电影《星际穿越》是一部史诗级的科幻惊悚片，讲述了包括由于气候变化而逃离地球，以及虫洞和时间膨胀等方面。影片中有许多有趣的概念，这些概念带有不同程度的科学准确度。因此，继续阅读本文，我们一起找出库珀（电影《星际穿越》男主角Cooper译名）精彩旅程中理论上可能实现的东西。

毋庸置疑，本文会对影片情节造成一点破坏。

人类真的可以穿过虫洞吗？

虫洞——影片中描述的无所不知的五维空间生物在土星附近创造的门，在电影《星际穿越》的整体情节中起到了推动作用。虫洞实际上是一个“隧道”，可以弯曲时空间，连接的两端可以进行能量和信息传输。影片中罗米利（电影《星际穿越》角色Romilly译名）做了简单说明。

图解：两点在二维平面上，两点的最短距离是直线；将这一平面弯曲，变成三维空间，将两点贯穿相连，三维空间距离远小于二维空间直线距离。图源：GOOGLE

虫洞存在吗？呃，科学指出了理论上的可能性，但至今尚未发现，也就意味着虫洞仍是一个伟大的假设。此外，虫洞的壁实际上并不稳定，因此人类在穿越虫洞时，头顶部分的虫洞壁可能会坍塌。找到一个自发形成的虫洞的可能性非常小，如果说存在一个虫洞，只能靠某种拥有移动整个星系的先进文明来创造。的确令人头大，但是理论物理学上虫洞可能存在的假设依然成立。也许只需要五维生物告知呢。

图解：影片《星际穿越》中的虫洞与环状永恒号（Endurance译名）飞船。图源：派拉蒙影业（Paramount Pictures）

结论：虫洞近几十年来一直是科幻作品的主题，这种情况很可能会一直持续下去。人类穿越虫洞几乎是不可能的。（旁注：人类掉入黑洞毫无疑问会死。）

会存在像TRAS这样的机器人吗？

创编出像TRAS和CASE这样的机器人难度在于其人工智能，而非机动能力或外观设计。实际上，TRAS单是其整体的简化设计已经是广受赞誉。一部分是由于其对巨制《2001：太空漫游（2001: A Space Odyssey）》的致敬，更多的是因为该机器人妙语连珠。矩形设计的刚性机器人也许在理论上可以正常运行，但要像电影中那样移动四肢，需要巨大的扭矩支持。例如，搬运布兰德（电影《星际穿越》角色Brand译名）博士时利用车轮旋转方式在海中前行需要大量的动力。

图解：电影《星际穿越》中机器人CASE 搬运布兰德博士。图源：ScienceABC

在这种情况下，真正的机器人应该会有轮子和爪子，而不是乐高形状的手。除了强大的功能，还需要花功夫做从词汇表到幽默设置的所有编程，这些在今天的单一产品中是不可能实现的，至少TRAS这样确定性的版本中是不可能的。更不用说所有的传感器，电路，电线和液压系统也都需要规整地布在运动单元。要想制作出类似RTRAS的机器人，几十个大型高科技公司投入数以千计的全职技术人员来开发一款产品，也需要数十年。影片中对此的解释是翻新的军用机器人，这对于影片设定很有意义，却也不会是载人星际任务的理想伙伴。

图解：电影《星际穿越》中机器人TRAS。

结论：人工智能想要变得如此复杂还有一段路要走，可能的话，整体设计不会朝着这个方向发展。

“引力方程”如何帮助人类大规模外逃？

影片中，墨菲（电影《星际穿越》角色Murph译名, 男主角库珀的女儿）试图解决的“拯救人类”方程简单称为“引力方程”。实际上确实有引力方程，与影片中的不尽相同。影片中墨菲和布兰德教授（电影《星际穿越》角色布兰德博士的父亲）试图从黑板上计算出可以“解决地球引力”的数值，这样就可以成功执行A计划，也就是撤离，让世界上所有人口乘坐重力推进火箭逃离地球。最终，墨菲在获得了黑洞内部“无限引力”的信息后，得出了答案。

