快,外星飞船是怎么运作的?

这篇文章是关于这部电影的到达;这里没有电影剧透。

拖车到来形象

连接好莱坞

“这是一个有趣的剧本,”我们公关团队的某个人说。对于我们来说,电影制作人要求我们在电影中展示我们的图像、海报或书籍是很常见的。但这次的要求有所不同:我们能否紧急帮助一部即将开拍的好莱坞大型科幻电影制作出逼真的屏幕?

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嗯,在我们公司,不寻常的问题最终会出现在我的收件箱里,这个问题也是如此。巧合的是,通过放松和专业兴趣的结合,我可能已经基本上看过了过去几十年里出现的每一部主流科幻电影。但仅从暂定片名(《你的人生故事》)来看,我甚至不清楚这部电影是不是科幻电影,或者它到底是什么。

但后来我听说是关于第一次与外星人接触的,所以我说“当然,我会读剧本的”。是的,这是一个有趣的剧本。复杂,但有趣。我不知道这部电影主要是科幻小说还是爱情故事。但其中确实有一些有趣的科学相关主题——尽管夹杂着一些似乎没有意义的东西,以及少量的科学失言。

当我看科幻电影的时候,我不得不说,我经常会感到尴尬,想:“有人在这部电影上花了1亿美元,但他们却犯了一些无端的科学错误,如果他们问对了人,这些错误本可以立刻得到纠正。”所以我决定,尽管这对我来说是一个非常忙碌的时刻,我应该参与到现在被称为到达我个人会尽我最大的努力让它科学化。

我认为,好莱坞电影往往没有得到应有的科学投入,这有几个原因。首先,电影制作人通常对电影的“科学纹理”并不敏感。他们能分辨出人类水平上的情况是否不正常,但他们通常不能分辨出科学上是否有问题。有时,他们甚至会打电话给当地的大学寻求帮助,但太多的时候,他们会被送到一个超专业的学者那里,而他不会很有效地告诉他们他们的整个故事是错误的。当然,平心而论,科学内容通常不会影响电影的成败。但我认为有好的科学内容,比如说,好的布景设计可以帮助提升一部好电影的伟大。

作为一家公司,我们在与好莱坞合作方面有一定的经验,比如编写所有的六季的数学节目Number3Rs.我个人并没有参与其中——尽管我有一些在电影方面帮助过我的科学朋友。有杰克·霍纳,他曾致力于侏罗纪公园最后(正如他所说的)他所有的古生物学理论都出现在电影中,包括那些被证明是错误的理论Kip Thorne以最近的胜利而闻名检测引力波),他在80多岁时开始了自己的第二职业,这是最初的推动力星际的-还有谁用Mathematica制成原始的黑洞视觉效果.从更早的时代就有了马文•明斯基谁为我咨询人工智能《2001太空漫游,及艾德·弗雷德金谁以相当古怪的福尔森博士的模型为止当成.最近Manjul Bhargava十年来,他一直在成为知道无限的人,最终在数周的编辑会议中仔细地“观察数学”。

所有这些人都在电影制作的早期就参与了电影制作。但我认为,在电影即将开始拍摄时参与电影制作至少有一个优势,那就是人们知道电影实际上会被制作出来(是的,在好莱坞,这类事情的信噪比通常非常高)这也意味着我的角色是明确的:我所能做的就是努力提升和理顺科学;甚至不值得考虑改变情节中任何重要的东西。

这部电影的灵感来源于一个有趣的1998年的短篇故事泰德蒋介石.但这是一个概念复杂的故事,从数学物理中提取了一个相当技术性的概念——我并不是唯一一个想知道如何能把它拍成电影的人。尽管如此,一份120页的剧本基本上做到了这一点,从原始故事中加入了一些科学元素,并添加了很多东西,大部分仍处于一种“lorem ipsum”状态。于是我开始工作,发表评论,提出建议,等等。

几周后......

切到几周后。我的儿子克里斯多夫我到达了片场到达在蒙特利尔。最新的x战警电影正在隔壁的一个大型片场拍摄。到达是一个更适度的设施。当他们在拍摄直升机内部的场景时,我们就到了那里。我们看不到演员,但我们正在观看“视频村”监视器,以及几个生产商和其他人。

我听到的第一句话是“我已经准备了一个问题清单[给外星人],从二进制序列开始……”。我说:“哇,我建议你这么说!这是太好了!”但还有另一种看法。一个词变了。然后还有更多的镜头。是的,对话听起来更流畅。但是意思是不对的。我意识到:这比我想象的要难。大量的权衡。 Lots of complexity. (Happily, in the final movie, it ends up being a blend, with the right meaning, and sounding good.)

过了一会儿,拍摄中断了。我们交谈艾米•亚当斯他在剧中扮演一名被指派与外星人交流的语言学家。她花了一些时间跟踪一个当地的语言学教授他热衷于讨论一个人使用的语言在多大程度上决定了他的思维方式这个问题——这是我作为一个计算机语言设计师长期以来一直感兴趣的话题。但制片人真正想让我跟他们谈谈杰瑞米。雷纳他在电影中扮演一位物理学家。他现在感觉不太舒服,所以我们就去看他们搭建的“科学帐篷”,并考虑用它来制作什么样的视觉效果。

我和克里斯托弗套装

编写代码

剧本清楚地表明,将会有许多有趣的视觉效果的机会。虽然我觉得这很有趣,但我个人并没有时间去创造它们。不过,幸运的是,我的儿子克里斯托弗(christopher)——他是一个速度非常快、非常有创造力的程序员——对这样做很感兴趣。我们本希望能把他送到片场一两个星期,但后来发现他还太年轻,所以他开始远程工作。

他的基本策略很简单:只要问“如果我们真的这样做,我们会做什么分析和计算?”。我们有一个外星着陆点的列表;模式是什么?我们有关于航天器形状的几何数据;它的意义是什么?我们有外星的“笔迹”;这意味着什么?

