诺兰的新作「星际穿越」基( jī)于美国理论物理学家基( jī)普·索恩的理论成果，而他( tā)的理论成果基本都在他( tā)的著作「黑洞与时间弯曲( qū)」一书中，本文的科学知识( shí)基本都是我在这本著作( zuò)中看到总结的。
该片剧情( qíng)将涉很多的科学概念，包( bāo)括虫洞、黑洞理论、相对论( lùn)，万有引力等等。


一、黑洞

基( jī)帕·索恩在「黑洞与时间弯( wān)曲」这本著作的开篇讲了( le)一个一支太空探险队在( zài)太空中探索黑洞的经历( lì)，故事挺无趣的，基本上就( jiù)是形象地说了现代科学( xué)家对黑洞的研究成果：

1.什( shén)么是黑洞

黑洞是空间中( zhōng)有着强大引力的超高密( mì)度的天体，假如太阳质量( liàng)不变，大小却变成乒乓球( qiú)那样，这就是太阳坍缩成( chéng)了黑洞。
黑洞的特点就是( shì)有进无出，即：
①任何东西都( dōu)可以掉进黑洞，黑洞外围( wéi)有一层“事件视界”，任何东( dōng)西只要过了这个“视界”，都( dōu)要掉进黑洞。
②任何东西都( dōu)不可能从黑洞里逃出来( lái)，包括光。
另外，因为没有光( guāng)从黑洞逃出，故无法直接( jiē)观测黑洞，但是从物体被( bèi)黑洞吸入之前放出的紫( zǐ)外线、X射线等边缘信息可( kě)以获取黑洞的存在。

2.黑洞( dòng)潮汐力

一只很大的飞船( chuán)飞向一个天体，飞船头部( bù)距离天体比较近，受到的( de)引力比较大，而尾部距离( lí)天体比较远，受到的引力( lì)比较小，头部和尾部的引( yǐn)力大小的差距，就会在飞( fēi)船中间产生撕扯的拉力( lì)，这个拉力就是潮汐力。
如( rú)果天体是黑洞，质量非常( cháng)大，飞船距离黑洞距离越( yuè)小时，造成的引力差就会( huì)越大，这就是黑洞潮汐力( lì)。这个力甚至可以把飞船( chuán)撕成碎片。飞船里的宇航( háng)员也同样会受到潮汐力( lì)的作用，
对于一般我们接( jiē)触的物体，即使我们到达( dá)它的表面所产生的潮汐( xī)力也没有多大，但是，如果( guǒ)是黑洞这种超大质量超( chāo)大密度的天体，则有可能( néng)产生很大的潮汐力将物( wù)体撕碎。
这个感觉很有可( kě)出现在电影剧情中。（其实( shí)第一个星球上的巨浪就( jiù)是由黑洞巨大的潮汐力( lì)造成的。）


二、虫洞

下面就说( shuō)说「黑洞与时间弯曲」的第( dì)十四章虫洞和时间机器( qì)这一章的内容：
首先，基帕( pà)·索恩说了一件他的趣事( shì)：
1985年，基帕·索恩接到多年老( lǎo)朋友卡尔·萨根的求助。卡( kǎ)尔写了一本科幻小说，希( xī)望把小说里的科学理论( lùn)写的准确一点，想让基帕( pà)·索恩指点一下。基帕发现( xiàn)书中的女主角居然掉进( jìn)黑洞然后时空穿越了，这( zhè)是不可能发生的。于是基( jī)帕写信建议卡尔要依靠( kào)虫洞做星际旅行。卡尔欣( xīn)然接受建议，那小说叫「Contact」。后( hòu)来被拍成电影叫「超时空( kōng)接触」，也是马修主演，评价( jià)很好。
然后基帕·索恩开始( shǐ)讲虫洞：

1.虫洞在哪里

关于( yú)虫洞有三种说法：
一是虫( chóng)洞是宇宙中相距遥远的( de)两点间的一条捷径，就是( shì)一个苹果，虫子沿着苹果( guǒ)表面走远了，可是如果虫( chóng)子挖洞从苹果里面走就( jiù)近多了，顾明思议，虫子为( wèi)了抄近路而在苹果里挖( wā)的洞。
二是虫洞是连接黑( hēi)洞和白洞或黑洞与黑洞( dòng)的管道，故在黑洞里能找( zhǎo)到虫洞。（白洞：黑洞死亡会( huì)变成一个白洞，喷射出之( zhī)前黑洞吸入的物质）
三是( shì)虫洞是时空隧道，能进行( xíng)时空旅行。
没人见过虫洞( dòng)，有人说我们周围到处都( dōu)是虫洞，又有人说黑洞里( lǐ)有虫洞，基帕·索恩在书里( lǐ)又说我们可以自己构建( jiàn)虫洞。

2.负能量物质

虫洞在( zài)某个时刻产生，短暂地打( dǎ)开，然后关闭、消失。从产生( shēng)到消失，时间极短，短到没( méi)有事物能在这么短的时( shí)间内从一个洞口穿到它( tā)另一个洞口。所以我们能( néng)利用虫洞进行时空旅行( xíng)前提是有办法使虫洞一( yī)直开着，不让它消失。
基帕( pà)·索恩觉得有某种奇异物( wù)能贯穿虫洞，使虫洞一直( zhí)开着。这种奇异物和人类( lèi)所见的任何物质都大不( bù)一样，它具有负能量。
要实( shí)现负能量其实并不难，参( cān)照系不同便可实现。在飞( fēi)船以接近光速的速度接( jiē)近虫洞时，虫洞周围的能( néng)量自然就成了负的。
故要( yào)进入虫洞，飞船的速度必( bì)须接近光速。

