诺兰的新作「星际穿越」基于美国理论(lǐ lùn)物理学家基普·索恩的理论成果，而他(tā)的理论成果基本都在他的(de)著作「黑洞与时间弯曲」一书📖中，本文的(de)科学知识基本都是我在这本著作(zhù zuò)中看到总结的。
该片剧情将涉很多(hěn duō)的科学概念，包括虫洞、黑洞理论(lǐ lùn)、相对论，万有引力等等。


一、黑洞

基帕·索恩在(zài)「黑洞与时间弯曲」这本著作的开篇(kāi piān)讲了一个一支太空探险队在太空(tài kōng)中探索黑洞的经历，故事挺无趣(wú qù)的，基本上就是形象地说了现代(xiàn dài)科学家对黑洞的研究成果：

1.什么是黑洞(hēi dòng)

黑洞是空间中有着强大引力的(de)超高密度的天体，假如太阳质量不变(bù biàn)，大小却变成乒乓球那样，这就是太阳(tài yáng)坍缩成了黑洞。
黑洞的特点就是(jiù shì)有进无出，即：
①任何东西都可以掉(diào)进黑洞，黑洞外围有一层“事件视界(shì jiè)”，任何东西只要过了这个“视界”，都(dōu)要掉进黑洞。
②任何东西都不(bù)可能从黑洞里逃出来，包括光。
另外(lìng wài)，因为没有光从黑洞逃出，故无法(wú fǎ)直接观测黑洞，但是从物体被黑洞(hēi dòng)吸入之前放出的紫外线、X射线等边缘(biān yuán)信息可以获取黑洞的存在。

2.黑洞潮汐(cháo xī)力

一只很大的飞船飞向一个(yí gè)天体，飞船头部距离天体比较近，受到(shòu dào)的引力比较大，而尾部距离天体(tiān tǐ)比较远，受到的引力比较小，头部(tóu bù)和尾部的引力大小的差距，就(jiù)会在飞船中间产生撕扯的拉力(lā lì)，这个拉力就是潮汐力。
如果天体是(shì)黑洞，质量非常大，飞船距离黑洞距离(jù lí)越小时，造成的引力差就会(huì)越大，这就是黑洞潮汐力。这个(zhè ge)力甚至可以把飞船撕成碎片。飞船(fēi chuán)里的宇航员也同样会受到潮汐(cháo xī)力的作用，
对于一般我们接触的(de)物体，即使我们到达它的表面所(suǒ)产生的潮汐力也没有多大，但是(dàn shì)，如果是黑洞这种超大质量超大密度(mì dù)的天体，则有可能产生很大的(de)潮汐力将物体撕碎。
这个感觉很(hěn)有可出现在电影🎬剧情中。（其实(qí shí)第一个星球上的巨浪就是由黑洞(hēi dòng)巨大的潮汐力造成的。）


二、虫(chóng)洞

下面就说说「黑洞与时间(shí jiān)弯曲」的第十四章虫洞和时间机器这(zhè)一章的内容：
首先，基帕·索恩说了一件(yī jiàn)他的趣事：
1985年，基帕·索恩接到多年(duō nián)老朋友卡尔·萨根的求助。卡尔写了(le)一本科幻小说，希望把小说里的科学(kē xué)理论写的准确一点，想让基帕(jī pà)·索恩指点一下。基帕发现书📖中的女主角(nǚ zhǔ jué)居然掉进黑洞然后时空穿越了(le)，这是不可能发生的。于是基帕(jī pà)写信建议卡尔要依靠虫洞做(zuò)星际旅行。卡尔欣然接受建议，那小说叫(jiào)「Contact」。后来被拍成电影🎬叫「超时空接触」，也是(shì)马修主演，评价很好。
然后基帕·索恩(suǒ ēn)开始讲虫洞：

1.虫洞在哪里

关于(guān yú)虫洞有三种说法：
一是虫洞(dòng)是宇宙中相距遥远的两点间(jiān)的一条捷径，就是一个苹果，虫子沿着(yán zhe)苹果表面走远了，可是如果虫子挖洞(wā dòng)从苹果里面走就近多了，顾明(gù míng)思议，虫子为了抄近路而在苹果里(lǐ)挖的洞。
二是虫洞是连接(lián jiē)黑洞和白洞或黑洞与黑洞的(de)管道，故在黑洞里能找到虫(chóng)洞。（白洞：黑洞死亡会变成一个白洞(bái dòng)，喷射出之前黑洞吸入的物质）
三是虫(chóng)洞是时空隧道，能进行时空旅行。
没人见(méi rén jiàn)过虫洞，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📖里又(yòu)说我们可以自己构建虫洞。

2.负(fù)能量物质

虫洞在某个时刻产生(chǎn shēng)，短暂地打开，然后关闭、消失。从产生(chǎn shēng)到消失，时间极短，短到没有事物能(néng)在这么短的时间内从一个(yí gè)洞口穿到它另一个洞口。所以(suǒ yǐ)我们能利用虫洞进行时空旅行前提(qián tí)是有办法使虫洞一直开着，不让(bù ràng)它消失。
基帕·索恩觉得有某种奇异(qí yì)物能贯穿虫洞，使虫洞一直开着(kāi zhe)。这种奇异物和人类所见的任何(rèn hé)物质都大不一样，它具有负能量。
要(yào)实现负能量其实并不难，参照系不同(bù tóng)便可实现。在飞船以接近光速(guāng sù)的速度接近虫洞时，虫洞(dòng)周围的能量自然就成了负(fù)的。
故要进入虫洞，飞船的速度(sù dù)必须接近光速。

