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《星际穿越》中有个星球,星球上的7年等于地球的1小时这是由什么

2020-07-26 18:40阅读(146)

《星际穿越》中有个星球,星球上的7年等于地球的1小时这是由什么造成的?:这个现象源自爱因斯坦的广义相对论,被称之为引力时间膨胀效应。相对论表明,时空都是

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这个现象源自爱因斯坦的广义相对论,被称之为引力时间膨胀效应。相对论表明,时空都是相对的,宇宙中没有绝对统一的时间流逝速率。对于处在不同引力场中的观察者,他们之间的时间流逝速率是不同的。在弱引力场中的观察者会测得强引力场中的时间流逝速率慢于自己,而且引力场越强,时间过得越慢。换言之,远离大质量天体的时钟走得比靠近该天体的时钟更快。

引力时间膨胀效应已经被实验所证实,而且也被应用于实际之中。虽然地球在其周围所产生的引力场较弱,但依然可以测得这种现象。例如,GPS卫星距离地球表面大约两万公里,它们所处的引力场要弱于地球表面,所以GPS卫星携带的时钟走得比地面时钟更快,通过计算可知,卫星时钟每天累计快了大约45微秒。虽然这个差别很小,但要知道光速大约为30万千米每秒,因此,由于引力时间膨胀效应,GPS卫星每天累计的定位误差达到了13.5千米。可见,如果不对GPS卫星的时钟进行校准,就无法实现准确定位(另外还需考虑狭义相对论带来的时间膨胀效应)。

在电影《星际穿越》中,主角等人在穿过虫洞之后先去了米勒行星。这颗行星十分特别,因为它绕着一个名为卡冈都亚的黑洞运动。由于黑洞产生的引力场极强,米勒行星又十分靠近这个黑洞,所以导致这颗星球上的时间流逝速率远远慢于地球上,从而使得米勒行星上的一个小时相当于地球上的七年,两者相差了6.1万倍。

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《星际穿越》中有个星球,星球上的7年等于地球的1小时这是由什么造成的?

题主搞反了,是《星际穿越》中的米勒行星(先前队员米勒首先登陆此行星)上由于黑洞超强引力造就的相对论效应,那个星球上的一小时等于地球上的七年!

那个在吸积盘上方的黑色天体就是米勒行星,理论上确实能存在这样的情况,因为黑洞超强引力的相对论效应是存在的,与无限接近光速运动的相对论时间趋向停滞的效应类似!而这个是可以计算出来的!

只要知道黑洞的质量以及距离即可根据这个公式计算出两者的时间比例,当然我们并不清楚卡冈图雅的质量,因此这个公式内缺少条件,难以计算!但我们仍然可以估计估测这个距离!一般认为按1小时:7年的比例,米勒行星距离黑洞视界的距离应该非常近,在如此近距离下,米勒行星是否还能保持完整的球体这绝对是一个问题!

一个进入了母星洛希极限的天体,在母星强大的潮汐引力作用下,天体会逐渐碎裂并成为环绕母星的光环,土星的光环就是这样形成的,而且已知的行星光环都在母星的洛希极限内!

因此米勒行星是难以在如强潮汐引力的作用下仍然独善其身的,另外根据米勒行星的水深也不可能产生10KM高的巨浪,当然这只是理论上存在这样的可能,但实际却难以达到!不过看电影大大妈们相想必也是明白了一个潮汐引力的名词!

另外有一个要明白的是配角老黑同志是在停留的轨道,如果在遥远的环绕黑洞的距离上,那么老黑同志的时间体系和地球是差不多的,但如果是在围绕米勒行星的轨道的话,那么其时间体系将与米勒行星上的一小时=七年相差无几的!实在有点记不清当时永恒号驻留的轨道了,哪位朋友可以提供下信息,非常感谢!

永恒号穿越虫洞!

漫游者号降落米勒行星

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首先纠正一点,不是星球上的7年等于地球的一年,而是恰恰相反,是地球上的7年等于星球上的一年!

这种现象是真实存在的,并不是科幻思想,而是真实的科学理论。是由于引力过大造成的“引力时间膨胀”效应,简单说,就是引力越大,时间就过的越慢,具体慢多少,有一个具体公式可以加以计算,这里不再列举,有兴趣的可以搜索计算,并不难!