拼贴的可视化

电影制作人给了克里斯托弗原始数据,就像在现实生活中一样,他试图分析这些数据。他把每个问题都变成了各种各样的问题Wolfram语言代码和可视化。

克里斯托弗很清楚电影中所示的代码往往没有意义(无论上下文如何,似乎都是nmap.c的源代码在Linux中)。但他想要创造出有意义的代码,并能真正进行电影中所进行的分析。

地理信息[{{厚度[0.001],{红色,GeoPath /@ (List @@ EdgeList[NearestNeighborGraph[landingSites, 3]])}, Table[#, Quantity[n, 3)" title="GeoGraphics[{Thickness[0.001], {Red, GeoPath /@ (List @@@ EdgeList[NearestNeighborGraph[landingSites, 3]])}, Table[GeoDisk[#, Quantity[n, "Miles"]] & /@ landingSites, {n, 0, 1000, 250}], Red, GeoStyling[Opacity[1]], GeoDisk[#, Quantity[50, "Miles"]] & /@ landingSites}, GeoRange -> "World", GeoProjection -> "WagnerII", GeoZoomLevel -> 3]]" width="548" height="384" class="alignnone size-full wp-image-12578">

Module[{i = image from previous output, corners = ImageCorners[i, 3,0.1, 5]}, Show[{i, Graphics[{{Orange, Thickness[0.003], Outer[If[#1 === #2, {}, {Opacity[3000/EuclideanDistance[#1, #2]^2], Line[{#1, #2}] &, corners, corners, 1]}, {EdgeForm[Green], FaceForm[], Rectangle[# - 10],# + 10] & /@ corner}}]}]

在最后一部电影中,屏幕上的视觉效果是克里斯托弗创造的,他创造的,和单独放置的。偶尔可以看到代码。就像有一个重新安排外星人“笔迹”的好镜头,其中一个看到了一个Wolfram语言笔记本,里面有相当优雅的Wolfram语言代码。是的,这些代码行实际上完成了笔记本里的转换。这是真实的东西,需要进行真实的计算。

星际旅行理论

当我第一次开始看这部电影的剧本时,我很快意识到,要想提出连贯的建议,我真的需要拿出一个具体的理论来解释可能发生的事情。不幸的是,时间不多了——最后我基本上只有一个晚上的时间来发明星际空间旅行的方法。以下是我为电影制作人写的关于那天晚上我所做的事情的开头(为了避免剧透,我不会再展示更多了):

星际飞船科学(小说)

显然,所有这些物理细节在电影中都不是直接需要的。但仔细考虑这些问题,对于对剧本提出一致的建议非常有用。他们引出了各种科幻小说里的对话。这里有一些(可能是更好的)没有进入最终脚本的内容。“整艘飞船像一个巨大的量子粒子一样穿过太空”。“外星人必须直接操纵时空网络普朗克尺度”。"飞船外壳周围有时空湍流"“这就好像飞船的外壳有无数种原子,而不仅仅是我们知道的115种元素”(这就好比用单色激光照射飞船,看到它像彩虹一样回来)。对于像我这样的“真正的科学家”来说,想出这样的东西是很有趣的。这是一种解脱。尤其是每一个科幻对话都能让人进入一场漫长、严肃的物理讨论。

对于这部电影,我想对星际旅行有一个特别的理论。谁知道呢,也许在遥远的将来有一天它会被证明是正确的。但到目前为止,我们当然不知道。事实上,据我们所知,只有一些简单的“黑客”在现有的物理这将立即使星际旅行成为可能。例如,甚至我在1982年做的一些工作这意味着,根据标准量子场论,人们应该能够不断地从真空中提取“零点能量”,这几乎是自相矛盾的。这些年来,这个基本机制可能已经成为星际旅行中引用最多的潜在推进源,尽管我自己并不相信它。(我认为它把材料理想化得太远了。)

也许(就像最近流行的那样)有一种更普通的方式来推动至少一个小宇宙飞船,用激光的辐射压力把它至少推到附近的恒星。或者也许有办法做到"黑洞工程“在时空中建立适当的扭曲,甚至在标准的爱因斯坦引力理论中。重要的是要认识到,即使(什么时候?)我们了解物理学的基本理论,我们仍然不能立即确定,例如,是否有可能以超光速旅行在我们的宇宙中。有没有什么方法可以建立量子场和黑洞的构型,让事物这样运动?计算不可制定(相关不确定性,哥德尔定理停止问题等)告诉人们,对于配置可能需要的复杂程度和设置难度,并没有上限。最终,人们可能会用尽宇宙历史上所有的计算——甚至更多——试图发明所需的结构,却永远不知道是否不可能。

物理学家是什么样的人?

