《星际穿越》中的科与幻

茶博士

导演克里斯托弗·诺兰的科幻大片《星际穿越》，其效应如黑洞般吸引着众人的目光。不同于普通的好莱坞科幻电影，人们对这部影片热议如潮，其中不乏有大量科研工作者竞相评论。

《星际穿越》为何这么牛

《星际穿越》严格准确的科技背景，以及对现有物理定律的忠实呈现，遍历以往好莱坞科幻电影，唯有拍摄于1997年的《超时空接触》能与之相提并论。

该片的科学顾问基普·索恩，是美国理论物理学家，上世纪70年代，与另一位物理天王霍金，共同研究黑洞。基普·索恩在参与影片创作时提出，影片中的一切都不能违背已知物理定律，即便最离谱的剧情设定，也要依据科学推断而不是出自编剧天马行空的想象。说白了就是：就算吹牛，也得打打草稿。

如此一来，如假包换的科学中，掺杂了虚构的幻想，让缺乏理论物理背景知识的普通的观众实在难以分清影片中科与幻的分界线。

星际是什么？

影片英文名Interstellar，是个形容词，直译就是“星际的”。似乎片名就是在提出问题——星际是什么？中文片名则直接回答了这个问题——星际间的穿越。

其实，关于星际，我们连个完整的理论都还没建立，目前只是把与引力理论协调的广义相对论拿来当至尊宝典。

爱因斯坦100年前提出的这个理论，完全颠覆了之前人们对时间和空间概念的理解。我们通常认为，时间对不同的地方、不同的人来说，都是一样运转的。牛顿就曾说：时间是宇宙一种永恒不变的性质，总以同样的速率在改变。而爱因斯坦声称牛顿错了！

宇宙中不变的是光速，时间则是相对的。在不同的相对速度或不同时空结构的测量点，所测量到的时间流逝是不同的。也就是说，速度不同、位置不同，时间流逝会不同。只不过，在地球上造成的差异难以察觉，所以我们仍然可以傻傻地认为时间是一致的。但在星际间，在“星际”尺度上的穿越造成的时间差异，可以轻松超过人的一生，如此一来，你就再也不能无视真相的存在了。

影片中对包含相对时间的四维时空诠释得相当到位，完全符合目前我们对星际探索中已证实的物理理论。甚至最富有想象力的，关于主角穿越到更高维度时空的一段剧情也有理论依据。按照广义相对论，确实有可能在更高维度的时空，像查字典一样，对我们存在于四维时空的一生进行检索。只不过这种更高维度的时空，我们还无法洞悉其究竟，属于建立于科学之上的“幻”。

穿越虫洞，科学还做不到

黑洞简单来说，就是一个演化到最后阶段、无法抵抗自身引力（超越钱德拉塞卡极限）而向内坍缩的致密星体。随恒星收缩，其表面引力场越来越强。当收缩到某一临界半径时，表面引力场强到光线也无法逃逸。

根据相对论，没有东西能比光还快。于是，所有东西，就连光，都会被引力场拉进黑洞。黑洞边界称为视界，就是光恰好无法逃逸的路径。

根据霍金所称的宇宙监督原则，发生在视界内的事物都是不可知的。视界就是一条明显的分界线，黑洞视界内是我们一无所知的，而视界外则是由我们用广义相对论和量子理论可以不完全解释的世界。

影片也就以此取巧，把那些最离谱的剧情设定，即“幻”的内容都放在了视界内。譬如主角通过虫洞的穿越。虫洞是有科学依据的，而虫洞穿越就显得离谱了。

广义相对论允许存在一个由时空扭曲建立的“桥”——虫洞，它是链接不同时空位置的捷径。虫洞本身就可能存在奇点。奇点是因严重的时空畸变和引力坍缩产生的，一般认为存在于黑洞视界内，我们对它的了解还停留在想象的阶段。

如果说基于广义相对论的宇宙大爆炸是时间的起点，奇点则可以说是我们身处的四维时空的终点。若是确定了奇点，我们目前所知的四维时空宇宙就可以确定，其中的一切都可以知晓。而奇点又存在于我们无法洞悉的视界内。所以，虫洞和更高维度时空的穿越这些设定都属于“幻”的内容。

而影片之所以设定穿越到超大质量黑洞，以及超大质量黑洞Gargantua本身的设定都遵循了目前基于广义相对论的黑洞理论原则。这样超大质量的黑洞所具有的性质及其较小的辐射量，都保证了主角穿越其视界时不被潮汐力撕碎的“意面效应”发生，以及不被高能粒子烤焦的可能。

用“爱”传递信息

影片中男主角穿越到更高维度的时空就是这样一种相类似的情形。诺兰用极富想象力的视听效果给我们展现了这一幕。片中的父亲在五维时空中用某种方法给女儿传递了信息。这也符合最新的理论研究。霍金在2004年对黑洞理论进行了修正和补充，提出“信息守恒定律”——并非一切事物都无法摆脱黑洞，黑洞内也可释放出信息（黑洞辐射），视界内外信息可以传递守恒。其实，可以这样来理解，信息传递需要依靠某种形式的能量，而片中父女之间的爱是否就是某种可以穿越不同维度时空传递信息的能量呢？这些未知都在我们目前无法知晓的视界另一边了。