电影《星际穿越》中父亲比女儿小在理论上合理吗?

根据相对论,这样的事情肯定是可能的,也是合理的。

《星际穿越》是几年前的电影。如果我没记错的话,电影中有一幕主角来到了一个星球。因为这颗行星运行在一个大黑洞附近,根据广义相对论,引力可以影响时间,引力场越强,时间过得越慢。

所以就有了“一小时等于七年”的设定。每小时主角都在星球上,地球上已经过去了七年。

至于有些人疑惑为什么黑洞附近仍然有一颗完整的行星,为什么主角在穿越黑洞视界时没有被撕碎,关键在于黑洞的质量如此之大,以至于视界附近的潮汐力足够低,要知道潮汐力是导致物体碎裂的原因。

虽然潮汐力低,但不影响事件视界是单向电影的性质(好像电影里的黑洞是旋转黑洞,应该有两个视界,我记不清楚了),也就是说主角穿越视界后还活着,但回不来了。

除了引力对时间的影响,在狭义相对论中,速度对时间也有影响,这对于经常关注相对论的朋友来说应该是老生常谈了。

简单来说,如果飞船相对于观察者(比如地球上的人)移动得很快,那么观察者的时间与飞船的时间速度不一致,飞船的时间过得很慢。如果父亲在宇宙飞船上,女儿在地球上,当他们在旅程的终点相遇时,父亲可能比女儿年轻。

有人说这不就是双胞胎的悖论吗?运动是相对的。爸爸比女儿小,那个女儿可以比爸爸小几十岁!其实如果都是惯性系的话,这句话是对的,但也意味着爸爸再也回不来了,再也不会见面了。

如果他们相遇,那么这个过程中一定存在非惯性系,所以结论的相对性被打破了,只有父亲比女儿年轻。(注意特殊意义和广义相对论的本质区别在于时空是否弯曲,所以孪生问题属于狭义相对论,非惯性系只是改变了尺度,不影响时空。)