当我们参观片场时,我们终于见到了杰瑞米·雷纳。我们发现他坐在拖车的台阶上抽着烟,看上去完全是我在几部电影中看到的那种坚毅的动作冒险家的样子。我想知道最有效的方式来交流物理学家是什么样的人。我想我应该开始讲物理了。于是我开始解释与电影相关的物理理论。我们讨论的是空间,时间,量子力学,超光速旅行等等。我把我听到的一些故事加了进去理查德-费曼关于“在现场做物理”曼哈顿项目.这是一场充满活力的讨论,我想知道我表现出了什么怪癖——这可能是物理学家的典型特征,也可能不是。(我忍不住想起来了奥立佛·沙克斯告诉我他看到自己有那么多怪癖是多么不可思议罗宾·威廉姆斯他已经接受了醒来只接触了一点点,所以我想知道杰里米在这几个小时内会从我身上学到什么。)

杰里米渴望了解科学与电影故事的关系,以及外星人和人类在不同时刻的感受。我试着谈论在科学中搞清楚事情是什么感觉。然后我意识到最好的事情是通过做一些Wolfram语言实时编码来实际展示它。根据剧本的编写方式,杰里米实际上应该在镜头前使用Wolfram语言(就像——我很高兴地说——许多现实生活中的物理学家一样)。

克里斯托弗展示了他为电影编写的一些代码,以及控制使动态工作然后我们开始讨论如何开始计算代码。我们做了一些预备工作。然后我们开始运行,进行实时编码。这是我们根据pi的数字制作的第一个例子,我们一直在讨论与SETI或接触(书的版本)或其他东西:

RealDigits [PI,10,100] [1]]

对外星人说什么

到达部分是关于星际旅行。但更重要的是,一旦外星人出现在这里,我们该如何与他们沟通。我想了很多外星情报.但大多数情况下,我考虑的是一个比到达那里没有外星人或宇宙飞船的证据,我们唯一拥有的是一些稀薄的数据流,比如来自无线电传输的数据,甚至很难知道我们得到的是什么认为这是“智慧”的证据(请记住,例如,就连天气也常常复杂到让人觉得它“有自己的想法”)。

但是在到达,外星人就在这里。那么我们应该如何开始与他们交流呢?我们需要一种不依赖于人类语言或人类历史细节的通用的东西。好吧,如果你和外星人在一起的话,有一些物理物体可以指出来。(是的,这假设外星人有一些离散物体的概念,而不仅仅是一个连续体,但当他们拥有宇宙飞船等时,这似乎是一个相当安全的赌注。)但是如果你想更抽象一点呢?

那么,数学总是存在的。但数学真的是普遍的吗?建造宇宙飞船的人一定要知道素数、积分或傅里叶级数吗?当然,在我们人类的技术发展中,这些是我们需要了解的东西。但还有其他的东西(也许更好)吗技术之路?我想是的。

对我来说,最普遍的抽象形式似乎与我们宇宙的实际运行有关,那就是我们通过观察可能的程序的计算宇宙.我们练习过的数学她在那里出现了吗.但是,其他各种各样的抽象规则集合也是如此。我之前意识到的是,其中很多都是非常相关的,而且实际上对生产技术

那么,好吧,如果我们纵观可能的程序的计算宇宙,我们会挑选出什么是合理的普遍现象来与来访的外星人进行抽象的讨论?

一旦人们可以指向离散的物体,就有可能开始讨论数字,首先是一元,然后可能是二元。这是我为这部电影做的笔记的开头。文字和代码是供人类消费的;对于外星人来说,他们只需要主要图形的“闪存卡”:

建立沟通

好了,在基本的数字和一些算术之后,接下来是什么?有趣的是,我们到目前为止所讨论的并没有反映出人类数学的历史:尽管它们是多么的基础(以及它们在非常古老的传统中出现,如易经)二进制数只在最近才受欢迎,在很多更难的数学思想之后很长。

所以,好吧,我们不需要遵循人类数学或科学的历史,也不需要遵循人类学习数学或科学的顺序。但我们需要找到一些可以被非常直接地理解的东西——不需要外界的知识或语言。举个例子,如果我们在没有背景的情况下挖掘它们在一些考古挖掘中。

好吧,碰巧有一类计算系统是我研究了几十年的,我认为它非常符合要求:元胞自动机.它们基于简单的规则,易于直观显示。它们通过反复应用这些规则来工作,并经常生成复杂的模式——我们现在知道,这些模式可以用作各种有趣技术的基础。

蜂窝自动机

从细胞自动机的角度来看,人们实际上可以开始建立一个完整的世界观,或者,正如我所写的关于这些东西的书所说,一种新的科学. 但是,如果我们想在人文科学和数学领域传播更传统的思想,该怎么办?那我们该怎么办?

勾股定理也许我们可以从展示二维几何图形开始。高斯早在1820年左右,人们就提出可以雕刻出一幅标准视觉效果的图片勾股定理离开西伯利亚森林,让外星人看到

不过,这很容易惹上麻烦。我们可以考虑柏拉图立体。是的,3D打印输出应该可以工作。但是2D透视图渲染在很多细节上依赖于我们特定的视觉系统。网络更糟糕:我们怎么知道这些连接节点的线代表抽象的连接?

