笑谈宇宙，严谨科普：梁灿彬“《星际穿越》之黑洞与虫洞”讲座

校新闻网讯（记者 叶晓昀）黑洞到底是什么？如何穿越虫洞？宇宙奇景引人入胜，却又令人费解。2015年4月14日19:00，伴随电影《星际穿越》悠扬空灵的配乐，北京师范大学著名物理学教授梁灿彬在逸夫科研楼102教室带领听众们进行了一场穿越虫洞探索黑洞的旅程。

活动现场

一头银发、精神矍铄的梁灿彬教授首先为在场听众们复习了光速、光年、星系等基础天文学常识，之后便结合《星际穿越》电影剧情进行一系列科普知识讲解。

梁灿彬教授

他首先讲解了剧情中实现星际穿越的途径——虫洞，通过幻灯片直观地展示了虫洞的形状和穿行虫洞的方式。他将线轴类比为虫洞，带领听众用撑杆跳的运动轨迹来理解穿越虫洞的轨迹，并特别澄清了几个对虫洞的普遍误解。他讲解道，从三维空间去理解，虫洞口实际上呈球形，飞船穿越虫洞应绕球面航行；虫洞是星际航行的捷径，并不是因为它的绝对距离短，而是因为虫洞内外的时空尺度相去甚远，“虫洞内的时空尺度远比虫洞外的时空尺度短”。

“黑洞真奇妙，不听你不知道！”梁灿彬一句顺口溜把话题引向黑洞的神秘世界。他认为，黑洞作为大型恒星在自身引力作用下坍缩形成的天体，主要有两个特征：奇点与视界。恒星在自身引力作用下坍缩为一点，称为奇点。奇点具有极强的引力，可以将周围所有粒子包括光子吸引穿过一层有进无出的单向膜进入内部，膜内漆黑一片，故被称为黑洞。而这层黑洞内不可视区域和黑洞外可视区域的分界的单向膜则被称为视界。“奇点，奇得要命；视界，妙不可言！”梁教授风趣总结道。

随后，他运用不同的理论，重点解释了《星际穿越》中几个特殊的情节设计。

为什么电影里巨浪星上一小时等于地球上7年？梁灿彬引入了相对论中的两个钟慢效应：狭义相对论的动钟变慢效应，即高速运动的物体上钟表会走慢；广义相对论中的引力场钟慢效应，即引力场强处钟表变慢。巨浪星因为靠近黑洞，受引力极强，故时间流逝较慢。紧接着，梁灿彬教授又举例说明相对论知识对GPS导航系统运行的帮助。GPS系统在运行初期，曾出现误差积累导致无法准确定位的问题，而这个问题竟可以通过两个钟慢效应解释：GPS卫星绕地球旋转，速度较大，故卫星上的钟每天慢7微秒，地球上的汽车受地球引力较强，汽车上的钟每天慢45微秒，所以每天相对产生38微秒的误差。时间微秒数乘以光速后，每天的坐标定位误差便达到11.4公里。“普通大众对相对论的印象就是‘齁难！齁没用！’”，梁灿彬教授调侃道，“其实相对论知识已经进入了everybody’s everyday life”。英汉混杂方言，引得台下笑声连连。

黑洞会吸引光子，为何电影中的黑洞仍然会发亮？梁灿彬总结了两个原因：首先，星际物质被吸引，以黑洞为中心进行高速旋转，旋转中颗粒摩擦升温，向外发光，形成黑洞周围一圈灿烂夺目的“吸积盘”；其次，在引力场中光线由曲线传播，黑洞在观测点形成了引力透镜效应，黑洞周围的光亮实则是远处恒星的光。

“线的边界是2个点，面的边界是4条线，立方体的边界是6个面……所以，超立方体边界是8个三维边界体。”通过幻灯片详尽的图文展示和清晰简单的语言，梁灿彬教授化繁为简、从低维理解高维，巧妙地解释了电影中惊艳的高维超立方体结构。

讲解结束后，梁灿彬教授还耐心回答了学生们提出的疑问。

提问环节

本活动由校学生会学术实践部举办。