物理学基础与前沿专题》课程论文题目：《星际穿越》中的物理学姓林亚南名：学年号：…级：院理学院系：专学科教学（物理）专业业：任课教师.邹斌2014 年 12 月 30 日星际穿越》中的物理学一、为什么宇宙飞船要旋转？这是一个比较简单的问题。首先简单解释一下对于在太空飞行的宇航员来说何谓“失重。下面是一些关键点：（1）太空里仍有万有引力；（2）当宇航员（和飞船）只在万有引力的作用下加速时，宇航员就会有失重感；（3）对于宇航员来说，这种感觉就像重力“消失”了；（4）但人类并不怎么能感觉到重力，因为它作用于我们身体的每一个部分。事实上，我们将重量和接触到的外力，例如地面支撑我们的力，联系起来。我们称这种力为“表观重量”（apparentweight）。飞船当然受到引力，但引力都用来改变飞船的速度了。宇航员感到的“失重”，失去的其实是表观重量。而解决失重感的方法，就是对物体施加某种力，使之具有表观重量。图 1 地球上与飞船上的宇航员所受的力上面的图中有两个宇航员。左边那个站在地球上，右边那个站在宇宙飞船里。如果宇航员处于引力非常小的地方（如深空），唯一使他“感受到重量”的方法办法就是令地面对他施加支持力。这种情况下，右边的宇航员也能像左边的一样感受到重量。那么要如何在太空里对宇航员施加这个力呢？这就要从力的性质入手了。大家对下面这个公式应该十分熟悉：这个公式表明物体会在其受到的（净）合力下加速。力和速度都是矢量，现在我们只研究极短时间内物体的运动状况。在这个极短的时间段内，物体的平均加速度是：图 2 宇宙飞船中的宇航员的速度做圆周运动需要加速度，这一点其实我们早就知道了每次开车转弯时，你都能感受到这股沿着角加速度方向的力。宇宙飞船在旋转时的原理亦是如此。宇航员（在旋转飞船里）受到的表观重量只取决于两点圆周的半径和旋转的速度（通常用角速度表示）。以合适的速度做匀速圆周运动，飞船里的宇航员也可以获得表观重量。下面是在旋转飞船里的表观重量的表达式（用重力加速度 g 来衡量）：大的宇宙飞船（半径 r 比较大）不需要转得太快。如果飞船比较小，就要转快一些。图 3《星际穿越》中的宇宙飞船二、宇航员能活着穿过虫洞吗？(一) 虫洞是什么？虽然爱因斯坦和他的助手纳森•罗森(NathanRosen)最早不这么叫它，但是虫洞最初的确是他们的智慧结晶。当时他们正在试图用各方法来解爱因斯坦的广义相对论方程，以及用一个纯粹的数学模型来解释整个宇宙...
