理工男9个问题全面解读《星际穿越》
腾讯娱乐胡晓
编者按：看完IMAX版的《星际穿越》已经三天了，小编的亢奋劲还没有过去。各种问题不时地冒出来，恨不得抓住一个人就想讨论电影中的情节。腾讯电影本期为大家带来理工男如何看《星际穿越》，满满都是干货，相信会解答你心中的一些疑惑。腾讯娱乐专稿（文/胡晓 策划/三替）导语：作为多年的理科癌患者，我的确很喜欢诺兰的电影，但又受不了对他的无限拔高，比如对《盗梦空间》的过度解读。由于诺兰《蝙蝠侠：黑暗骑士》的超水平发挥，导致了我对《蝙蝠侠：黑暗骑士崛起》过于期待，看后失望之余觉得诺兰也不过如此。不过，我的怀疑在看完《星际穿越》之后彻底烟消云散了，诺兰的确是目前最具大师气质的导演，《星际穿越》也是目前所有电影里科学和艺术的最完美结合。只可惜“卧梅又闻花”，写一个完整的影评实在力所不逮，我还是多聊一聊片中涉及到的科学知识吧。1、枯萎病有可能产生吗？无人飞机、拖拉机的导航故障是什么原因？首先，《星际穿越》的背景很费了该片的科学顾问基普·索恩（美国物理学家，当今世界上研究广义相对论下的天体物理学领域的领导者之一）一番心思。作为物理学家，索恩自然不是生物学/环境专家，为了保证“植被大量枯萎”这一假设有科学依据，他准备了美食请来加州理工学院的一大波相关教授，其中包括1975年诺贝尔医学及生理学奖获得者戴维·巴尔的摩（David Baltimore），组织了一次两个多小时的讨论会。《星际穿越》剧照：枯萎病爆发的地球，只能种玉米专家们表示，虽然目前地球上不存在这种可以灭绝整个植物界的枯萎病，但是假如有某种病原体专门欺负叶绿体的话，那还是可能的。总而言之，这种枯萎病造成大量粮食减产和地表荒漠化，也就带来了片中地球上无处不在的沙尘暴。 另一个重要线索，也是令人类勇敢踏上外星之旅的，就是NASA观测到的引力异常。这种引力异常使布兰德教授相信引力是可以被操纵的。只要他能从理论上解决这个问题，人类最终可以通过操纵引力大规模离开地球，去新的宜居星球定居。值得一提的是，影片中出现的导航故障（军方无人机，库珀家的无人收割机）并不一定是磁场紊乱的结果，倒更像是引力异常的直接效应：GPS卫星为了保证精度在计算导航数据时必须考虑地球引力对时空的影响，如果引力异常，原先的算法自然无法保证导航的正常工作了。2、诺兰团队拍《星际穿越》的副产品：顺手发学术论文基普·索恩是当代广义相对论和黑洞物理的顶级大师，在此向大家强烈推荐他的名著《黑洞与时间弯曲》。索恩对本片的剧本创作贡献很大，他还拉着诺兰的弟弟乔纳森去加州理工学院学习了广义相对论，诺兰本人则去了SpaceX，即太空技术探索公司感受了造火箭的气氛。（SpaceX：该公司曾放出豪言，2100年要主宰太阳系）基普·索恩值得一提的，影片中黑板上的方程式，都是索恩教授亲自写的，他还为片中布兰德教授的理论创造了几个有物理含义的变量。这样的创作实践，不仅仅在电影界，在科学界也是前所未有的。《星际穿越》上映前后，“诺兰的Group”会至少发两篇论文，一篇黑洞物理，一篇计算机图形。论文如何我们暂且不管，先聊聊《星际穿越》的重头戏，虫洞和黑洞。3、为何主角们在虫洞里只能接收信息，从未向地球发送信息？这是刻意的情节安排，往回发送信息的速率低。那个在土星附近，连接太阳系和外星系的虫洞，无疑是本片最大的亮点。虫洞作为爱因斯坦的广义相对论框架下时空的一个可能解，早在上个世纪初就被从理论上给出过。只是当时没人在意，直到1930年代被爱因斯坦和罗森再次“发现”（他们也不知道之前就有人解出来过）。这种可以在三维空间里制造“时空跳跃”的结构，被称为“爱因斯坦-罗森桥”。但是根据广义相对论，如果没有特殊手段维持虫洞，虫洞的寿命几乎是0——刚刚形成的超时空连接会在瞬间断开，这个瞬间短到哪怕光也来不及穿越。《星际穿越》剧照：虫洞在《星际穿越》中提到，这个虫洞是”They”放置在那里的，按照基普·索恩的解释，这种超级文明可能是通过高维空间打开了这个通道，无论如何，这种保持开放的虫洞具有和黑洞不同的性质：它不存在所谓奇点，也不需要多少质量，也没有类似黑洞的“视界”：它的大小取决于通道本身的宽度，当然由于通道周围也会有一点时空弯曲，依然能看到类似黑洞的引力透镜效果。虫洞看起来啥样主要取决于它另一端在哪儿，就像一个远程鱼眼镜头。把图像呈现在它的球形表面通道的“长度”越长，我们看到的图像就越扭曲，所以电影里的是一个通道较短的“短脖子”虫洞。虫洞能够穿越时间的示意图影片中的虫洞虽然是双向的，但是主角们穿越之后似乎从未向地球发送信息，而是只能接收。和系里的美国同学讨论之后，我们认为这是导演为了情节的刻意安排，而影片里的解释是往回发送信息的速率非常之低，比拨号上网还要低好多倍……
