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潮汐力与“永恒”号的设计

“永恒”号拥有12个连接成圆环的舱体以及1个位于圆环中心的控制舱(见图19-1)。两艘“登陆”号和两艘“巡逻者”号停靠在“永恒”号的中央控制舱上。

在我对电影的科学解释中,“永恒”号被设计为能够在强大的潮汐力中幸存下来。这一点对于“永恒”号穿越虫洞之旅至关重要。“永恒”号圆环的直径是64米,这几乎是虫洞周长的1%。对于钢铁和其他固体材料组件来说,当它们受到的扭曲力超过大约几个百分点时,就会破裂或粉碎,所以危险是显而易见的。而对于“永恒”号在卡冈都亚那里的虫洞会遭遇到什么,我们还一无所知。因此,它的承受能力被设计为远大于虫洞的潮汐力。

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电影《星际穿越》剧照,由华纳兄弟娱乐公司授权使用

 

图19-1 “永恒”号。在其中央控制舱上停靠着两艘“巡逻者”号和两艘“登陆”号。“巡逻者”号朝向“永恒”号环状平面的外部;“登陆”号则平行于环状平面

细纤维能被弯曲成复杂的形状,并且纤维材料任何一个部分的扭曲都远远小于1%。关键在于纤维的细度。你可以想象“永恒”号的强度依赖于大量的沿圆环延伸的细纤维。就像一股缆绳能够撑起一座悬索桥,并且当强风吹过的时候能够按照需要弯曲一样。但是,那样会让圆环太容易变形。圆环需要能够较好地抵抗变形,这样在受到潮汐力影响的时候,它才不会形变太严重以至于导致舱体相互碰撞。

在我的解释中,“永恒”号的设计者们努力工作,使“永恒”号能够抵抗形变。同时,在遇到远强于预期的潮汐力时,“永恒”号虽产生形变却不会破碎。

曼恩星球上方轨道处的真实爆炸

当曼恩博士无意识地引发了一次大爆炸的时候,上述设计理念的确得到了回报。爆炸破坏了“永恒”号的圆环,破坏了环上的两个舱体,并使另外两个舱体受损(见图19-2)。

爆炸导致圆环以极快的速度旋转。它上面的舱体受到的离心力达到70 gees(即70倍地球引力;gee为引力单位,1 gee等于1倍地球引力)。它的破损端摇摆着相互远离,但是并没有破碎。在我的科学解释中,这是聪明的工程师们保守设计的一个极好例证。

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电影《星际穿越》剧照,由华纳兄弟娱乐公司授权使用

 

图19-2 左图:“永恒”号的爆炸。“登陆”号在其上方,曼恩星球在其下方。(10道径向光束是由摄像机镜头中光的散射导致的镜头眩光,并非来自爆炸。)右图:爆炸之后破损的“永恒”号

 

顺便提一下,电影里的爆炸给我留下了深刻的印象。因为没有空气用来传播声波——太空中的爆炸不会发出声音,所以“永恒”号的爆炸是无声的。在这类爆炸中,因为供给燃烧的氧气会快速扩散到太空中,所以火焰一定会迅速熄灭。确实,在电影中,爆炸的火焰很快就熄灭了。保罗·富兰克林告诉我他的团队为了实现这一点付出了很多努力,因为爆炸是发生在电影片场的真实一幕,而不是电脑制造出的视觉特效。这是克里斯托弗·诺兰对科学精确性所做承诺的又一个例子。

我们对于黑洞卡冈都亚周边环境的讨论将我们从行星物理(潮汐力形变、海啸、涌潮等),带到了卡冈都亚的振动以及对有机生命存活迹象的搜寻,又带到了工程问题(“永恒”号的坚固设计和它破坏性的爆炸)。虽然我非常喜欢这些话题,并且研究过它们中的绝大部分或在之基础上写过教材,但它们并不是我现在最热衷的部分。我现在的热情在极端物理上,即那些处于人类认知边缘以及超越我们认知范围的物理上。这正是我将要谈到的。