科普黑洞蟲洞，備戰星際穿越

諾蘭的新作「星際穿越」基於美國理論物理學家基普·索恩的理論成果，而他的理論成果基本都在他的著作「黑洞與時間彎曲」一書中，本文的科學知識基本都是我在這本著作中看到總結的。
該片劇情將涉很多的科學概念，包括蟲洞、黑洞理論、相對論，萬有引力等等。


一、黑洞

基帕·索恩在「黑洞與時間彎曲」這本著作的開篇講了一個一支太空探險隊在太空中探索黑洞的經歷，故事挺無趣的，基本上就是形象地說了現代科學家對黑洞的研究成果：

1.什麼是黑洞

黑洞是空間中有著強大引力的超高密度的天體，假如太陽質量不變，大小卻變成桌球那樣，這就是太陽坍縮成了黑洞。
黑洞的特點就是有進無出，即：
①任何東西都可以掉進黑洞，黑洞外圍有一層「事件視界」，任何東西只要過了這個「視界」，都要掉進黑洞。
②任何東西都不可能從黑洞裡逃出來，包括光。
另外，因為沒有光從黑洞逃出，故無法直接觀測黑洞，但是從物體被黑洞吸入之前放出的紫外線、X射線等邊緣資訊可以獲取黑洞的存在。

2.黑洞潮汐力

一隻很大的飛船飛向一個天體，飛船頭部距離天體比較近，受到的引力比較大，而尾部距離天體比較遠，受到的引力比較小，頭部和尾部的引力大小的差距，就會在飛船中間產生撕扯的拉力，這個拉力就是潮汐力。
如果天體是黑洞，質量非常大，飛船距離黑洞距離越小時，造成的引力差就會越大，這就是黑洞潮汐力。這個力甚至可以把飛船撕成碎片。飛船裡的太空人也同樣會受到潮汐力的作用，
對於一般我們接觸的物體，即使我們到達它的表面所產生的潮汐力也沒有多大，但是，如果是黑洞這種超大質量超大密度的天體，則有可能產生很大的潮汐力將物體撕碎。
這個感覺很有可出現在電影劇情中。（其實第一個星球上的巨浪就是由黑洞巨大的潮汐力造成的。）


二、蟲洞

下面就說說「黑洞與時間彎曲」的第十四章蟲洞和時間機器這一章的內容：
首先，基帕·索恩說了一件他的趣事：
1985年，基帕·索恩接到多年老朋友卡爾·薩根的求助。卡爾寫了一本科幻小說，希望把小說裡的科學理論寫的準確一點，想讓基帕·索恩指點一下。基帕發現書中的女主角居然掉進黑洞然後時空穿越了，這是不可能發生的。於是基帕寫信建議卡爾要依靠蟲洞做星際旅行。卡爾欣然接受建議，那小說叫「Contact」。後來被拍成電影叫「超時空接觸」，也是馬修主演，評價很好。
然後基帕·索恩開始講蟲洞：

1.蟲洞在哪裡

關於蟲洞有三種說法：
一是蟲洞是宇宙中相距遙遠的兩點間的一條捷徑，就是一個蘋果，蟲子沿著蘋果表面走遠了，可是如果蟲子挖洞從蘋果裡面走就近多了，顧明思議，蟲子為了抄近路而在蘋果里挖的洞。
二是蟲洞是連接黑洞和白洞或黑洞與黑洞的管道，故在黑洞裡能找到蟲洞。（白洞：黑洞死亡會變成一個白洞，噴射出之前黑洞吸入的物質）
三是蟲洞是時空隧道，能進行時空旅行。
沒人見過蟲洞，有人說我們周圍到處都是蟲洞，又有人說黑洞裡有蟲洞，基帕·索恩在書里又說我們可以自己構建蟲洞。

2.負能量物質

蟲洞在某個時刻產生，短暫地打開，然後關閉、消失。從產生到消失，時間極短，短到沒有事物能在這麼短的時間內從一個洞口穿到它另一個洞口。所以我們能利用蟲洞進行時空旅行前提是有辦法使蟲洞一直開著，不讓它消失。
基帕·索恩覺得有某種奇異物能貫穿蟲洞，使蟲洞一直開著。這種奇異物和人類所見的任何物質都大不一樣，它具有負能量。
要實現負能量其實並不難，參照系不同便可實現。在飛船以接近光速的速度接近蟲洞時，蟲洞周圍的能量自然就成了負的。
故要進入蟲洞，飛船的速度必須接近光速。