《星际穿越》里的星球时间变慢是因为它附近有一黑洞,而我们都知道黑洞引力巨大,甚至连光线都不能逃脱它的魔爪,所以由于黑洞附近的引力是巨大的,从星球上有如此高的巨浪我们就能感受到这种引力的强大!

于是我们见到了主人公从星球回到地球后发现自己变年轻(相对)了,就是因为地球时间相对流逝的太快造成的!

事实上,在我们地球上同样有“引力时间膨胀效应”,严格来说,如果你住在一楼,你朋友住在20楼,你们两人的时间流逝速度就不一样,你的时间流逝相对较慢,因为你收到的地球引力较大。只是这种差别太小了,可以忽略不计,也不会对我们生活造成影响!

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那些觉得我吹牛逼的,留言,我帮你们汇集问题给原作者,因为这不是我吹牛逼的。
人要是掉进宇宙黑洞里,会发生什么?这是很多科幻电影都描写过的情节,比如《星际穿越》的男主角就跳进了黑洞,等他出来以后,之前只有几岁大的女儿已经变成老太婆了,那么,如果人真要掉进黑洞,会这样吗?最近南京紫金山天文台的研究员李程远,从科学的角度解答了一下,真要掉进黑洞,会发生什么。

如果宇宙中真的存在这种黑洞,人又能掉进去,那么根据爱因斯坦的广义相对论推演,接下来的情况是这样的。

首先,是旁观者的角度。比如《星际穿越》的男主角,朝黑洞纵身一跃,外面的小伙伴会看到什么呢?会看到他的动作越来越慢,表情越变越僵,最终他会在黑洞表面完全停止,你想要看到他掉进黑洞,那需要无限长的时间!

第二个角度是当事人的角度。对于跳进黑洞的男主角来说,没觉得自己的时间有什么变化,但反过来,外部世界的时间对他来说是越来越快的,星星到处乱飞很快就衰老爆炸,星系跟蛇一样抖动飞散消失,短短一瞬间,整个宇宙就演化到了尽头!

这就是时间上的相对论,外面看里面是时间无限长,里面看外面是时间无限短,所以即使我们的男主角能从黑洞里出来,他也不可能见到自己的女儿,因为对他而言,跳进黑洞那一瞬间,宇宙已经灭亡了!

你看,相对论告诉我们时间的相对性,但跳进黑洞再回来,是绝不可能的。

撰稿:李程远博士 紫金山天文台研究员 讲述:杰克糖

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前方回答很精彩,鄙人也来浅说一二。

我先来说明这个问题有误,准确的说是:“这个星球上的1小时等于地球上的7年。”题主就是将意思整反了。

问题的答案也很简单,就是黑洞

为了回答这个问题,我刚刚将《星际穿越》再刷了一遍。因为看很多年了,好多都忘了。

在《星际穿越》中,库伯等一批科学家为了拯救人类,乘上宇宙飞船进入到土星旁边的一个虫洞入口,穿越到了100亿光年外的卡冈图雅黑洞附近的米勒星球上。

就是这个巨浪滔天的米勒星球,库伯他们发现在上面一小时等于地球上的7年。

为什么米勒星球上一小时等于地球的七年呢?

因为这颗米勒星球是绕着卡冈图雅黑洞高速旋转的行星,米勒的位置就在黑洞扭曲的时空曲率的漩涡内,也就是说米勒星球周围的时空是强扭曲的时空。当然这个时空曲率的始作俑者就是黑洞。

在爱因斯坦的广义相对论中,黑洞是宇宙中引力、密度、时空曲率等最大的天体,由于它巨大的引力使光也无法逃脱,以致人眼无法看到,只能通过被它吞噬的物质反射光间接判断它的存在。可想而知,黑洞的力量大到多么的难以想象。

黑洞中心有个体积无限小的奇点(或许这个小点在我们时空是体积无限小,而在另一个时空里可以无限大),奇点内有无限大的引力与时空曲率,能在周围形成一个时空漩涡,越靠近黑洞中心的奇点,时空曲率越大。

米勒星球就是落在这个巨大的时空漩涡上,才出现1小时有地球7年的时间。如果到了黑洞奇点内,时间更慢,最后是一切都静止了。

普通天体的时空曲率是这样的:

黑洞的时空曲率是这样的:


由于米勒旋转速度快,才不被吸入到奇点内。不过久而久之,它终有一天会被卡冈图雅黑洞吞噬。

《星际穿越》真的很不错,是我看过的科幻剧中最好的一部。黑洞设计得非常符合实际,跟现在拍的真实M87黑洞照片十分吻合。

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难道不是该星球上的1小时等于地球上的7年?题主正好说反了。

《星际穿越》作为一部广受好评的硬科幻深受大多数人喜爱,该剧中出现的各种设定、术语都不是空穴来风、无的放矢的。其中被大多数人记住的片段一定是:男主带着妹子和打酱油的去一个颗行星上寻找执行任务并寻找他们的小伙伴,男主他们在那个星球上大约也就活动了三个小时,但是回来后发现黑人男配角已经老了,地球上已经过去了23年。这应该就是问题的来源了。

那为什么会发生这样的时间膨胀哪?

根源就在这颗行星上了,我们知道我们的地球绕着太阳(恒星)公转,而这颗行星是在绕着黑洞公转,引力巨大。导致了时间的流逝速度减慢,这就是爱因斯坦广义相对论的引力时间膨胀效应。当然这颗行星绕黑洞公转的速度可能是快于地球的,狭义相对论的时间膨胀效应也可能在起着作用,但主要的还是引力影响的。

广义相对论认为,质量可以使时空发生弯曲,曲率越大时间流逝的速度越慢,例如黑洞视界上的时间就是趋近于停止的。

引力引起的时间膨胀效应在现实生活中是存在的,例如我们每天用的GPS导航系统,轨道上的卫星就需要计算出因引力时间膨胀导致的时间差异并且调正。这样我们在地面上才能精准的应用GPS导航系统。


图片皆来自网络侵删。

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时间是相对的,时间也并不是在宇宙任何一个角落中都是一成不变的。

题目刚好说反了,在主角库珀等三人驾驶漫游者号抵达米勒行星上搜寻之前的人来此地探索的证据时,因为出了些乱子,耽误了三个钟头,可是外界却已过去了20多年,让待在永恒号飞船中的老黑同志等到花儿都谢了。

这三个钟头对于库珀等三人来说,确实只是三个钟头,不多不少,只能做三个钟头的事情,可是外界真真实实的过去了二十多年,这就是时间的相对性。

引起这种情况的是米勒行星旁边的那个黑洞,米勒行星在黑洞视界边缘,距离落入视界仅一步之遥,在那里时空曲率扭曲的非常大,因此时间流逝的就慢,这就是广相中的引力时间膨胀效应。

在现实中,我们也有遇到,比如在地球轨道上运转的定位卫星,若不消除这种时间差,虽然卫星仅比地球上时间快了差不多每天几微秒,但这样的误差将导致定位精度误差在百米。

未来当人类进入到星际大航海时代时,这种情况就可以亲自去体验一番了,体验所谓的“天上一天,地上一年”。

个人浅见,欢迎评论!

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答:这是《星际穿越》中假设的米勒行星,在该行星上一小时,相当于地球上过了七年,时间膨胀比达到了8700多倍,原因是受到广义相对论效应的影响。


古时候有天上一天,地上一年的说法,在宇宙中还真实存在这样的情况;因为相对论指出,时间是可以压缩或者拉长的,在引力非常强的地方,空间维度和时间维度会发生严重弯曲。

黑洞就是相对论预言的天体之一,在上世纪被天文学证实存在,广义相对论描述了时间和空间,在强引力下的弯曲情况,对于黑洞视界外的相对时间,可以近似满足以下公式:

对于黑洞这样的极端天体,黑洞视界内的时空弯曲情况非常复杂,黑洞外部只要距离足够远,就可以把黑洞看做一个点质量,用相对论的弱场公式来分析。

电影《星际穿越》中,米勒行星位于卡冈图雅黑洞附近,卡冈图雅黑洞的质量在电影中被假定为1亿倍太阳质量,如果以此计算,该黑洞视界半径大约有3亿公里,是日地距离的2倍。


米勒行星受黑洞引力的影响,导致米勒星球上的时间膨胀效应非常明显,男女主角在米勒星球上的几个小时,外界却过了23年,时间膨胀比是8700多倍。

如此计算的话,米勒星球距离卡冈图雅黑洞的视界,只有几万公里远;影片为了情节需要,忽略了很多科学性,比如近距离下,黑洞产生的潮汐力非常大,但是在影片中忽略了这点。


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题主刚好说反了,应该是在星球上1小时,等于在地球上7年,而造成这一结果的原因是“引力场造成的时间膨胀”效应。

什么是“引力时间膨胀”?

