不遠未來的地球，沙塵暴肆虐，生命遭到威脅，文明面臨生死存亡，人類不得不遷徙……一切問題的解被指向浩瀚的宇宙。本月12日，「燒腦」大片《星際穿越》在中國上映，一路票房飆紅，口碑爆表，並引發影迷「惡補」物理課本的熱潮。
與此前同樣由諾蘭執導的《盜夢空間》相比，《星際穿越》並沒有沿襲上一部電影的爆棚想像力，而是專門聘請來霍金的好友、天體物理學領域權威——基普·S·索恩（Kip Stephen Thorne）作為編劇之一兼科學指導，這也著實讓太空科幻迷們有了討論不完的科學話題……
時空扭曲 1小時可以抵7年？
電影中，飛行員庫珀和女科學家布蘭德降落在繞著黑洞轉的星球上，星球上的1小時相當於地球上的7年。「根據愛因斯坦相對論的解釋，因為黑洞的引力場很強，會導致時空彎曲，時空被『拉』得非常長，就好像時間被『稀釋』了一樣。」果殼網「科學人」主筆虞駿在接受科技日報記者採訪時說。
我國神話中有「天上一日、地下一年」的說法，如果按照這部電影所詮釋的那樣，神話真的可能成為現實？中國科學院國家天文臺研究員、宇宙暗物質暗能量團組首席科學家陳學雷認為，電影中的這一設定的確有它的理論依據。「除了引力場造成時間變緩或者說『稀釋』外，依照狹義相對論，物體運動時質量會隨著物體運動速度增大而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運動速度的變化而變化，發生尺縮效應和鍾慢效應，影片中飛船飛往黑洞附近快速轉動的行星的過程中可能也有一點影響。」陳學雷說，「不過電影中1小時抵7年屬於比較極端的情況，雖然有相關的理論依據，但能否真正找到這樣的星球尚不知曉。」
穿越黑洞 能否與死神擦肩而過？
「黑洞是由大質量的恆星在引力塌縮後形成，科學家們認為由於重力的強勁拉力，坍塌的恆星中的所有物質都被壓縮成一個極小的點，這個點就是電影中提到的『奇點』。」陳學雷說，「奇點的質量和密度驚人的大，你離這個高密度的點越近，引力對你的拉力就越大，當近到一個叫做『事件視界』的臨近點時，過了這個界限哪怕是宇宙中速度最快的東西——光，也逃不掉奇點的引力。」
「如果一個人的頭朝上、腳朝下接近奇點，腳會比頭受到更強的引力拉力，這個引力差非常大，以至於人被拉成『麵條』，每塊肉體會繼續被拉伸和斷裂，直到面目全非，物理學把這樣的『死法』叫做『義大利麵條化』。」虞駿告訴記者，「但是黑洞是個比較奇怪的東西，電影中交代：它的質量越大，就越『溫柔』。」
按照索恩為這部電影撰寫的配套書中的設定，電影中的黑洞質量相當於一億個太陽。「如此之大的質量令這個黑洞非常『溫柔』，根據計算，在它的『事件視界』附近，一個人的頭和腳帶來的引力差要比人站在地球上頭和腳受到的重力差還小。正因如此，按照電影設定的前提，我們至少可以相信庫珀在接近黑洞邊緣時依然毫髮無損，不過他進到黑洞之後是什麼樣子，能不能從中走出來，我們就無法判斷了，畢竟到目前為止，科學家還沒有完全了解黑洞裡面的世界。」虞駿說。
神秘方程 如何拯救全人類？
老布蘭德教授以及庫珀的女兒墨菲用盡一生尋找一個方程，希望完成電影中的A計劃——將人類帶入太空中的另一個宜居星球。是什麼方程擁有如此神奇的力量，虞駿表示，這應該是一個引力方程。「電影中應該是想找到一個方法控制引力，創造出反引力裝置，從而將處於水深火熱的地球人送往外太空。」
