史蒂芬霍金:他的理论塑造科幻宇宙

黑焰影视美术 2018-09-09 15:32:34

写在前面的话:


在初春的中午听到霍金去世的消息,第一反应是有人逗迷妹儿玩,后来各大媒体纷纷出缅怀稿悼念这位科学家,迷妹儿才意识到时间的真实性。


谢耳朵大概会伤心吧,一个伟大的大脑停止了思考……R.I.P.



今天迷妹儿并不想谈霍金坎坷而辉煌的人生,也没有资格评判他的贡献或者存在的意义。


就从概念设计的角度,来跟黑焰小伙伴们分享,霍金的诸多著名理论是如何帮助塑造科幻世界的


从著名的《辛普森一家》到平克•弗洛伊德(摇滚乐队),霍金的思想在主流亦或是非主流文化中非常有影响力


▲ 霍金多次出现在辛普森一家,他称之为“美国电视上最棒的事情”。照片:Sherwin Crasto / AP


包括《星际迷航》《生活大爆炸》《万物理论》等诸多著名电视、电影作品都有他的出现(作为自己或者由电影中的其他人扮演)。


▲ 小雀斑埃迪在电影《万物理论》饰演史蒂芬霍金,并由此获得第87届奥斯卡最佳影片、最佳男主角奖。 照片:劳伦斯 Cendrowic / BBC


霍金的想法是过去几十年里很多科幻世界的基石,回顾其重要理论/假想是如何帮助塑造科幻世界,也许你会发现:这个科学家竟然对科幻世界中的概念设定做出如此大的贡献!



1大爆炸理论


大爆炸观点:宇宙是在过去有限的时间之前,由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的,并经过不断的膨胀与繁衍到达今天的状态。



当霍金在20世纪50年代和60年代通过牛津和剑桥的物理系时,公认的科学观点是,宇宙总是永远是,始终是,没有开始或结束 - 所谓的稳态宇宙学。


然而霍金最终决定和他的同事罗杰•彭罗斯(Roger Penrose)研究濒死恒星和它们形成的奇点,


大爆炸的想法并非霍金原创,但他的论文证明了它的工作原理。


▲ 霍金与《星际迷航》


10年后,当Arno Allan Penzias和Robert Woodrow Wilson发现了宇宙背景辐射,这是霍金物理学预测的第一次古代爆炸的剩余热量.


在霍金的所有想法中,大爆炸或许是最深远的影响。这是他在职业生涯中提炼出来的一个概念:为宇宙的无限性而辩论,为大爆炸之前的时间不存在提供了一个很好的例子。


与之相关的科幻世界


漫威电影宇宙的概念设定



漫威电影宇宙的麦格芬在第一阶段和第二阶段的特征和电视中,一直是无限宝石的各种化身。


无限宝石(过去被称为“灵魂宝石”)为漫威漫画中的六件虚拟宝石,分别控制力量、时间、空间、灵魂、现实和心灵。


它们几乎是宇宙中最早存在的事物,同时几乎是宇宙中最强大的物件。宝石的形态皆为长为4—5英寸,表面光滑的椭圆形。



力量之石——现位于灭霸的无限手套中,又名宇宙灵球,首次出场于漫威电影《银河护卫队》;


时间之石:又名阿戈摩托之眼,首次出场于漫威电影《奇异博士》;


空间之石:又名宇宙魔方,首次出场于漫威电影《美国队长》;


灵魂之石:位于非洲瓦坎达;


现实之石:又名以太粒子,首次出场于漫威电影《雷神2:黑暗世界》;


心灵之石:首次出场于漫威电影《复仇者联盟》镶嵌在洛基权杖上的黄色宝石。


根据电影剧本,这些宝石是六次预创造奇点的结果(之前没有时间)被大爆炸坍塌成口袋大小的世界末日武器。



2黑洞理论


除了大爆炸,霍金源于奇点研究的证据——黑洞是霍金最着名的主题。


所谓黑洞,是时空的一个区域,这个区域内的引力非常强大,以至于任何东西,甚至光都不能从中逃逸出来黑洞黑洞。长期以来,科学家们认为黑洞会吞噬一切。但1974年,霍金提出,黑洞一旦形成,就会“蒸发”辐射出能量,同时损失质量,这种辐射亦称为“霍金辐射”。