人们可能会考虑逻辑:也许开始显示逻辑的真定理.但要如何呈现它们呢?无论如何,我们必须有一种符号表示:文本,表达式树,或者其他东西。从我们现在对计算知识的了解来看,逻辑并不是表示一般概念的一个特别好的全局起点。但在20世纪50年代,这并不清楚,有一个迷人的书(我的复印件在一套到达),试图建立一种完整的方法,用逻辑与外星人交流:

林科斯书籍封面

但是关于数字的事情呢接触(电影),质数是关键。好吧,尽管质数在人类数学的历史上很重要,但在今天的技术中,质数实际上并没有太大的作用,而且当质数发挥作用时(比如在公开密钥密码系统中),人们使用质数似乎是偶然的。

在无线电信号中,质数一开始可能看起来像是很好的“智力证据”。当然,质数可以由程序生成——实际上是由相当简单的程序生成的,例如包括细胞自动机因此,如果我们看到一系列的素数,这并不能直接证明它背后有一个复杂的文明;它可能只是来自一个简单的程序,不知何故“自然产生”。

我们可以很容易地用直观的方式来说明质数(不仅仅是指不能以非平凡矩形排列的物体数量)。但进一步研究它们似乎需要一些无法如此直接表示的概念。

先锋10牌匾的水干图很容易陷入隐含的假设大量的人类背景。先锋10-人类的人工制品,比任何其他的都深入星际空间(目前大约)110亿英里,这是关于距离的0.05%α半人马座)——这是我最喜欢的一个例子。那艘飞船上有一块铭牌上面有一个波长的表示法氢的21厘米谱线.现在表示最明显的方式可能只是21厘米长的线。但在1972年回来卡尔·萨根还有一些人决定做一些“更科学的”问题是,这张图依赖于人类教科书中的惯例,比如使用箭头来表示量子自旋,而这些量子自旋实际上与基本概念无关,并且非常具体地描述了科学如何发展的细节为我们人类发展。

但回到到达.问“你在世上的目的是什么?”“除了谈论二进制序列或细胞自动机之外,我们还必须走得更远。这是一个非常有趣的问题,它与现在世界上非常重要的事情非常相似:与AIs通信,以及定义什么他们应该有的目标或目的(尤其是“善待人类”)。

在某种意义上,人工智能有点像地球上的外星智能。到目前为止,我们唯一真正了解的智能是人类的智能。但不可避免的是,我们看到的每一个例子都包含着人类状况和人类历史的所有细节。那么,不分享这些细节的智力是什么样子的呢?

我从基础科学中发现的一件事就是并不是一条清晰的界限介于“智能”和“计算”之间。像细胞自动机——或者天气——正在做的事情和我们的大脑一样复杂。但是,即使在某种意义上它们在“思考”,它们也不是像人类那样在思考。他们不分享我们的背景和细节。

但是,如果我们要就像目的这样的事情进行“沟通”,我们就必须找到一些方法使事情保持一致。在AI的例子中,我实际上一直致力于创造一个我称之为“象征性话语语言“这是一种表达对我们人类重要的概念的方式,并将它们传达给人工智能。”有一些短期的实际应用,比如建立智能合约。还有一些长期目标,比如为ai的一般行为定义一些类似“构成”的东西。

嗯,在与外星人交流时,我们必须建立一种共同的“通用”语言,使我们能够表达对我们很重要的概念。这可不容易。人类自然语言是建立在人类状况和人类文明史的基础上的。我的符号话语语言实际上只是试图捕捉对人类重要的东西,而不是对外星人重要的东西。

当然,在到达,我们已经知道外星人和我们分享了一些东西。毕竟,就像地球上的巨石一样《2001太空漫游,即使从形状上我们也能认出外星人的宇宙飞船作为人工制品.它们看起来不像奇怪的陨石之类的;它们看起来就像某种东西“故意”

但是什么目的呢?目的并不是可以抽象定义的东西。这是一种只有在整个历史和文化框架中才能定义的东西。所以要问外星人他们的目的是什么,我们首先必须让他们理解我们运作的历史和文化框架。

不知为什么,我在想,有一天我们会开发出人工智能,让我们可以开始问它们它们的目的是什么。在某种程度上,我认为这将是令人失望的。因为,就像我说过的,我不认为目的有任何有意义的抽象定义。所以AI不会告诉我们任何“令人惊讶”的事情。什么它考虑它的目的将只是其详细历史和背景的反映。而对于人工智能——作为其最终创造者——我们碰巧有相当大的控制权。

当然,对于外星人来说,情况就不一样了。但这是到达是关于。

这部电影的过程

我一生中花了很多时间在做大项目上,我总是好奇任何类型的大项目是如何组织起来的。当我看电影的时候,我是那种会一直看完演职员表的人。所以对我来说,近距离拍摄电影是非常有趣的到达

就规模而言,拍一部像到达一个项目的大小是否与发布一个主要的新版本相同Wolfram语言.很明显,它们有一些相似之处,也有很多不同之处。

两者都涉及各种各样的想法和创造力。两者都需要结合很多不同的技能。两者都必须将所有东西整合在一起,才能最终创造出连贯的产品。

在某些方面,我认为电影制作人比我们软件开发者更容易。毕竟,他们只需要做一件人们可以观看的东西。在软件方面,尤其是在语言设计方面,我们必须让不同的人可以以各种不同的方式使用软件,包括我们无法直接预见的方式。当然,在软件开发中,您总是需要开发新版本,以逐步改进;在电影里你只有一次机会。

