可视化电影《星际穿越》中的虫洞
广义相对论与量子宇宙学
2015-06-11 v3 科普物理
摘要
克里斯托弗·诺兰的科幻电影《星际穿越》为广义相对论理论初级课程的学生提供了多种机会。本文描述了这些机会，包括：(i) 在动机层面，电影中看到的虫洞可视化背后的基本相对论概念的方式。(ii) 在最简要的计算层面，使用简单但引人入胜的虫洞度规进行有益的计算，包括例如为我们的视觉效果团队和克里斯托弗·诺兰在规划电影可能虫洞几何时使用的三参数虫洞构建嵌入图。(iii) 将相机的固有参考系与测地线方程的解相结合，构建从相机局部天空向后追溯时间到虫洞两个天球的光线追踪映射。(iv) 实现此映射，例如在Mathematica、Maple或Matlab中，并利用该实现构建相机在虫洞附近或内部时所见图像。(v) 利用学生的实现，探索虫洞的三个参数如何影响相机所见——这正是克里斯托弗·诺兰使用我们的实现为《星际穿越》的虫洞选择参数的方式。(vi) 利用学生的实现，探索虫洞的爱因斯坦环，特别是环附近星像的奇特运动；并探索穿过虫洞的样子。
引用
@article{arxiv.1502.03809,
title = {Visualizing Interstellar's Wormhole},
author = {Oliver James and Eugenie von Tunzelmann and Paul Franklin and Kip S. Thorne},
journal= {arXiv preprint arXiv:1502.03809},
year = {2015}
}
备注
14 pages and 13 figures. In press at American Journal of Physics. Minor revisions; primarily insertion of a new, long reference 15 at the end of Section II.A