引力时间膨胀是指在引力场越强的地方,时间流速会变得越慢。这意味着在宇宙中,具有不同重力势能的区域,会出现不一样的时间流速现象。

其本质是爱因斯坦广义相对论描述的“时空扭曲”,天体的巨大质量可以扭曲周围的时空。而引力使时间变慢,只是其中的一个重要结论。而且科学家们已经通过在地球上不同的高度上放置“原子钟”,实验观测到了地球引力造成的时间差。只是地球引力造成的时间差极小,仅纳秒级别。

引力时间膨胀,是1907年爱因斯坦在狭义相对论的基础上,以“等效原理”推导出来的。

上面,是基于广义相对论的时间膨胀效应的计算公式。如果要理解这其中奥义,可以了解一下名为“爱因斯坦转盘”的思想实验。

“爱因斯坦转盘”中的“钟慢”思想

假想一个平面圆盘,让这个圆盘绕圆心作匀速转动,这个转动起来的坐标系就是一个非惯性系。假设有两个观察者,一个在圆心,一个在圆盘最边沿上一点。他们手里都拿着一个校准过的时钟,因为在圆心处没有线速度,而边沿处有线速度,根据狭义相对论“钟慢”的结论,圆心处的时钟会走的慢一些,而边沿处的时钟会走的快一些。

因为旋转的圆盘具有惯性力场,也就是惯性离心力产生的力场。这个场越靠近圆心越小,越靠近圆外沿越大,刚好对应着时钟的快慢变化。

而根据等效原理,惯性力场等效与引力场,所以就能得出“引力场越强,时间流速越慢”的结论。

另外,如果我们把这个思想实验中的时钟变成尺子,又会怎么样呢?

“爱因斯坦转盘”中的“尺缩”思想

现在两人手里都拿着之前校准过的尺子,来测量圆盘的半径和周长。

根据狭义相对论,在运动方向上尺子的长度会变短,而在运动的垂直方向上长度不会发生改变,因此,两人测量出的半径会是一样的,但测量圆周时,情况就不一样了。

在圆心的人会发现在边沿的人手中的尺子变短了,测得的周长就会大于2πR,也就是说π值变大了,或者说圆周率大于了我们日常定义的π值。

而在数学上,圆周率大于π的几何学叫做罗氏几何,圆周率小于π的几何学叫做黎氏几何。它们统称为非欧几何,也意味着空间的不同扭曲方式。



罗氏几何和黎氏几何,都是基于对欧式几何第五公理(平行线公理)的修改,而创立的两种新几何学。一个由苏联数学家罗巴切夫斯基创立,一个由德国数学家黎曼创立。

因此,圆心处的观测者会认为惯性力场使得外沿的空间发生了扭曲,而且惯性力场强度越大,空间扭曲程度越大。

同样,运动等效原理,惯性力场等效与引力场,所以就能得出“引力场越强,空间扭曲越大”的结论。

只是,转盘的惯性力场的空间分布,与星球引力场是相反的。比如,离产生引力的星球越近引力越强,而转盘是越靠近外沿力场越强。

所以,我们生活的现实空间,其实是圆周率小于π的黎曼空间

总结

时间流速的快慢,不仅受运动状态的影响,还受引力场的影响,而时空扭曲的解释能统一上面的两种情况,所以更接近本质。

而具体扭曲程度决定了时间的具体流速,在数学上以曲率来决定。

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题主所指的是《星际穿越》中的米勒行星吧!其实你的问题本身就存在问题,在《星际穿越》中,情况是这样的——米勒行星上的一小时相当于地球上的七年

那么为什么会出现如此神奇的情况呢?爱因斯坦的广义相对论表明,引力场越强,时空弯曲越明显,时间流逝得越慢。

这种效应在黑洞附近表现得尤为明显。而《星际穿越》中的米勒行星位于超级黑洞卡冈图雅附近。卡冈图亚产生的超强引力场使米勒行星上的时间流逝得极为缓慢,以至于上面的一小时就相当于地球上的七年。



值得一提的是,这种时间延缓效应不仅仅只是存在于爱因斯坦理论中,还已经得到科学家可靠的实验验证。