在人力资源方面,软件确实比电影更容易到达.管理良好的软件开发往往具有某种稳定的节奏,因此一个人可以与一致的团队进行一致的工作,持续数年。在拍电影的时候到达一个人通常会在很短的时间内带来一系列的人,他们以前可能从来没有见过面。对我来说,这能行得通真是太神奇了。但我想,多年来,电影行业中的许多任务已经变得足够标准化,有人可以在那里待上一两个星期,做一些事情,然后成功地把它交给另一个人。

在我的一生中,我已经领导了几十个主要的软件发布。有人可能会认为,到目前为止,我已经到了这样一个点,做一个软件发布将只是一个平静和直接的过程。但它从来都不是。也许这是因为我们总是尝试着做一些新颖和创新的事情。或许这只是此类项目的本质。但我发现,要想让项目达到我想要的质量水平,总是需要极大的个人投入。是的,至少在我们公司,总是有非常有才华的人在做这个项目。但不知何故,总有一些事情是没人预料到的,这需要大量的精力、专注和推动把它们放在一起。

有时,我想象这个过程可能有点像拍电影。事实上早年的Mathematica,例如,我们甚至曾经有“软件信用”,看起来很像电影信用,只是贡献者的类别通常是我自己编造的(“主要软件包开发人员”、“表达式格式”、“主要字体设计师”…).但是大约十年后,认识到对不同版本的贡献拼凑在一起变得太复杂了,因此我们不得不放弃软件学分。尽管如此,有一段时间我还是认为我们应该尝试举办“包装派对”,就像电影一样。但不知何故,当预定的派对到来时,总会出现一些关键的软件问题,而关键的贡献者不能来参加派对,因为他们正在解决它。

软件开发或至少是语言开发与电影制作在结构上也有一些相似之处。一个人从一个脚本开始,一个关于他希望最终产品是什么样的整体规范。然后一个人真的试着去建造它。然后,不可避免地,当一个人看到自己拥有的东西时,他意识到自己必须改变规范。在像这样的电影里到达,这是后期制作。在软件领域,它更多的是开发过程的迭代。

对我来说,看到剧本和我提出的建议如何在制作过程中传播开来是很有趣的到达.这让我想起了我是如何,至少,做软件设计的:一切都变得越来越简单。我建议一些修改对话的详细方法。“你不应该说(艾米·亚当斯这个角色)微积分不及格;她太善于分析了。”“你不应该说宇宙飞船来了一百万光年;那是在银河系之外;还是说一万亿英里吧。”改变就会发生。但之后事情会变得更简单,核心理念会以更简单的方式传达出来。 I didn’t see all the steps (though that would have been interesting). But the results reminded me quite a lot of the process of software design I’ve done so many times—cut out any complexity one can, and make everything as clear and minimal as possible.

你会写白板吗?

我的贡献到达主要集中在2015年夏初电影拍摄时。近一年来,我听到的都是电影“后期制作”。但今年5月,我突然收到一封电子邮件:我能为电影在白板上紧急写一些相关的物理吗?

有一个场景艾米·亚当斯在白板前,并写在白板上是什么场景拍摄时基本高中物理的顶级物理一个期望人们喜欢电影里的杰瑞米·雷纳的角色。

有点有趣的是,我想我以前从未在白板上写过很多东西。30多年来,我基本上在所有的工作和演讲中都使用电脑,在那之前,主流的技术是黑板和投影仪的透明。尽管如此,我还是按时在办公室里准备了一块白板,开始写(用我现在已经很少使用的笔迹)一些我认为优秀的物理学家在试图理解刚刚出现的星际飞船时可能会想到的东西。

这是我的想法。白板上的大空间让Amy Adams(尤其是她的头发)更容易在白板前移动。(最后,白板又为最后一部电影重写了一次,所以这里的内容并不是电影中的细节。)

白板

在写白板的时候,我把它想象成一个杰里米·雷纳(Jeremy Renner)或他的同事们记录有关宇宙飞船的著名想法以及与之相关的公式的地方。过了一段时间,我终于有了一个关于物理事实和猜测的故事。

这是一个关键:

白板键

(1)也许宇宙飞船有它奇怪的(这里,画得不好)拨回-喜欢形状,因为它在移动时会旋转,产生引力波在时空过程中。

也许宇宙飞船的形状经过某种优化,以产生最大强度的某种图案引力辐射

这是爱因斯坦的原来的公式由质量分布变化而发出的引力辐射的强度。Qij四极矩分布的,由所示的积分计算。

(4)有高阶项,这取决于高阶多极矩,由航天器质量密度的这些积分计算ρ(Ω)加权球面谐波

(5)引力波会引起以四维张量表示的时空结构的扰动Hμν

也许宇宙飞船在这些引力波的作用下,以某种方式“游”过时空。

(7)也许在宇宙飞船的外壳周围,有一个引力扰动“在时空结构中,与幂律相关的动荡人们看到周围的物体在流动。(或者宇宙飞船只是在它周围“沸腾时空”……)

这是Papapetrou方程对于如何自旋张量演变为广义相对论,作为适当时间的函数τ

(9)测地运动方程描述事物如何在(可能弯曲的)时空中移动。Γ是Christoffel符号由时空结构决定。是的,我们可以直接用NDSolve在Wolfram语言。

(10)爱因斯坦的等式对于由移动的质量产生的引力场(磁场决定了质量的运动,质量的运动反过来又改变了磁场)。

(11)另一种看法是,航天器可能以某种方式具有负质量,或者至少是负压力。光子气体的压强是1/3ρ;最常见的版本黑能量会有压力ρ

(12)能量动量张量方程,它指定了质量、压力和速度的组合,出现在完美流体的相对论计算中。

(13)也许宇宙飞船代表了一个“气泡”,其中的时空结构是不同的。(箭头指的是白板上预先绘制的飞船示意图形状。)

(14)航天器形状的克里斯托费尔符号(“切线光纤束上的连接系数”),从空间上计算有什么特别之处吗度规张量?