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诺兰：《星际穿越》最大“反派”是时间
作者：李丽
时间 穿越 星际穿越 大雄 弹弓效应
[提要]　　
　　还有人作出分析，大家对于《星际穿越》宇宙观的理解，大概分为从“不懂”到“很懂”四个层次。天文学家菲尔?普莱特：库帕成功驾驶飞船穿越了虫洞，在另一边他们发现了三个行星――不知怎么的它们围绕着一个黑洞。
　　导演诺兰与男主角马修在片场说戏
　　由马修?麦康纳、安妮?海瑟薇等扮演的宇航员肩负起拯救人类的重任
　　宇航员肩负起拯救人类的重任
　　这段父女情让许多观众泪奔
　　羊城晚报记者李丽
　　克里斯托弗?诺兰执导的“神片”《星际穿越》登陆中国后势不可挡，掀起了大范围讨论热潮。影迷的关注点少有地不在于大明星的表现，而是谈论片中的各种太空科学知识，难怪有网友称之为“理科生的狂欢”。
　　还有人作出分析，大家对于《星际穿越》宇宙观的理解，大概分为从“不懂”到“很懂”四个层次。其实不管你处在哪个层面，都不用感到惭愧，就像诺兰自己在《星际穿越》中国首映礼上说的――看该片就像看其他电影，你不需要搞清楚怎么去拆弹，只需要知道不拆它会爆炸就行了。
　　第1层次：基本名词科普
　　如果你事先不知道虫洞和黑洞的区别，其实也能看懂电影，因为诺兰会用最简单的方式来告诉你答案。当然，如果你事先知道，那就会更入戏。事实上，很多人在看完《星际穿越》后查找相关名词解释“补课”。
　　虫洞：也就是片中提到的“罗森桥”。虫洞可以在更高的维度连接两个遥远的空间点，从而使人类突破光速的临界，进行超远距离的宇宙航行。从上世纪80年代开始，虫洞理论便被人们广泛用于幻想中的星际旅行，而《星际穿越》则让更多的人第一次看到，目前人类认知中或许最接近真实虫洞的样子：一个球。
　　黑洞：黑洞是超级恒星死亡后发生引力坍缩所形成的，它能吸收一切，包括光，因此任何物质都无法从黑洞中逃脱。《星际穿越》为我们呈现了当代物理学家所计算出的黑洞模样――不是我们想象中的黑球，而是一个发光的大圆环。甚至，电影还带我们穿越了黑洞，这种震撼也是前所未有的。
　　第2层次：文科生的理解
　　有意思的电影总是容易让观众分化，《星际穿越》就把观众分成了文科生和理科生两大类。网上有很多关于《星际穿越》的帖子，专门说明是给文科生还是理科生而写的。
　　有人说，如果把《星际穿越》理解成哆啦A梦的故事，就能轻松理解：主角是大雄，进入高维空间后给女儿传递消息，女儿得到知识后好好学习，最后解救了大雄――其实这是大雄用时光机帮助过去的自己。
　　用这个版本，其他人物也可以轻松代入：多伊尔博士是出木杉英才，优等生，但很快死掉了；马特?达蒙演的是胖虎，想谋杀大雄，结果NO ZUO NO DIE，把飞船搞爆炸了；旋转的永恒号是竹蜻蜓，女儿的书架是大雄的抽屉……经典的机器猫故事，文科生都能理解了对不对？
　　第3层次：理科生的理解
　　对于理科生，或者用理科生的层次来要求自己的人，《星际穿越》则有更多的细节问题需要详解。比如，让人类吃不上东西的枯萎病是怎么回事？为什么主角们到了外太空只能接受信息却不能发回？为什么一颗异星上的海洋，只到脚脖子那么浅？这时候，网络时代的力量便体现出来了，各种“Q&A”迅速涌出。
　　关于书房盒子：主人公最后落入了一个由书房组成的高维空间，正确地说这是一个四维超正方体在三维空间的投影。电影中的五维，实际上包含了时间这一维度，多出来的那个空间维，则是可以让库珀迅速回到太阳系的捷径。很多人的理解是，人类无法改变过去，而该片其实也没有颠覆这个设定，因为片中的“时间”并不是线性的。
