2017諾貝爾物理學獎與星際效應

標題錯了吧?應該是2017奧斯卡獎與星際效應吧！而且星際效應是2014年的電影，獲得當年奧斯卡最佳視覺特效獎，和2017有什麼關係？

2018年的諾貝爾物理學獎，由三位研究重力波的物理學家共同獲獎，獎勵他們對重力波的觀測結果，證實了愛因斯坦在一百年前所提出廣義相對論的假設：物質之間的萬有引力是以波的形式傳遞，重力波的傳播速速與真空光速相等。雖然愛因斯坦曾說：重力波相當微弱，可觀測的機會又很少，人類可能永遠無法觀測到重力波引起的現象。但是一百年後，終於有人成功觀測到，或說有人成功地證實了愛因斯坦的預測。三位獲獎科學家其中一位是基普．索恩Kip Thorne，他是導演克里斯多夫諾蘭的電影「星際效應」的科學顧問，也是該電影的監製。星際效應裡提到的任何科學原理和假設，若沒有基普同意點頭，一律不准搬上螢幕。

星際效應探討的主題雖然是未來地球的變遷，但是其中許多科學原理和假設都和相對論還有重力有關，尤其是重力造成的效應。而基普正是這領域的權威，因此獲邀成為電影的科學顧問和監製。基普要求諾蘭，第一：電影裡的內容不能違反已知的物理定律。第二：電影裡的推測都必須根據科學，不能只是編劇的憑空想像。關於星際效應裡提到的科學原理，包括重力對時間的影響，黑洞的理論，網路上有非常多資料可供參考。這裡有幾點比較不被注意的內容和大家分享。

在主角庫柏搭火箭離開地球的場景中，一開始火箭是垂直於地面發射升空，然後鏡頭切換到火箭外側，攝影機拍攝角度是從火箭外側向尾部(噴射推進器方向)拍去，當第一節推進器脫離時，可以看見海洋和大氣層中的雲朵，此時火箭前進方向是與地面垂直的。但是當第二節推進器脫落時，從火箭外向地球看去，可以看見地球弧形的地平線和大氣層厚度，火箭前進方向已經不是和地面垂直。而這才是真的火箭發射軌道，當火箭升空後，會逐漸調整前進方向，從和地平面垂直，調整到和地平線平行，藉著推進器的推力，逐漸使火箭加速到脫離地球引力範圍。導演在拍攝這場戲時，願意考證與科學事實相符的現象，並且正確的在電影中呈現，果然不是一般等級導演。而在火箭發射前，庫柏駕車離家前往NASA基地時，攝影機角度也是從車子側面向後往家門拍去，正像從火箭上拍地球一樣。當女兒莫非追出家門時，只看到父親開車離去後，車道上一路的煙塵，不正像是從地面看火箭升空時的模樣嗎？

當庫柏等四名太空人飛抵地球外太空站，要將漫遊者號與永續號太空站連接。連接完畢後，使用漫遊者號的推力，使環形結構的永續號轉動，因此位在永續號裡的太空人就有了模擬的重力。幾乎所有的太空科幻電影都無法(也不想)向觀眾交代，太空船內的重力從哪裡來。印象中只有「阿波羅13號」和「地心引力」出現太空人在太空艙中漂浮，其他包括異形系列，STAR TREK系列都無法解釋太空船(站)內的重力從何而來。當永續號太空站旋轉時，永續號環型結構的每一個艙，都會有脫離旋轉中心、向外甩出的慣性，一般都俗稱這是離心力。整個永續號裡的每一個人、每一個裝備、每一顆螺絲都有被甩出去的慣性，旋轉速度越快，沿切線飛出的慣性就越大。但是站在艙內的人(站立方向為腳底朝環形外側)因為受到艙體結構的支撐，當然不會甩出艙外，太空艙給了太空人向圓心的力量(向心力)，使太空人不致破艙而出。而向外甩出的慣性，成了虛擬重力的來源，艙體對太空人指向圓心的支撐力，就像人站在地面上，地面對人的支撐力一樣。當螢幕出現永續號旋轉製造模擬重力時，心中有難以言喻的高興，原因其一是我曾向學生說明如何在外太空模擬重力，沒想到可以在電影裡看到(其實在史丹利庫布力克的2001太空漫遊，已經有旋轉太空站)。其二是，有人在乎正確的科學，而且願意把正確的科學知識傳播出去，即使是一部商業電影。而不是胡謅一個重力產生器，按鈕一按下，然後就有重力了。在電影中後來幾名太空人在永續號內討論事情的場景，都可以看到每個太空人臉上週期性的光影變化，用來代表永續號仍在以旋轉產生模擬重力，所以永續號外星球，透過艙體照進來的光線會隨著艙體位置角度變化，而有週期性變化。而從一開始庫柏參觀NASA基地(為未來做準備)，到最後太空站的棒球場，都是環形的結構。電影最精采那段劇情，庫柏搶救受損的永續號，他必須使漫遊者號和永續號同步旋轉，才能成功連接，因此庫柏和布蘭德教授必須抵抗強大的慣性(不知道有幾倍G力)。不過這次兩人身體偏移的方向相反，不知是拍攝失誤？還是旋轉的中心就在兩人中間？

科學家的固執和堅持，加上電影家的理想和創意，我們才有一部不違背科學理論的好電影。科學家的態度的成就，獲得諾貝爾獎的肯定；電影家的創意，仍繼續為我們創造更多不只好看，而且很有意思的電影。