黑洞不是一颗死亡了的星体,它具有丰富的内涵。黑洞的霍金辐射理论表明,黑洞不仅具有一般的力学性质,而且具有量子性质和热性质。


黑洞内部有一个奇点,那是时间终结的地方。大爆炸宇宙有一个初始奇点,那是时间开始的地方。


彭若斯和霍金曾经证明过一个“奇性定理”,该定理表明,任何一个真实的时空都一定存在奇点,即一定存在时间有开始或终结的过程。



时间有没有开始和结束,原本是哲学家和神学家议论的话题,经过对黑洞和宇宙的研究,这一话题被纳入了物理学的领域。


黑洞科学是霍金家喻户晓的名字,推动了他作为科学普及者的职业生涯。而黑洞与虫洞混合在一起,就是科幻小说中的一个表现形式。


与之相关的科幻世界


《太空堡垒卡拉迪加》



美国科幻频道出品的一部军事科幻电视剧,由罗纳德•D•摩尔所创作。


该剧讲述了12个人类殖民地被机器种族赛昂人毁灭后,唯一一艘幸存的战舰卡拉迪加在舰长阿达玛的指挥下带领由近5万名幸存者组成的舰队寻找人类的第13个殖民地地球的旅程。



《星际迷航》


▲ 霍金与《星际迷航》


它描述了一个乐观的未来世界,人类同众多外星种族一道战胜疾病、种族差异、贫穷、偏执与战争,建立起一个星际联邦。


随后一代又一代的舰长们又把目光投向更遥远的宇宙,探索银河系,寻找新的世界、发现新的文明,勇敢地前往前人未至之地。


3虫洞


虫洞是当代科幻小说的重要组成部分。



尽管科学家们从未观察到虫洞,但虫洞在科幻电影中得到了极大的应用:例如:光速旅行,时间旅行,甚至宇宙间和宇宙间平行旅行。他们通过连接任意两个时空点(甚至多个空间时间)来实现这一点,而不管距离如何,从而允许两个端点之间的瞬间行进。 


霍金认为,操纵负能量可以稳定虫洞并使其在人类规模上双向穿越。


与之相关的科幻世界


《星际穿越》


在不远的未来,随着地球自然环境的恶化,人类面临着无法生存的威胁。



这时科学家们在太阳系中的土星附近发现了个虫洞,通过它可以打破人类的能力限制,到更遥远外太空寻找延续生命希望的机会。


一个探险小组通过这个虫洞穿越到太阳系之外,他们的目标是找到一颗适合人类移民的星球。在这艘名叫做“Endurance”的飞船上,探险队员着面临着前所未有,人类思想前所未及的巨大挑战。



 然而,通过虫洞的时候,他们发现飞船上的一个小时相当于地球上的七年时间,即使探险小组的任务能够完成,他们的救赎对于对地球上仍然活着的人来说已经是太晚。


飞行员库珀必须在与自己的儿女重逢以及拯救人类的未来之间做出抉择。


一个稳定的虫洞将我们的太阳系连接到另一个有潜在可居住性的太阳系星球,这在科幻作品中是一个令人兴奋的概念设想。



《星际旅行:深空九号》



虽然所有的星际迷航游戏都会随时与虫洞相呼应,这是第一个将虫洞描述为三维现象的设定,而不像宇宙中常见的扁平孔那样简单。


《雷神2:黑暗世界》



在漫威的电影宇宙中,托尔的阿斯加德通过彩虹桥Bifröst与各种世界(包括我们的世界)相连。这种传送方式在地球上表现为爱因斯坦罗森桥或虫洞。


4宇宙的终结


霍金所描述的宇宙是无限的。宇宙没有外部限制。也没有任何迹象表明宇宙会缓慢和收缩,死于一次大的紧缩。



事实上,这样一个无边无际的宇宙只能以一种方式结束,在极度难以想象的寂静中冷静地沉默——宇宙的热死亡。当所有的黑洞都蒸发了,宇宙中唯一的活动来自光子和稀薄的稀释。 


与之相关的科幻世界


《神秘博士》


故事讲述了一位自称为“博士”(The Doctor)的时间领主用他伪装成20世纪50年代英国警亭的时间机器塔迪斯与其搭档在时间、空间探索悠游、惩恶扬善、拯救文明、帮助弱小的故事。



