《星際穿越》中的科與幻

茶博士

導演克里斯托弗·諾蘭的科幻大片《星際穿越》，其效應如黑洞般吸引著眾人的目光。不同于普通的好萊塢科幻電影，人們對這部影片熱議如潮，其中不乏有大量科研工作者競相評論。

《星際穿越》為何這么牛

《星際穿越》嚴格準確的科技背景，以及對現(xiàn)有物理定律的忠實呈現(xiàn)，遍歷以往好萊塢科幻電影，唯有拍攝于1997年的《超時空接觸》能與之相提并論。

該片的科學顧問基普·索恩，是美國理論物理學家，上世紀70年代，與另一位物理天王霍金，共同研究黑洞?；铡に鞫髟趨⑴c影片創(chuàng)作時提出，影片中的一切都不能違背已知物理定律，即便最離譜的劇情設(shè)定，也要依據(jù)科學推斷而不是出自編劇天馬行空的想象。說白了就是：就算吹牛，也得打打草稿。

如此一來，如假包換的科學中，摻雜了虛構(gòu)的幻想，讓缺乏理論物理背景知識的普通的觀眾實在難以分清影片中科與幻的分界線。

星際是什么？

影片英文名Interstellar，是個形容詞，直譯就是“星際的”。似乎片名就是在提出問題——星際是什么？中文片名則直接回答了這個問題——星際間的穿越。

其實，關(guān)于星際，我們連個完整的理論都還沒建立，目前只是把與引力理論協(xié)調(diào)的廣義相對論拿來當至尊寶典。

愛因斯坦100年前提出的這個理論，完全顛覆了之前人們對時間和空間概念的理解。我們通常認為，時間對不同的地方、不同的人來說，都是一樣運轉(zhuǎn)的。牛頓就曾說：時間是宇宙一種永恒不變的性質(zhì)，總以同樣的速率在改變。而愛因斯坦聲稱牛頓錯了！

宇宙中不變的是光速，時間則是相對的。在不同的相對速度或不同時空結(jié)構(gòu)的測量點，所測量到的時間流逝是不同的。也就是說，速度不同、位置不同，時間流逝會不同。只不過，在地球上造成的差異難以察覺，所以我們?nèi)匀豢梢陨瞪档卣J為時間是一致的。但在星際間，在“星際”尺度上的穿越造成的時間差異，可以輕松超過人的一生，如此一來，你就再也不能無視真相的存在了。

影片中對包含相對時間的四維時空詮釋得相當?shù)轿唬耆夏壳拔覀儗π请H探索中已證實的物理理論。甚至最富有想象力的，關(guān)于主角穿越到更高維度時空的一段劇情也有理論依據(jù)。按照廣義相對論，確實有可能在更高維度的時空，像查字典一樣，對我們存在于四維時空的一生進行檢索。只不過這種更高維度的時空，我們還無法洞悉其究竟，屬于建立于科學之上的“幻”。

穿越蟲洞，科學還做不到

黑洞簡單來說，就是一個演化到最后階段、無法抵抗自身引力（超越錢德拉塞卡極限）而向內(nèi)坍縮的致密星體。隨恒星收縮，其表面引力場越來越強。當收縮到某一臨界半徑時，表面引力場強到光線也無法逃逸。

根據(jù)相對論，沒有東西能比光還快。于是，所有東西，就連光，都會被引力場拉進黑洞。黑洞邊界稱為視界，就是光恰好無法逃逸的路徑。

根據(jù)霍金所稱的宇宙監(jiān)督原則，發(fā)生在視界內(nèi)的事物都是不可知的。視界就是一條明顯的分界線，黑洞視界內(nèi)是我們一無所知的，而視界外則是由我們用廣義相對論和量子理論可以不完全解釋的世界。

影片也就以此取巧，把那些最離譜的劇情設(shè)定，即“幻”的內(nèi)容都放在了視界內(nèi)。譬如主角通過蟲洞的穿越。蟲洞是有科學依據(jù)的，而蟲洞穿越就顯得離譜了。

廣義相對論允許存在一個由時空扭曲建立的“橋”——蟲洞，它是鏈接不同時空位置的捷徑。蟲洞本身就可能存在奇點。奇點是因嚴重的時空畸變和引力坍縮產(chǎn)生的，一般認為存在于黑洞視界內(nèi)，我們對它的了解還停留在想象的階段。

如果說基于廣義相對論的宇宙大爆炸是時間的起點，奇點則可以說是我們身處的四維時空的終點。若是確定了奇點，我們目前所知的四維時空宇宙就可以確定，其中的一切都可以知曉。而奇點又存在于我們無法洞悉的視界內(nèi)。所以，蟲洞和更高維度時空的穿越這些設(shè)定都屬于“幻”的內(nèi)容。

而影片之所以設(shè)定穿越到超大質(zhì)量黑洞，以及超大質(zhì)量黑洞Gargantua本身的設(shè)定都遵循了目前基于廣義相對論的黑洞理論原則。這樣超大質(zhì)量的黑洞所具有的性質(zhì)及其較小的輻射量，都保證了主角穿越其視界時不被潮汐力撕碎的“意面效應”發(fā)生，以及不被高能粒子烤焦的可能。

用“愛”傳遞信息

影片中男主角穿越到更高維度的時空就是這樣一種相類似的情形。諾蘭用極富想象力的視聽效果給我們展現(xiàn)了這一幕。片中的父親在五維時空中用某種方法給女兒傳遞了信息。這也符合最新的理論研究?；艚鹪?004年對黑洞理論進行了修正和補充，提出“信息守恒定律”——并非一切事物都無法擺脫黑洞，黑洞內(nèi)也可釋放出信息（黑洞輻射），視界內(nèi)外信息可以傳遞守恒。其實，可以這樣來理解，信息傳遞需要依靠某種形式的能量，而片中父女之間的愛是否就是某種可以穿越不同維度時空傳遞信息的能量呢？這些未知都在我們目前無法知曉的視界另一邊了。