3.时间机器

假定我们能找到(zhǎo dào)虫洞并且有某种负能量可以(kě yǐ)让它一直开着，那么虫洞就(jiù)可以是一个时间机器。
飞船要进入虫(chóng)洞，其速度要接近光速。
根据爱💗因斯坦(ài yīn sī tǎn)的相对论原理，如果你在太空中(zhōng)的速度足够快，可以做到在太空(tài kōng)中呆了几十天，地球上却已经(yǐ jīng)过了几十年，做到古人所说的天上(tiān shàng)一天地上一年，即如果你2014年坐(zuò)飞船接近光束进行时空旅行一个月后，回到(huí dào)地球，这时发现地球已经是2044年，这(zhè)就实现了穿越到未来。
故我们(wǒ men)可以猜想剧情，等主角们穿越到(dào)其他星际空间完成任务后，回到地球(dì qiú)，他们的儿女都和主角们一样(yī yàng)大年龄了。
目前的科学理论表明(biǎo míng)，回到过去是不能实现的。

4.母子怪圈(guài quān)

虽然回到过去没有科学依据支持，但科幻片(kē huàn piàn)毕竟是科幻的，所以出现回到过去(guò qù)的剧情也是有可能的。
这时(zhè shí)就有一个每部有关穿越时空的科幻片(kē huàn piàn)都面临的问题：
假如我有时间机器(shí jiān jī qì)（虫洞或者别的），我就能够回到(huí dào)过去母亲怀我之前把她杀死(shā sǐ)。此时，母亲死了，我就不会出世(chū shì)，那又怎么会有我穿越时空来(lái)杀母亲呢？这时就有这样一个(yí gè)矛盾出现了。

对于这个矛盾，有两种(liǎng zhǒng)处理方法：
①因果循环观点：历史不可改变(gǎi biàn)，我虽然想杀母亲，但会有外界(wài jiè)因素使我不能成功。或者说，过去某(mǒu)时某人死了，我回到过去想救(xiǎng jiù)某人，会有其他因素阻止我救人(jiù rén)，甚至我的出现就是那个人死的(de)原因。
②平行宇宙观点：时空不是唯一存在(cún zài)的，而是有无数个时空平行的存在(cún zài)，它们彼此之间一般情况是无法产生联系(lián xì)的。这种观点普遍被人接受。那么(nà me)我只是穿越到另一个平行宇宙(yǔ zhòu)，杀死了那一个时空的母亲，并(bìng)不影响我穿越前那个宇宙的(de)母亲。也就是说我只是穿越到别的时空(shí kōng)去了一趟而已，而不是回到过去(guò qù)或未来，更无所谓改变历史。

星际穿越(chuān yuè)如果出现这种情况，诺兰会不会有(yǒu)什么不同于以上两种说法的新颖处理(chǔ lǐ)方法没有呢？


三、多维空间（这一点(yì diǎn)是观影后补的-2014.11.16）

上面的问题的(de)答案是肯定的，新颖的处理方法(fāng fǎ)就是运用五维空间。下面说说我(wǒ)所理解的多维空间。
一维空间是(shì)线，由点组成。
二维空间是面，由线(yóu xiàn)组成。
三维空间是体，由面组成。人就是三维(sān wéi)生物。
四维空间是时空，由体组成。即物体(wù tǐ)花费时间移动形成时空。如一个人(rén)由小孩变成大人，这是一个四维事件(shì jiàn)。
五维空间由时空组成，如小明长大成(chéng)了厨师是一个时空，小明长大成(chéng)了老师🧑‍🏫是一个时空，小明长大成(chéng)了警察是一个时空等等，而且不但(bù dàn)有小明还有小红、小白、小黑小黄等等等(děng)，把这些时空当成物体放在一个空间(kōng jiān)里成了五维空间。
六维空间是由(yóu)五维空间组成的，七维空间是由(yóu)六维空间组成的，八维空间是七(qī)维空间组成的，以此类推。

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



尾言

不(bù)知道这些内容并不影响观影，但(dàn)知道这些知识肯定是对观影有所(yǒu suǒ)帮助的。
目前我们对黑洞和虫(chóng)洞的了解很多都停留在猜想(cāi xiǎng)上，这也让电影🎬有很大的(de)发挥空间。我觉得电影🎬里的科学(kē xué)理论不应该是观影障碍，你不是(bú shì)科学家，你只要去相信去遵循作者(zuò zhě)的设定就好，重点本来就是在(zài)人性和情感上。

观影之前最好先看(xiān kàn)一下以下五部极可能对诺兰的(de)「星际穿越」有所影响的影片：
1.超时空接触(jiē chù)：这部片与星际穿越有很大渊源(yuān yuán)
2.黑洞频率：儿子👦在无意中通过一台(yī tái)老式的无线电与三十年前的父亲(fù qīn)联系上了
3.十二猴子：未来不可改变(gǎi biàn)，挣脱不了的
4.星球大战：这部片激励了(le)很多名导，包括诺兰
5.2001太空漫游：从预告(yù gào)中就可以看出星际穿越有很多(hěn duō)致敬老库的地方