第七集，这部纪录片我的评价是：“这才是我心中的三体特效”，这部片子NB到什么地步吧，我前不久看IMDB，这部片子在电视剧分类排名
高达9.4，当时排名第二名，超越第三名的《权力游戏》仅次于《绝命毒师》&img src=&/b56891ca50dddf57be45e_b.jpg& data-rawwidth=&1280& data-rawheight=&720& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1280& data-original=&/b56891ca50dddf57be45e_r.jpg&&&p&20
世纪40年代，刚结束二战，芝加哥大学的地质教授哈里森-布朗突发一个设想，觉得十分有趣，但是也仅仅停留在有趣上，这个问题并不能有足够的诱惑力去亲自
探寻，花费他自己的宝贵研究时间，所以他选择了一个两全其美的方法，抓了学校的一个研究生当小苦力，让他去研究这个问题：研究生名叫克莱尔-帕得森，爱荷
华州一位邮递员的儿子，天性叛逆，学校表现一般，人长得也又土又挫，丢人群里也马上会看不见。&/p&&p&&img src=&/dc9b02c8ed6f2c94a521bc_b.jpg& data-rawwidth=&1280& data-rawheight=&720& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1280& data-original=&/dc9b02c8ed6f2c94a521bc_r.jpg&&（动画里帕特森长的是这样）&/p&&br&&p&&b&当时哈里森布朗“哄骗”克莱尔-帕特森去做他这个项目时这么说：&/b&&/p&&p&&i&“小帕，唉，你不介意我叫你小帕不。”&/i&&/p&&br&&p&帕特森呆萌木讷的点点头。&/p&&br&&p&&i&“你结婚没有？”&/i&&/p&&br&&p&&i&“我结婚了，我妻子劳拉是一个化学家，我们曾经一起给曼哈顿计划打过工”&/i&&/p&&p&哈里森满意的笑了：&i&“很好很好，小帕&/i&&i&~嘿嘿，我知道你不是地质学家，很可能还分不清长石和花岗岩，但是我听说你使用质谱仪很在行？小帕？”&/i&&/p&&br&&p&帕特森再次呆萌的点点头&/p&&br&&p&&i&“小帕，这些是&b&锆石&/b&，比针尖还小，里面有很少量的铅，&b&我希望你能测量出这些锆石里面铅同位素的丰度”&/b&&/i&&/p&&br&&p&帕特森呆呆的看着老师，因为他不是这个专业的，不知道要不要接受做这个小作业。&/p&&p&哈里森一看他的迟疑，马上拿出他的招牌本领，胡萝卜蜜糖一样的口盾术，他一本正经语重心长的说：&/p&&br&&p&&b&&i&“小帕！！这可不是一个简单的作业啊！”&/i&&/b&&/p&&br&&p&帕特森看着老师，很好奇。&/p&&p&哈里森继续说：&/p&&p&&i&&b&“如果成功测量出在锆石中的的铅同位素丰度，你就能用相同方法测量陨石中的铅同位素丰度。”&/b&&/i&&/p&&p&哈里森顿了顿，压低了声音深邃的说：“&/p&&p&&i&&b&“你如果这个Thesis成功了，You Will Be Famous！！！”&/b&&/i&哈里森把&b&Famous&/b&加了重音，&i&“&b&因为你将会是测量出地球年龄的那个人！！！&/b&狂霸酷帅屌有木有！！！！小帕同学是不是把持不住很有兴趣！！！！”&/i&&/p&&p&(哈里森老师历史上肯定不是这么对帕特森说的，不过为了喜剧效果，读起来不累，先这么写了，大意差不多）&/p&&br&&p&&b&如何推测地球的年龄？&/b&&/p&&br&&blockquote&&i&《庄子·内篇·养生主第三》里有曰：“生也有涯,而知也无涯。以有涯随无涯,殆已。” &/i&&/blockquote&&p&用
