電影科普講座-星際效應 活動報導

2015/05/08 – 下午 3:17

文/校園記者林育筠

2015 年春季,中央大學物理系、科學教育中心與中原大學理學院、理論科學中心合辦一系列電影科普講座;本系列第一場講座邀請到台灣大學物理系陳義裕教授,以電影〈星際效應〉為主題,講授應用於電影中有關相對論與時光穿越等物理原理,帶領聽講者一同領略物理與藝術結合的奧妙。

星際效應與相對論

陳義裕演講之初便提到,電影〈星際效應〉特聘請國際知名物理學家索恩為執行製作人與科學顧問,並運用到愛因斯坦相對論的概念,使電影中發生的科幻情節皆合乎物理原理。陳義裕解釋,相對論至今仍舊是世人無法完全詮釋的物理理論,看似十分神祕且難以理解,但其實並沒有想像中的困難。陳義裕指出,所謂相對論的原理,應先從不受外力加速、不轉動的觀察者講起,我們稱之為「慣性觀察者」;而慣性觀察者所處之觀察地即為「慣性坐標系」。當兩個慣性觀察者錯身而過,其所觀察到的物理定律皆為同樣形式,因此無法證明其所觀察到物體究竟是何者靜止、何者移動,此即是相對論的原理。陳義裕以移動中的火車所發出的光源與月台上的觀察者舉例,利用動畫呈現出當兩列火車向前跑時,在月台上的觀察者會感覺後方的車率先發光,但前方車所發出的光線會以較快的速度後發先至,與後方車所發出的光線同時抵達觀察點。此即基於相對論而生的現象。

而基於愛因斯坦提出的廣義相對論的原理──等效原理,我們即可合理解釋電影角色庫柏在環繞著黑洞的星球中誤耽擱了兩個小時,卻因為黑洞強大的重力場,致使星球上的時間過得十分緩慢;等到庫柏再次回到太空船上時,地球上的光陰已消逝了二十三年。這就是等效原理中,越靠近重力場(此處即為黑洞)者,時間會過得越慢,電影就是利用這個原理,營造出分秒必爭的氣氛。

吞食天地的黑洞

陳義裕進一步說明黑洞的形成原理──黑洞,就是將數以萬計的質量困鎖在極微小的半徑內,產生極為強大的重力場。而在此強大重力場的底端可能存在一個事件地平線;電影中的太空人若是落到事件地平線之後,則發生在其身上的任何事將再無人知曉。當今科學家已花了十六年的時間,偵測出黑洞附近二十多個恆星的軌跡,由於黑洞旁的星球因為受強大重力場影響,其潮汐會十分可觀。電影亦順勢引進此原理,創造出災難片的視覺效果。
另一關於重力場的科學原理「重力透鏡」也是因應黑洞而生的現象,原理即是光線受黑洞吸引而彎曲,因此可從不同角度看到同一物體。電影中亦應用此原理與吸積盤的觀念,促成片中絢麗的視覺效果,是為藝術與科學的巧妙結合。

穿越時光的蟲洞

片中提到關於穿越時空的片段,陳義裕解釋這就是利用蟲洞的原理。蟲洞,即是連接不同空間的時空隧道;就光學原理而言,也可以說是宇宙的另外一個形狀在其他時空被看見了。陳義裕指出,若是讓蟲洞兩端的出口具有時間差,時光機的概念就不是空想。相對論、蟲洞、黑洞,讓時空穿越不再只是哲學思考,而是真的可能實現的科學理論。陳義裕表示,基於高中物理學到的F=ma公式,即能合理推算出未來軌跡,因此穿越時光並非空談,或許有朝一日,〈星際效應〉裡的情節將不再只是虛幻光影,而是發生在你我周圍的真實事件。
「科學可以幫助娛樂業,娛樂業也可以幫助科學。」陳義裕笑談道。這部獲得奧斯卡視覺特效金像獎的電影,融合了政治正確的物理理論,讓藝術不只是藝術,還是能夠與科學完美結合的理論創作。陳義裕用淺顯易懂、幽默風趣的演講,帶領大家用另一種角度欣賞這部電影,也帶給了與會者一個融入理性科學與感性藝術的知性體驗。