3.时间机器

假( jiǎ)定我们能找到虫洞并且( qiě)有某种负能量可以让它( tā)一直开着，那么虫洞就可( kě)以是一个时间机器。
飞船( chuán)要进入虫洞，其速度要接( jiē)近光速。
根据爱因斯坦的( de)相对论原理，如果你在太( tài)空中的速度足够快，可以( yǐ)做到在太空中呆了几十( shí)天，地球上却已经过了几( jǐ)十年，做到古人所说的天( tiān)上一天地上一年，即如果( guǒ)你2014年坐飞船接近光束进( jìn)行时空旅行一个月后，回( huí)到地球，这时发现地球已( yǐ)经是2044年，这就实现了穿越( yuè)到未来。
故我们可以猜想( xiǎng)剧情，等主角们穿越到其( qí)他星际空间完成任务后( hòu)，回到地球，他们的儿女都( dōu)和主角们一样大年龄了( le)。
目前的科学理论表明，回( huí)到过去是不能实现的。

4.母( mǔ)子怪圈

虽然回到过去没( méi)有科学依据支持，但科幻( huàn)片毕竟是科幻的，所以出( chū)现回到过去的剧情也是( shì)有可能的。
这时就有一个( gè)每部有关穿越时空的科( kē)幻片都面临的问题：
假如( rú)我有时间机器（虫洞或者( zhě)别的），我就能够回到过去( qù)母亲怀我之前把她杀死( sǐ)。此时，母亲死了，我就不会( huì)出世，那又怎么会有我穿( chuān)越时空来杀母亲呢？这时( shí)就有这样一个矛盾出现( xiàn)了。

对于这个矛盾，有两种( zhǒng)处理方法：
①因果循环观点( diǎn)：历史不可改变，我虽然想( xiǎng)杀母亲，但会有外界因素( sù)使我不能成功。或者说，过( guò)去某时某人死了，我回到( dào)过去想救某人，会有其他( tā)因素阻止我救人，甚至我( wǒ)的出现就是那个人死的( de)原因。
②平行宇宙观点：时空( kōng)不是唯一存在的，而是有( yǒu)无数个时空平行的存在( zài)，它们彼此之间一般情况( kuàng)是无法产生联系的。这种( zhǒng)观点普遍被人接受。那么( me)我只是穿越到另一个平( píng)行宇宙，杀死了那一个时( shí)空的母亲，并不影响我穿( chuān)越前那个宇宙的母亲。也( yě)就是说我只是穿越到别( bié)的时空去了一趟而已，而( ér)不是回到过去或未来，更( gèng)无所谓改变历史。

星际穿( chuān)越如果出现这种情况，诺( nuò)兰会不会有什么不同于( yú)以上两种说法的新颖处( chù)理方法没有呢？


三、多维空( kōng)间（这一点是观影后补的( de)-2014.11.16）

上面的问题的答案是肯( kěn)定的，新颖的处理方法就( jiù)是运用五维空间。下面说( shuō)说我所理解的多维空间( jiān)。
一维空间是线，由点组成( chéng)。
二维空间是面，由线组成( chéng)。
三维空间是体，由面组成( chéng)。人就是三维生物。
四维空( kōng)间是时空，由体组成。即物( wù)体花费时间移动形成时( shí)空。如一个人由小孩变成( chéng)大人，这是一个四维事件( jiàn)。
五维空间由时空组成，如( rú)小明长大成了厨师是一( yī)个时空，小明长大成了老( lǎo)师是一个时空，小明长大( dà)成了警察是一个时空等( děng)等，而且不但有小明还有( yǒu)小红、小白、小黑小黄等等( děng)等，把这些时空当成物体( tǐ)放在一个空间里成了五( wǔ)维空间。
六维空间是由五( wǔ)维空间组成的，七维空间( jiān)是由六维空间组成的，八( bā)维空间是七维空间组成( chéng)的，以此类推。

讲解视频： http://www.56.com/u71/v_NjU2MjIyNzY.html



尾( wěi)言

不知道这些内容并不( bù)影响观影，但知道这些知( zhī)识肯定是对观影有所帮( bāng)助的。
目前我们对黑洞和( hé)虫洞的了解很多都停留( liú)在猜想上，这也让电影有( yǒu)很大的发挥空间。我觉得( dé)电影里的科学理论不应( yīng)该是观影障碍，你不是科( kē)学家，你只要去相信去遵( zūn)循作者的设定就好，重点( diǎn)本来就是在人性和情感( gǎn)上。

观影之前最好先看一( yī)下以下五部极可能对诺( nuò)兰的「星际穿越」有所影响( xiǎng)的影片：
1.超时空接触：这部( bù)片与星际穿越有很大渊( yuān)源
2.黑洞频率：儿子在无意( yì)中通过一台老式的无线( xiàn)电与三十年前的父亲联( lián)系上了
3.十二猴子：未来不( bù)可改变，挣脱不了的
4.星球( qiú)大战：这部片激励了很多( duō)名导，包括诺兰
5.2001太空漫游( yóu)：从预告中就可以看出星( xīng)际穿越有很多致敬老库( kù)的地方