人类有限的几十年的生命去推算地球的年龄？多么可笑荒诞！！人类以为自己是谁！？这种宇宙尺度的对比让人类无比卑微渺小，但是人是一种伟大的生物，虽然人
的生命是比瞬间还要短暂，但是人类的大脑可以借助成倍于自己的力量去了解亿兆于自己的这个世界，这也是为什么物理和科学的永恒迷人的魅力，令人无数人朝闻
道夕可死。最后人类的确找到了以有涯求无涯的方法：&/p&&p&20世纪有个伟大的发现，在几十年里，测量每种放射性元素转变成另一种元素所用的时间，
物理学家发现每个不稳定元素的原子，衰变比率是恒定的，就是说无论周围的环境的改变，这个衰变比率都不会改变，用锤子砸，用油炸，甚至气化，原子钟依旧按
照这个定律走的不紧不慢，哪怕你斗转星移沧海桑田物是人非，从地球诞生到恐龙灭绝，&b&原子时钟精准无比，客观到冷酷，所以要了解我们的地球母亲的年龄，没有比测量铀原子更好的方法了。&/b&&/p&&p&例如只要知道了岩石中铀衰变成铅的比率，就可以知道这块岩石存在了多久。&b&石
头里面某些原子具有放射性，它们自然而然发生衰变从而变成其他元素，铀原子首先变成
（Db）原子，平均来说要耗费十几亿年时间，
（Db）原子很不稳定，大概1个月左右会变成镤（Pa）原子，然后1小时候后又变成其他原子，大概经过10次的核转变，来到衰变链的最后一环，一个稳定的
铅原子，铅将不再会发生变化。&/b&&/p&&p&看似完美的解决方法，但是有个问题：&b&你如何才能得到一块在地球形成之初就存在的岩石？&/b&你走在路边撞到脚的那些的石头可不是地球诞生之初就形成的唉。应该说地球上基本不存在这些岩石了，要不被压碎了，或者被融化了，要不就重塑了，哪里去找和地球母亲同岁的石头呢？&/p&&p&有一个地方能找到，那就是天降礼物：&b&陨石。&/b&&/p&&br&&p&只要测量一块几乎和地球同龄的陨石样本里面的铅原子，就能得出地球的年龄了。&/p&&p&芝加哥大学的哈里森-布朗1947年首次提出了这个假设，于是就把这个小作业交给了帕特森。&/p&&p&帕特森这个淳朴天真的研究生被老师口盾后，虽然不明白他在说什么，但是他觉得他挺有道理，好厉害！就羞涩的说：&i&“那我试试看吧。”&/i&&/p&&p&然后哈里森开心的说了所有老师抓学生干活都会说的那句甜蜜的话：&b&&i&“哎哟，小帕，我相信以你的能力那不是小菜一碟？加油哈！爱你么么哒。”&/i&&/b&&/p&&p&这是一句很轻描淡写的客套话。但是就因为这句轻描淡写的话，&b&帕特森同学打死都想不到的，这个小小的作业，他的人生发生了重大的改变，世界发生了重大的改变，人类的命运也将要发生巨大的改变。&/b&&/p&&p&哈里森老师如果知道接下来三十年后发生的事情，他一定会把“给我一句话，我将要撬动整个人类的历史！”作为他的座右铭。&/p&&p&当然这个小作业对帕特森的人生来说，&b&第一个至关重要&/b&的影响是：&b&这个小作业最后不得不成为了他的研究生毕业论文课题，然后坑害了他七年才找到答案完成这个课题，拿到他的博士学位。&/b&&/p&&p&为什么这个哈里森认为极其简单的小作业会耗费那么长时间？&/p&&p&是因为帕特森对锆石铅含量做等精度测量时候发现，&b&相同微粒的铅含量的结果数值，每次都偏差很大。也就是说，帕特森每次测量，锆石里的铅数值都不一样&/b&，这可愁坏了帕特森，就像没有了一把标准的尺子，连一个恒定的参照物的数值都没有，如何去测量陨石和地球的年龄？！&/p&&br&&p&帕特森穷尽脑汁，最后发现，影响实验结果的最重要因素，&b&可能是实验室或者空气里存在铅，影响了实}
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