3.時間機器

假定我們能找到蟲洞並且有某種負能量可以讓它一直開著，那麼蟲洞就可以是一個時間機器。
飛船要進入蟲洞，其速度要接近光速。
根據愛因斯坦的相對論原理，如果你在太空中的速度足夠快，可以做到在太空中呆了幾十天，地球上卻已經過了幾十年，做到古人所說的天上一天地上一年，即如果你2014年坐飛船接近光束進行時空旅行一個月後，回到地球，這時發現地球已經是2044年，這就實現了穿越到未來。
故我們可以猜想劇情，等主角們穿越到其他星際空間完成任務後，回到地球，他們的兒女都和主角們一樣大年齡了。
目前的科學理論表明，回到過去是不能實現的。

4.母子怪圈

雖然回到過去沒有科學依據支持，但科幻片畢竟是科幻的，所以出現回到過去的劇情也是有可能的。
這時就有一個每部有關穿越時空的科幻片都面臨的問題：
假如我有時間機器（蟲洞或者別的），我就能夠回到過去母親懷我之前把她殺死。此時，母親死了，我就不會出世，那又怎麼會有我穿越時空來殺母親呢？這時就有這樣一個矛盾出現了。

對於這個矛盾，有兩種處理方法：
①因果循環觀點：歷史不可改變，我雖然想殺母親，但會有外界因素使我不能成功。或者說，過去某時某人死了，我回到過去想救某人，會有其他因素阻止我救人，甚至我的出現就是那個人死的原因。
②平行宇宙觀點：時空不是唯一存在的，而是有無數個時空平行的存在，它們彼此之間一般情況是無法產生聯繫的。這種觀點普遍被人接受。那麼我只是穿越到另一個平行宇宙，殺死了那一個時空的母親，並不影響我穿越前那個宇宙的母親。也就是說我只是穿越到別的時空去了一趟而已，而不是回到過去或未來，更無所謂改變歷史。

星際穿越如果出現這種情況，諾蘭會不會有什麼不同於以上兩種說法的新穎處理方法沒有呢？


三、多維空間（這一點是觀影后補的-2014.11.16）

上面的問題的答案是肯定的，新穎的處理方法就是運用五維空間。下面說說我所理解的多維空間。
一維空間是線，由點組成。
二維空間是面，由線組成。
三維空間是體，由面組成。人就是三維生物。
四維空間是時空，由體組成。即物體花費時間移動形成時空。如一個人由小孩變成大人，這是一個四維事件。
五維空間由時空組成，如小明長大成了廚師是一個時空，小明長大成了老師是一個時空，小明長大成了警察是一個時空等等，而且不但有小明還有小紅、小白、小黑小黃等等等，把這些時空當成物體放在一個空間裡成了五維空間。
六維空間是由五維空間組成的，七維空間是由六維空間組成的，八維空間是七維空間組成的，以此類推。

講解視訊：http://www.56.com/u71/v_NjU2MjIyNzY.html



尾言

不知道這些內容並不影響觀影，但知道這些知識肯定是對觀影有所幫助的。
目前我們對黑洞和蟲洞的了解很多都停留在猜想上，這也讓電影有很大的發揮空間。我覺得電影裡的科學理論不應該是觀影障礙，你不是科學家，你只要去相信去遵循作者的設定就好，重點本來就是在人性和情感上。

觀影之前最好先看一下以下五部極可能對諾蘭的「星際穿越」有所影響的影片：
1.超時空接觸：這部片與星際穿越有很大淵源
2.黑洞頻率：兒子在無意中通過一台老式的無線電與三十年前的父親聯繫上了
3.十二猴子：未來不可改變，掙脫不了的
4.星球大戰：這部片激勵了很多名導，包括諾蘭
5.2001太空漫遊：從預告中就可以看出星際穿越有很多致敬老庫的地方