其中一集,博士最终在宇宙的尽头,试图挽救最后一个人类。这大概取自于宇宙终结的设定。


5平行宇宙


也被称为多世界的解释,平行宇宙最普遍的概念意味着所有可能的替代历史和未来都是真实的,每个代表一个真实世界(或宇宙),就像我们自己一样真实。


其结果是假设存在一个近乎无限数量的宇宙,它们都是我们自己的变体和味道(可能包含我们每个人的变化和味道)。



许多非科学家通过薛定谔猫的悖论来解释这个概念,但是,霍金主张对平行宇宙进行多元宇宙解释,在宇宙中无限数量的宇宙与我们并存,并不局限于我们现实的变化,甚至可能具有完全不同的物理规律和常数。


实际上,霍金自己对黑洞及其相关信息佯谬的研究(暗示黑洞消耗的物质和能量可能被存放到另一个宇宙中)提出了这样的宇宙。


与之相关的科幻世界


《迷雾》


恐怖科幻电影,如果暂时忽略导演在改编中让人看到的痛苦结局。


在这里,我们可以看到另一个层面上的恶梦生物(和他们迷雾般的空气),通过陆军实验出错而在缅因州的一个小镇上松动。



尽管电影讨论的维度平行性很少涉及,然而电影中的幸存者正在与他们不明白,不能长久的事情作斗争。


6时间旅行


霍金的时间旅行很像费米悖论对外星生命的描述——如果它存在,它们在哪里?


霍金认为,未来游客的缺席是我们所需的时间旅行所需的所有证据 ,至少在过去是不可能的(至少在未来人们不会开发或使用)。


▲ 2009年6月28日,著名物理学家斯蒂芬-霍金曾举行了一场派对,邀请时间旅行者参加。不过,霍金在派对结束后才寄出请柬。


霍金假设了这条规则的两个例外:时间旅行可能只适用于宇宙时间适当扭曲的宇宙部分,或者在我们最终能够创造的这样的经线中。


这些规则意味着,时间的操纵要么以单向(根据广义相对论的未来)或者在有时间机器已经建立(而不是以前的任何时间点)的有限时间单位内流动。


因此,他打开了双向时间旅行的可能性,同时解释了现在为什么没有未来游客。



奇怪的是,霍金也认为,平行宇宙的存在意味着任何时间旅行者都不需要担心祖父悖论——回到过去的时间和防止自己出生的风险。


多世界的解释意味着历史总是个人独立的。他的想法还允许基于虫洞的时间旅行来控制时间膨胀和黑洞。


与之相关的科幻世界


《费城实验》


电影中描述一次实验后所发生的情形。Eldridge号消失在时间的缺口当中,两名在船上负责电力设备的船员在情急之下跳离船舰,便掉入时间的虫洞中。


当他们回过神来的时候,已经是一九八五年了。


原来那时海军在一处沙漠中也在进行同样的实验,产生的巨大磁场造成一个天空的破洞,这就是空间和时间的虫洞,刚好和一九四三年的时空缺口连结在一起。



负责这次实验正是当年费城实验的计划主持人,他万万没想到当年失踪的两位海军船员会再一九八五年再度出现。 


时空缺口不断将周围的东西吸入,宛如黑洞般,唯一解决之道就是关闭迷失在时空缺口中上的发电机,


主角,也就是其中的一位船员,穿着特殊装备从地面弹射进入时空缺口,回到船上,关闭发电机。但是他并没有回到过去,他跳下即将回到过去的号,决定留在一九八五年,和他新结识的女友在一起。



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