《星际穿越》预备式 认识黑洞与虫洞

随着周末扩大放映规模，这部被认为有实力竞争年度票房冠军的电影肯定还会有更为惊人的表现，而国内12日准同步上映也成为各种粉丝的年度福利。在进入影院欣赏这部烧脑大作的同时，我们也有必要对电影当中的一些科学背景做些功课。以下是来自豆瓣电影资深影迷的要点提炼，对于这部电影来说是比爆米花重要的观影前必备品。

星际穿越主创登《时代周刊》封面

诺兰的新作「星际穿越」基于美国理论物理学家基普·索恩的理论成果，而他的理论成果基本都在他的著作「黑洞与时间弯曲」一书中，本文的科学知识基本都是我在这本著作中看到总结的。

该片剧情将涉很多的科学概念，包括虫洞、黑洞理论、相对论，万有引力等等。

一、“先说说黑洞”

基帕·索恩在「黑洞与时间弯曲」这本著作的开篇讲了一个一支太空探险队在太空中探索黑洞的经历，故事挺无趣的，基本上就是形象地说了现代科学家对黑洞的研究成果：

什么是黑洞

黑洞是空间中有着强大引力的超高密度的天体，假如太阳质量不变，大小却变成乒乓球那样，这就是太阳坍缩成了黑洞。

黑洞的特点就是有进无出，即：

①任何东西都可以掉进黑洞，黑洞外围有一层“事件视界”，任何东西只要过了这个“视界”，都要掉进黑洞。

②任何东西都不可能从黑洞里逃出来，包括光。

另外，因为没有光从黑洞逃出，故无法直接观测黑洞，但是从物体被黑洞吸入之前放出的紫外线、X射线等边缘信息可以获取黑洞的存在。

黑洞潮汐力

一只很大的飞船飞向一个天体，飞船头部距离天体比较近，受到的引力比较大，而尾部距离天体比较远，受到的引力比较小，头部和尾部的引力大小的差距，就会在飞船中间产生撕扯的拉力，这个拉力就是潮汐力。

如果天体是黑洞，质量非常大，飞船距离黑洞距离越小时，造成的引力差就会越大，这就是黑洞潮汐力。这个力甚至可以把飞船撕成碎片。飞船里的宇航员也同样会受到潮汐力的作用，

对于一般我们接触的物体，即使我们到达它的表面所产生的潮汐力也没有多大，但是，如果是黑洞这种超大质量超大密度的天体，则有可能产生很大的潮汐力将物体撕碎。

这个感觉很有可出现在电影剧情中。

二、“再说说虫洞”

「黑洞与时间弯曲」的第十四章虫洞和时间机器，下面就说说他这一章的内容：

首先，基帕·索恩说了一件他的趣事：

1985年，基帕·索恩接到多年老朋友卡尔·萨根的求助。卡尔写了一本科幻小说，希望把小说里的科学理论写的准确一点，想让基帕·索恩指点一下。基帕发现书中的女主角居然掉进黑洞然后时空穿越了，这是不可能发生的。于是基帕写信建议卡尔要依靠虫洞做星际旅行。卡尔欣然接受建议，那小说叫「Contact」。后来被拍成电影叫「超时空接触」，也是马修主演，评价很好。

然后基帕·索恩开始讲虫洞：

虫洞在哪里

关于虫洞有三种说法：

一是虫洞是宇宙中相距遥远的两点间的一条捷径，就是一个苹果，虫子沿着苹果表面走远了，可是如果虫子挖洞从苹果里面走就近多了，顾明思议，虫洞，虫在苹果里挖的洞。

二是虫洞是连接黑洞和白洞或黑洞与黑洞的时空隧道，故在黑洞里能找到虫洞。（白洞：黑洞死亡会变成一个白洞，喷射出之前黑洞吸入的物质）

三是虫洞是时空隧道，能进行时空旅行。

没人见过虫洞，有人说我们周围到处都是虫洞，又有人说黑洞里有虫洞，基帕·索恩在书里又说我们可以自己构建虫洞的方法。

负能量物质

虫洞在某个时刻产生，短暂地打开，然后关闭、消失。从产生到消失，时间极短，短到没有事物能在这么短的时间内从一个洞口穿到它另一个洞口。所以我们能利用虫洞进行时空旅行前提是有办法使虫洞一直开着，不让它消失。

基帕·索恩觉得有某种奇异物能贯穿虫洞，使虫洞一直开着。这种奇异物和人类所见的任何物质都大不一样，它具有负能量。

要实现负能量其实并不难，参照系不同便可实现。在飞船以接近光速的速度接近虫洞时，虫洞周围的能量自然就成了负的。

故要进入虫洞，飞船的速度必须接近光速。

三、时间机器

假定我们能找到虫洞并且有某种负能量可以让它一直开着，那么虫洞就可以是一个时间机器。

飞船要进入虫洞，其速度要接近光速。

根据爱因斯坦的相对论原理，如果你在太空中的速度足够快，可以做到在太空中呆了几十天，地球上却已经过了几十年，做到古人所说的天上一天地上一年，即如果你2014年坐飞船接近光束进行时空旅行一个月后，回到地球，这时发现地球已经是2044年，这就实现了穿越到未来。

故我们可以猜想剧情，等主角们穿越到其他星际空间完成任务后，回到地球，他们的儿女都和主角们一样大年龄了。

目前的科学理论表明，回到过去是不能实现的。

四、母子怪圈

虽然回到过去没有科学依据支持，但科幻片毕竟是科幻的，所以出现回到过去的剧情也是有可能的。

这时就有一个每部有关穿越时空的科幻片都面临的问题：

假如我有时间机器（虫洞或者别的），我就能够回到过去母亲怀我之前把她杀死。此时，母亲死了，我就不会出世，那又怎么会有我穿越时空来杀母亲呢？这时就有这样一个矛盾出现了。

之前的科幻片对这点的处理方法有两种：

1.未来不可改变：我虽然想杀母亲，但会有外界因素使我不能成功。

2.平行时空观点：时空不是唯一存在的，而是有无数个时空平行的存在，它们彼此之间一般情况是无法产生联系的。这种观点普遍被人接受。那么你穿越最多就算是到了别的时空去了一趟而已，而不是回到过去或未来，更无所谓改变历史。

星际穿越如果出现这种情况，诺兰会不会有什么不同于以上两种说法的新颖处理方法没有呢？

目前我们对黑洞和虫洞的了解很多都停留在猜想上，这也让电影有很大的发挥空间。

总结这些也不知有没有用。

我只说了些皮毛，书里说的比较详细，有兴趣的可以去看一看。