「影片中飛行器升空時仍需藉助類似火箭一樣的燃料將航天飛船送往外太空，根據這一短暫的鏡頭可以大致判斷，即便科技發展到電影中所處的時代，燃料問題仍然困擾著科學家。」陳學雷說，「事實上，藉助現有的觀測及探測技術，我們一直在尋找人類宜居的行星，並在其他星系中看到了希望，但要實現『星際移民』的計劃，動力問題依然是最大的困難之一，而電影中布蘭德及墨菲正是傾其一生在尋找這樣一個引力方程。」他同時還指出，電影中說「解」（solve）方程的確存在歧義，「應該是缺少這個方程中的一些關鍵項，因此用『找』到方程更合適一些，如果方程中的所有要素都搞明白了，剩下的事情只要用數學去求解就可以了」。
巨型海浪 是否違背潮汐鎖定？
電影中被「海洋」覆蓋的神秘星球掀起的巨型海浪令人印象深刻，一些人不解為何只能淹沒太空人腳踝的「海洋」卻可以掀起如此巨浪？「有猜測因為星球距離黑洞很近，黑洞的巨大引力將海水幾乎全部掀起所致。」陳學雷說，「這一說法存在爭議主要是考慮到『潮汐鎖定』問題。」
「就像我們的月亮繞著地球轉一樣，一面永遠朝著地球、一面永遠背對著我們，同樣這顆行星繞著黑洞轉，黑洞巨大的引力也會鎖定這個星球，當公轉與自轉達到平衡，就不應該有巨浪了。」陳學雷說，「但是潮汐鎖定也不全都像地球和月亮這樣達到1∶1的鎖定，比如水星圍繞太陽也進入了潮汐鎖定，不過是2∶3鎖定，即水星繞太陽公轉兩圈，自轉三圈，這樣的情況也會出現潮汐。但是如果這顆星球當真轉得這麼快，我想這些人就不會想去這個星球上了。」
「而電影中並未交代巨浪產生的真正原因，因此可能並不是潮汐，而是地震等其它自然現象引發的火山爆發或者海嘯等。」陳學雷說，「不過根據電影中所呈現的兩次巨浪之間大致只有幾分鐘，最多相差一兩個小時來看，無論是我們猜測的哪種情況，巨浪都不應該出現得如此頻繁。」
對此，虞駿也表示：「由於電影中只呈現了太空人所到之處的景象，因此也只能反映星球上的局部面貌，對於巨浪的真正原因，我們還可以更加大膽的猜想。」
五維空間 時間真能可碰可觸？
電影中最為科幻的鏡頭莫過於庫珀穿越黑洞來到五維空間，發現時間變成了實物且就在墨菲房間的書架後面。「提到多維度時空，大家通常感到很神秘，事實上科學家一直在利用維度來描述世界。」虞駿介紹，比如，物理學家在描述一個質點的運動狀態時已經用到六維——位置坐標（x，y，z）、速度坐標（vx，vy，vz），如果考慮加速度或者其他因素，就更多了。
「人類進入黑洞會看到怎樣的景象，在多維空間裡時間會以怎樣的形態出現，利用引力穿越維度空間能否將數據傳輸出來，電影中有關這些問題都只是一種理論猜想，雖然現在的科學水平還不能給我們明確的答案，但應該也不像電影中所呈現的那樣在一個書架後面。」陳學雷說，「比起穿越劇來我們之所以更願意去討論這部電影的科學性，正是因為它試圖不去違反我們已知的物理學規律。但歸根結底它仍然是一部科幻電影，當主人公進入到黑洞裡面，也就走出了目前科學研究所熟悉的範圍，接下來的事就應該交給想像力了。」
陳學雷告訴記者，為了拍這部電影，索恩還做了一次黑洞模擬實驗，通過對吸積盤發出的光線進行追蹤，實現黑洞的視覺化創作。「這件事本身就十分有意義，因為從1914年發現『黑洞解』（後被命名為黑洞）至今已整整一百年，許多有關黑洞的問題科學家到現在還沒搞明白。電影中一開始所呈現的地球，人類好像已經缺少探索宇宙的激情了，科學家最好去造拖拉機，你畫了一堆餅，不能治病、不能種莊稼又有什麼用？但好在它又告訴我們，即使填不飽肚子也不要忘記仰望天空，因為這個世界總需要一些人去探索。」他說。
（來源: 中國科技網 責任編輯：葉海英）