重映!科幻力作《星際穿越》引出的天文與物理

全國影院陸續復工將近兩周時間了，

不知道你們有沒有走進影院，重溫電影帶來的快樂呢？

在眾多重映的老片中，啟航君發現，

有一部作品的呼聲非常之高且與天文相關。

它就是諾蘭導演的《星際穿越》。

看懂《星際穿越》你可能需要懂或知道：相對論、量子力學、黑洞，蟲洞理論等物理知識…

《星際穿越》長達169分鐘，主要講述了一隊探險家利用他們針對蟲洞的新發現，超越人類對於太空旅行的極限，從而開始在廣袤的宇宙中進行星際航行的故事。

諾蘭（導演）式強大的「燒腦」敘事情節不在話下。最讓人撓頭的是各種天文、物理概念，該片的高冷氣質皆因隨處可見的「彎曲時間」、「宇宙黑洞」、「引力使光扭曲」等等……

下面啟航君將較詳細的為大家分析一下電影所涉及的一些天文物理及理論問題的燒腦問題、粗略簡科普～歡迎評論區做詳細解釋說明或指誤～

1. 黑洞真的是洞嗎？

黑洞並不是洞，它不是空的，恰恰相反，黑洞是宇宙空間內存在的一種超高密度天體，由於類似熱力學上它是完全不反射光線的黑體，故名為黑洞。

黑洞的質量極其巨大，而體積卻十分微小，它產生的引力場極為強勁，以至於任何物質和輻射在進入到黑洞的一個事件視界(臨界點)內，便再無力逃脫，甚至目前已知的傳播速度最快的光(電磁波)也逃逸不出。

《星際穿越》這部電影畫面中呈現的黑洞，是30個人使用數千臺計算機，用一年的時間，製造出的電影史上最準確的黑洞模型。他的理論支持者是基普·索恩，他基本上是最偉大的黑洞大師之一。

2.什麼是蟲洞？

蟲洞演示圖 圖 / 網絡

蟲洞又稱愛因斯坦－羅森橋，是宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄隧道。蟲洞是1930年代由愛因斯坦及納森·羅森在研究引力場方程時假設的，認為透過蟲洞可以做瞬時的空間轉移或者做時間旅行。

由阿爾伯特·愛因斯坦提出該理論。

簡單地說，「蟲洞」就是連接宇宙遙遠區域間的時空細管。

暗物質維持著蟲洞出口的敞開。蟲洞可以把平行宇宙和嬰兒宇宙連接起來，並提供時間旅行的可能性。蟲洞也可能是連接黑洞和白洞的時空隧道，所以也叫「灰道」。

《星際穿越》最熱的關鍵詞是「蟲洞」。這個概念並不新鮮，《來自星星的你》的「都教授」就是通過蟲洞建立的時空通道來到地球的，科幻片《星際迷航》也多次用到這個理論。

3.五維空間

在電影《星際穿越》中，連續探索了兩個看似適合人類居住的星球之後，庫珀把補給留給了隊友，自己再次穿越蟲洞嘗試返回地球，結果他墜入了一個奇幻的空間：女兒書房裡的書架背後。

這個時間可以逆轉，庫珀看到了當年在這個房間自己跟女兒告別的情景，但他無法打破這個空間，也無法讓其他人看見、聽見自己。

五維空間模擬 圖/網絡

這就是一個五維空間，不同於我們所在的三維空間，五維空間裡時間是如同一座山一樣實質存在的，庫珀需要告訴女兒如何解開五維空間的方程式，能通過五維空間傳遞的只有重力。於是他用灰塵的重力和手錶的指針發送摩斯電碼，把方程式的答案傳給了長大後的女兒。

4.奇點

《星際穿越》影片中在飛船駛向黑洞邊界時多次提到了「奇點」

奇點是時空中的一點，在該處時空曲率或其他的物理量都變得無限大，它具有一系列奇異的性質，無限大的物質密度、無限大的壓力、無限彎曲的時空等。

大多科學家認為它是宇宙產生之初，由爆炸而形成宇宙的那一點。

它具有所有物質的勢能，而這種勢能正是由大爆炸而轉化為宇宙物質的質量和能量，我們可以想像，奇點是一種沒有固定形狀的、沒有體積的不可思議的存在。

5.與女主名字相同的定律：墨菲定律

墨菲定律是一種對概率的詮釋，本身並不指代吉兇禍福

片中男主角的女兒名為墨菲，

而她總在抱怨自己的名字與不吉利的墨菲定律的聯繫。

墨菲定律由上世紀中葉一名美國空軍工程師愛德華·墨菲提出，包含四條原則：

1.任何事都沒有表面看起來那麼簡單；

2.所有的事都會比你預計的時間長；

3.會出錯的事總會出錯；

4.如果你擔心某種情況發生，那麼它就更有可能發生。

6.引力彈弓

引力彈弓「助推」羅塞塔探測器「美夢成真」

彈弓效應是物理名詞、指的是小天體等藉助大質量天體重力獲得更大動能，這個概念被推廣開來就是藉助外界條件讓自己獲得加速度的意思。

以宇宙飛船為例，就是藉助星球引力使自身加速的原理。

利用引力使自己的速度加快，引力越大，速度也就越快。

引力助推既可用於加速飛行器，也能用於降低飛行器速度。

靠著這種方式，在星際間彈來彈去，最後到達目的地。

（現代太空飛行器也都藉助地球、火星、木星、土星等行星引力加速）

7.為什麼Cooper的飛船要不停的旋轉？

飛船之所以在離開地球大層之後需要旋轉是為了製造重力，這樣Cooper和他的隊員們就可以像在地球上面那樣正常的生活，可以正常的喝水小便而不會有液體飛濺，此外演員們在3個小時的影片中也不需要假裝飄來飄去。

當物體繞著圓心旋轉的時候，太空人所處的參考系具有一個離心力，這就等效於重力，在影片的末尾我們看到土星軌道的大型空間站做成卷餅狀也是同樣的道理。

以上，僅是啟航君粗略簡單的科普，

帶著這些知識，對天文沒有了解的朋友們這次可以去好好觀賞了。