(15)引力波可以被描述为相对于狭义相对论作用的平背景闵可夫斯基空间的时空度规的扰动。

(16)考虑到引力波对自身的最初几个“非线性”效应的引力波传播方程。

(17)相对论波尔兹曼方程描述运动中的运动(“运输”)和血液脂肪颗粒气体中的碰撞引力子

(18)一个遥远的想法:也许有一种方法可以利用引力子而不是光子,也许这就是宇宙飞船的工作原理。

激光是一种量子现象。这是一个费因曼图引力子在腔内的自相互作用。(光子没有这种直接的“非线性”自我互动。)

如何为引力子做一面镜子?也许我们可以用精心构造的微观结构制作一种超材料一直到普朗克尺度。

(21)激光涉及相干态由无数光子叠加而成,如由无限嵌套而成创建运算符应用于量子场理论真空。

这有一个费曼图:这是Bethe-Salpeter-type自洽方程对于一个引力子束缚态(我们不知道它的存在),它可能与引力子激光有关。

(23)在量子引力微扰近似下的引力子的基本非线性相互作用。

(24)可能的修正项它作为除einstein - hilbert作用量广义相对论的量子效应。

eek,我可以看到这些解释如何看起来像是他们自己的外星语!尽管如此,与“全物理 - 讲话”相比,他们实际上是相当驯服的。但让我解释白板上的一些“物理故事”。

首先是宇宙飞船的一个明显特征:它不寻常的、不对称的形状。它看起来有点像那种rattleback上衣一个人可以开始单向旋转,但它会改变方向。所以我想:也许飞船会旋转。任何旋转的大质量(非球形)物体都会产生引力波。通常它们太弱而无法探测,但如果物体质量足够大或旋转速度足够快,它们就可能是巨大的。事实上,去年年底,在经历了30年的艰苦跋涉之后,来自两个星球的引力波旋转并融合的黑洞被检测到-它们的强度足以在整个宇宙的三分之一处探测到(加速质量有效地产生引力波,就像加速电荷产生电磁波一样)

好的,让我们想象宇宙飞船以某种方式迅速旋转,以产生大量的引力波。如果我们可以以某种方式限制在一个小区域中的引力波,甚至可以使用航天器本身的运动?好吧,那么波浪会干扰自己。但是如果波浪相干地放大,就像在激光一样?好吧,那么波浪会变得更强壮,而且他们不可避免地开始对航天器的运动的大量影响,也许可能通过时空推动它。

但是为什么引力波会被放大呢?在使用光子(“光的粒子”)的普通激光器中,基本上需要通过向材料中注入能量来不断制造新的光子。光子被称为玻色-爱因斯坦粒子(“玻色子”),这意味着它们倾向于“做同样的事情”——这就是为什么激光以相干波的形式出现。(电子是费米子,这意味着它们永远不会做同样的事情,导致不相容原理这对于使物质稳定至关重要,等等。)

正如光波可以被认为是由光子组成的,引力波也很可能被认为是由引力子组成的(尽管,公平地说,我们还没有任何完全一致的引力子理论)。光子之间并不直接相互作用——基本上是因为光子与电子等带电荷的东西相互作用,但光子本身不带电荷。另一方面,引力子确实与彼此直接相互作用,基本上是因为它们与任何具有能量的事物相互作用,它们本身也具有能量。

这类非线性相互作用会产生巨大的影响。例如,胶子QCD.具有非线性相互作用,使它们保持永久限制在颗粒内,如质子,它们将“粘合”在一起。它根本并不清楚格雷那可能会做什么。这里的想法是他们可能会导致某种自我维持的“格格朗顿激光”。

白板顶部的公式基本上是关于引力波的产生和影响的。底部的公式主要是关于引力子及其相互作用的。顶部的公式基本上都与爱因斯坦的广义相对论有关(100年来一直是物理学中使用的引力理论)。底部的公式混合了经典和量子方法来研究引力子及其相互作用。这些图是所谓的费曼图,其中波浪线示意性地表示在时空中传播的引力子。

我真的不知道“引力子激光器”是否可能,或者它是如何工作的。但在普通的光子激光器中,光子总是在某种腔体内有效地反弹,腔壁起到了反射镜的作用。然而,不幸的是,我们不知道如何制造引力子反射镜,就像我们不知道如何制造能够屏蔽引力场的物体一样(如果真的存在的话,暗物质会)。在白板上,我推测也许有某种奇怪的方法可以制造出普朗克10级的“超材料”-34年米(重力中的量子效应基本上必须变得重要)可以充当引力子镜子。(另一种可能性是,引力子激光器的工作原理更像自由电子激光没有蛀洞之类的。)

现在,请记住,我的想法与白板是为了写下我认为一个典型的好物理学家,说,从政府实验室里,可能会考虑如果面对电影的情况。它比我个人想出的理论更像是如何制作星际航天器的“传统”。但是,这是因为我的理论取决于我对基本物理学如何工作的思想,尚未在物理界主流。

星际旅行的正确理论是什么?不用说,我不知道。如果我为电影创造的主要理论或白板上的理论是正确的,我会感到惊讶。但谁知道呢?当然,如果一些外星人出现在星际飞船里,甚至向我们展示星际旅行是可能的,那将是非常有帮助的……

你活在世上的目的是什么?