黑板上的方程式之一是爱因斯坦场方程式的一种形式，该方程式是引力的微分方程，可以解释从大爆炸到黑洞的所有事物，以及介于两者之间的几乎所有的引力异常。2016年2月，美国麻省理工LIGO（激光干涉引力波天文台，英文全称Laser Interferometer Gravitation Wave Observatory）实验室发现并确认了“引力波”的存在，从而证实了爱因斯坦关于引力的重要假说之一。

LIGO实验室捕捉到的引力波来自12亿光年远的两个黑洞碰撞。影片中墨菲试图解决的问题本质上是精密概念化的爱因斯坦场方程，可以帮助“创造专属引力”，从而将整个城市进入太空。影片中爱因斯坦的成果最终是怎样救助人类的，这一过程充满了诗意，当然也少不了墨菲和跨维度互动的少许帮助。

结论：这些方程以某种形式成立，却不能帮助人类逃离地球。

图解：电影《星际穿越》中用于计算的黑板，图中人物为墨菲，图上译文：爱因斯坦被一块手表打败时物理学家的表情（墨菲是通过一块手表解决方程的，欲知详情，请看电影）。

时间膨胀与潮汐星球

这或许是影片中最令人费解之处。太空的宇宙飞船内的23年4个月零8天，是怎样等价于星球上大概3.5小时的？那就先对时间膨胀做一些基本了解吧！

假设你正站在米勒（电影《星际穿越》星球Miller译名）星球的地面上，同时罗米利在宇宙飞船内绕黑洞卡冈图雅（电影《星际穿越》黑洞Gargantua译名）的轨道上。按照爱因斯坦的广义相对论，低引力场中的时间流逝更慢，高引力场中时间流逝更快，这恰好是影片中的情景。布兰德博士和库珀在米勒星球上，该星球由黑洞卡冈图雅施加了巨大引力（由于米勒星球快速旋转引发了巨型潮汐）。

图解：米勒星球绕行黑洞卡冈图雅。

然而罗米利隔了一定距离绕黑洞卡冈图雅运行，使得卡冈图雅对他造成的引力影响小得多。需要注意的是，时间会变慢，是相对于两个人群来讲的。假设罗米利所在的永恒号宇宙飞船收到的引力场与地球上相当，地球上的人类也已经经过了23年。事实上没有人体验到慢动作。

图解：上图为罗米利独自在飞船中27年（自地球出发开始算起），研究宇宙的奥秘；下图为马特达蒙博士在曼恩星球生存10年，等待库珀等人，最后决定杀死前去曼恩星球的所有人（震惊，男子为何坚守一冰冻星球十年，又为何要杀死前来接头人员）。

如果库珀在整个3.5小时的过程中在头部佩戴GoPro相机，可以立即将所有影像一次性传送至地球（事实上不太可能，因为信息传输速度不可能比光速快），他的女儿墨菲将会看到3.5小时的影像，而非23小时的慢动作影像。如果库珀使用潜望镜进行实时直播，墨菲将会隔几天甚至是几周的时间接收到一些比特流，直播影像也将会是超级超级慢动作。

要使影片中描述的时间膨胀水平发生，米勒星球必须以超过99.99%的光速运行，也就是说，米勒星球的运转轨道必须无限接近黑洞。如此接近黑洞，势必会对米勒星球造成严重不良影响。由于极度的引力存在，米勒星球或许不能以当前形式存在。

图解：徘徊者号飞船在米勒星球着陆。

结论：由于是一部科幻电影，为了存在一部分创作余地，不太在意数学方面，时间膨胀就是一个例子。

影片《星际穿越》中有许多值得一看的壮观场面，人们也可以长时间不间断开帖讨论其中的科学性，但是基普ˑ索恩（Kip Thorne译名，电影《星际穿越》的科学顾问，也是美国帕萨迪纳加州理工学院的理论物理学教授）已经撰写了一整部，叫做《星际穿越中的科学》（《The Science of Interstellar》译名）。影片中出现的许多问题已经在书中作出了解答，基普ˑ索恩的参与使得影片在科幻的边缘进入到了现实可能实现的范围，尽管有超自然的元素……当然这是以后要讨论的问题了。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. scienceabc-Upamanyu Acharya- Holly

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