如果外星人出现在地球上,一个显而易见的大问题就是:你为什么在这里?你的目的是什么?这是人物的特点到达谈论很多。当克里斯托弗和我正在访问这个集合时,我们被要求列出可能的答案,可以放在白板或剪贴板上。这是我们提出的:

你活在世上的目的是什么?

正如我之前提到的,目的的整个概念是与文化和其他背景紧密相连的。思考一下在人类历史的不同时期人们会把什么目的列在这个清单上是很有趣的。想象人类或人工智能在未来做事情的目的也是很有趣的。也许我太悲观了,但我更希望未来的人类、人工智能和外星人,答案往往就在可能性的计算宇宙中——我们今天甚至连词语或概念都没有。

现在它成了一部电影……

这部电影很好地结合在一起,早期的反应看起来很棒…看到这样的事情很有趣(是的,这是克里斯托弗的代码):

到达

参与其中很有趣也很刺激到达. 这让我更加了解了创作我所看过的所有电影所涉及的内容,以及如何将科学与引人入胜的小说结合起来。这也让我提出了一些我以前从未提出过的科学问题,但这些问题涉及到我感兴趣的各种事情。

但通过所有这些,我无法帮助想知道:“如果是真实的话,外星人确实抵达地球?”。我想认为参与其中到达让我对此有了更多的准备。当然,如果他们的宇宙飞船碰巧看起来像巨大的黑色响尾蛇,我们甚至已经有了一些不错的Wolfram语言代码……

22评论

  1. 我昨晚看了《降临》,很喜欢它的节奏,感人的故事,故事的主线和时间轴/向后/向前的故事叙述。很棒的东西。不过,我希望Renner的方法更科学一点,因为我不认为一个科学家会站在那里闷闷不乐:)

    当我意识到Wolfram正在被使用时,我更喜欢它!我笑了!该死的电影制作人终于使用了真实和适当的工具,而不是他们通常展示的浮华和愚蠢的淤泥。我不知道你们参与了,但我真的很高兴你们参与了。感谢你们制作了这部电影*实际上*更好!

  2. 有谁知道这部电影是否正在发布任何台湾?

    杜威
  3. 《Purpose on Earth》缺少一些有趣的场景:

    - 野生动物园/狩猎。
    ——农业,畜牧业。
    - 我们在这里首先,我们的财产被蹲在这里。
    -来检查我们的基因实验
    - 我们是警察。
    -我们正在建造一条星际太空之路,而你们的星球已经被标记为要被摧毁。

  4. 就我个人而言,我一直喜欢“网络”的想法——我们只是目前没有足够的带宽,他们已经来设置免费的Wi-Fi,所以我们可以开始使用星际云……

    康拉德公司
  5. 对你使用的科学理论非常着迷,就像你创造它们一样“传统”。我不能wäit去看电影。谢谢你的技术解释。让我现在想学物理。

    特里格维西奥多森
  6. 非常有趣的阅读。您或克里斯托弗有能力释放您帮助创建的外来语言的一些图像/ vectors吗?

    我真的很想有一些,因为他们真的很酷

    马克
  7. Stephen,我一直等到看了两遍《Arrival》之后才开始阅读你的博客——我真的很喜欢。我和基普谈过《星际穿越》中的黑洞模型,我的儿子蒂姆谈过他在大约40部电影中制作的一些视觉效果。你对好莱坞人把什么东西放在白板上看起来很科学的评论特别有趣。我在《Arrival》的白板上看到的东西似乎和你想到的不太一样,尽管我可能得在下次看到它时更仔细地看。有趣的是,许多电视节目和电影都把方程搞错了。《生活大爆炸》中至少有一半的物理方程是错误的或混乱的。《地球静止的那一天》的新旧版本中,都有一个“伟大的物理学家”可能会写出来的方程,这些方程要么是愚蠢的,要么不是。在《卡特特工》(Agent Carter)的一集里,一张元素周期表出现了滑稽的错误,显示了几十年后才被发现的元素。我认为你和克里斯多夫还有其他人需要更多地参与到这类事情中来。很高兴在Arrival中看到Wolfram语言和图形——比《黑客帝国》和其他地方的nmap代码要好得多。

    史蒂夫·克里斯滕森
  8. 这部电影绝对是一部令人惊叹的艺术作品。绝对是我最喜欢的新电影。有很多主题绝对引起了我的共鸣,尤其是外星语言的科学真实性。如果一个人没有语言,他还会生活在普通意识中吗?时间的线性本质是我们的行星性、个人主义意识的构建,要真正获得宇宙意识,一个人必须在时间中失去自我的某些方面。七足动物在某种程度上是在炼狱中,在时间的洪流中成为一个自我,却能够挤出时间本身,并沿着时空的广场“横着”看它。太不可思议了。

    凯文·帕斯库
  9. 我很抱歉,但这里面充满了剧透。我没有读过前几段,所以除了它看起来很有趣之外,我没有什么积极的东西可以说。
    剧透:我还没有看过《降临》的预告片。但现在我知道有一个外星飞船,它主要是一个爱情故事,有外星语言,等等。

    比如《另一个地球》(后面可能会有剧透):如果你只是比较一些发行图片或海报,这两者可能是同一部电影;但《另一个地球》没有你描述的《降临》中的元素。所以,是的,你的帖子有点剧透,从某种意义上说,现在当我去看它的时候,我已经知道该期待什么了,这会带走一些惊喜,并影响到叙事对我的工作方式。

    我知道在一篇关于一部电影的帖子中抱怨这些宽泛的东西听起来可能很愚蠢——这就是为什么我希望你明白我不是真的在抱怨你写了这部电影,而是不同意这里没有剧透。

    摩根大通
  10. 昨天看了这部电影,我想我在屏幕上看到了Wolfram语言。所以我一直等到游戏结束,在“感谢”部分确认了Wolfram Research的参与。在剧院外,我找到了你的博客。我真的很喜欢科幻电影把艺术和真正的科技融合在一起。谢谢你的咨询,我更喜欢这部电影!

    马克Yoshikawa
  11. 非常有趣!When I saw that scene where the main character opens her book in the flash-forward, I definitely thought ‘THE UNIVERSAL LANGUAGE’ by Stephen Wolfram, and I’m thinking there’s a new huge tome of a book coming up by Stephen in a few years…I for one will definitely be buying that!

    有趣的是,“生命”的概念并不能真正脱离它所进化的环境。“盖亚假说”肯定是有道理的,因为地球科学(或行星科学)和生态学是相互依存的,从某种意义上说,如果你不了解另一个,就无法完全了解其中一个。举个具体的例子,看看化石....如果不了解地质学,你就无法真正正确地理解古生物学,反之亦然。所以,生态学和地球科学的概念应该放在一起,例如,看看我的概念列表下面的链接,这些领域是如何联系的很清楚:

    http://www.zarzuelazen.com/geoscige&ecology.html.

    因此,关于天气是否“有自己的想法”的问题,我肯定认为这是有原因的。天气系统可能没有中枢神经系统,但它可以被认为是“生命”的基本形式。因此,我同意,“生命”或“智能”的问题是一个困难的问题,这取决于系统嵌入的环境背景。

    mjgeddes
  12. 感谢你的分享,当然也感谢你和你儿子在制作过程中的参与!3000年的时间是等待续集....的漫长时间:(

    J.D.施罗德
  13. 如果可能的话,很高兴能看到Christopher的代码在我自己的电脑上玩这个树形图。

    米格尔
  14. 很少有电影能让我在看了几个小时甚至几天之后着迷,《降临》就是其中之一。演员、布景、剧本都构成了所有的要素,但正是科学悬念——解释了但留下了更多的问题——让这部电影有趣得令人恼火。我真的很欣赏你为这部电影所做的努力,斯蒂芬。

    Endro
  15. 我昨晚看了这部电影,我的儿子,有这样一个真实的情感甜蜜处理语言和符号,特别是与主人公之间的关系和她的女儿和母亲的记忆的艺术品的女儿,我必须仔细研究学分在电影的结尾,找到一个我认识的名字,斯蒂芬,还有一个我从未见过的名字,克里斯托弗。

    原来这些东西是圣父与圣子的杰作。我认为你对这部电影的影响可能超出了显而易见的范围。背景通常会对演员和最终剪辑产生深远的影响。

  16. 你好,斯蒂芬

    通过FB social data上的一条推文意外登陆此页面,并被您的抵达博客所吸引!现在想知道我“在这里”的目的是什么——做一个来自NL池塘的外星人。第一个想法:说谢谢…

    很高兴受到你所有创造性的想法和新的搜索词的启发(至少对我来说)。非常机智,有趣和雄辩的写作。实际上,你让我想起了我读了太多80年代的科幻小说后一直想知道的一些概念。看到有人仍然很老派,用140多个字来分享自己的想法,真是太酷了。谢谢你!

    情况下
  17. “因此,如果一个人看到一系列素数,这并不能立即证明它背后有一个完整的精心设计的文明;它可能只是来自一个简单的程序,不知何故“自然产生”。“我希望你能详细说明这可能是什么样子或意味着什么?”?

    小罗伯特·拉杰斯
  18. 大豆lingüista,没有大豆专家física, pero leí este texto muchas veces con atención y devoción (y estudio) muchas gracias, la física siempre me ha gustado。

    个人电脑
  19. 我来的有点晚,但我无法告诉你我有多喜欢阅读这一页,即使是在电影上映3年后。你所做的工作是多么值得赞扬和迷人啊!我是一名大学语言学家,对这个故事中的萨丕尔-沃尔夫寓意非常着迷;我经常用这部电影的前提作为课堂讨论的声音板,讨论这一理论及其描述范围——以及它的超出范围,这似乎是这一理论的大多数流行文化表现的背后。我很高兴这部电影正确地理解了萨丕尔-沃尔夫的主旨。感谢您的阅读!

  20. 外星飞船是如何工作的?有一个概念对我来说似乎很简单。离心磁力。如果你愿意,我会提供更多细节,但我想知道有人会付给我多少钱来建造一个悬浮的飞船。

    大卫·B
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