　　关于逃离黑洞：库珀手动操作飞船环绕黑洞旋转，借助的是引力弹弓效应。这个原理有点类似大车撞小车，如果小车比大车轻很多的话，大车只会损失一点点速度，而小车会以大车速度的差不多两倍飞出去，这里引力就起到了撞击的作用：黑洞动量的一小部分传给了飞船。
　　第4层次：科学家的吐槽
　　虽然《星际穿越》有著名物理学家基普?索恩的坐镇，普通人也许会“不明觉厉”，但对于一众真正的科学家来说，还是要好好挑一挑刺的。
　　天体物理学家罗伯托?特罗塔：看不见燃料箱！要进行星际太空旅行，你需要大量的燃料，飞船一大部分质量都应该被燃料占据才对，难以想象永恒号要用什么样的方式推进。这个问题在他们抵达土星时就非常明显了：怎么减速？你得在飞船前面装一个大火箭，和你开始用来加速的火箭一样大才行。电影里那点儿反推火箭实在是太小了。
　　天文学家菲尔?普莱特：库帕成功驾驶飞船穿越了虫洞，在另一边他们发现了三个行星――不知怎么的它们围绕着一个黑洞。看到这里我长叹一口气。这些行星从哪里得到热量和光线啊？好像没有恒星不行吧？热量肯定不是来自黑洞本身，因为接下来库帕无可避免地要下到黑洞里面，他也没被烤熟。这些行星明明附近没有热源，不知怎么却适宜居住。
　　听听诺兰怎么说？
　　“我相信人类才是自己的上帝”
　　细节解惑：关于诗、沙尘暴和旧飞船
　　Q：为什么在片子中反复引用《不要温和地走进那个良夜》这首诗？
　　A：我选择迪伦?托马斯的这首诗，很重要的原因是它全篇都在讲人如何面对死亡，关于这个主题，我没看到有人用英文写得比它更好。
　　Q：电影中描绘了沙尘暴的景象，现在地球有很多地区都有这个问题，所以是不是参考了什么？
　　A：沙尘暴的情节是按照1930年美国大沙尘暴的景象做的，我看过这方面的纪录片。我选用它来表现世界末日是希望观众觉得更有真实感，而且它也增加了影片中角色的绝望感。
　　Q：很多太空片的道具都是闪闪发光的，但是这一部中的设置包括飞船和机器人却是旧旧的，为什么？
　　A：我个人比较受以前的传统科幻电影的影响，比如说最早的《星球大战》和后来的《异形》，它们也是采取这种传统的太空美学，从铠甲到战机都是做旧处理，甚至布满灰尘，伤痕累累。我觉得这样的表现方式更可信，因为真实世界就是不完美的，即使高科技世界也是不完美的。
　　Q：对于影片中虫洞和黑洞的展现，你给自己打几分？
　　A：必须10分。这是我们的科学顾问和视觉总监完全按照相对论的公式设置出来的，设计完了他们甚至还发表了论文，因为这东西过去从来没人做过。
　　Q：影片接近3个小时，你会担心对普通观众来说太长了吗？
　　A：如果我觉得太长，我就不会这么拍了！
　　观点解惑：关于《盗梦空间》、时间和爱
　　Q：《盗梦空间》和《星际穿越》有什么关系？
　　A：在我心中，这两部作品是互为镜像的。它们都涉及时间，但《盗梦空间》向内，更多是探索人的内心世界，《星际穿越》则是向外，直接到外太空去了。不同的是，时间在《盗梦空间》里只是一个元素，但到了《星际穿越》却是一个重要角色――如果这部片子有反派的话，时间就是头号大反派。
　　Q：关于时间和空间，你个人的体验是什么？
　　A：我有很多这方面的感受。有时候我做梦觉得过了很长时间，但醒来却发现其实时间很短。那么根据相对论的表述，时间确实在不同空间、不同引力的影响下会发生扭曲和变化。
　　Q：这部片子到最后也没有外星人，这是不是说明你不相信人类会拥有来自外界的救赎？
　　A：是的，我一直认为人类就是自己的上帝和主宰，我们没办法依靠外界的力量来救赎自己。
　　Q：这是一部非常尊重科学的电影，但里面也提到了爱的作用，你真的相信情感的物理作用吗？
　　A：科学确实是非常客观的东西，但是我也想在电影里传达一种观念――人的直觉和感应同样重要。或许我们现在还没有办法量化，但我希望未来的科学在这方面能有更好的定义和描述。
　　(责编：小万)
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　|　　|　　|　 |《星际穿越》中墨菲最后到底明白了什么？
简单来说，墨菲最终完全解开了老布兰德教授的有关引力的方程，从而成功实现控制引力，这关乎到地球上人类的延续。在《星际穿越》中，由于枯萎病席卷全球，地球上的植物和庄稼濒临灭绝，最终会导致地球上的氧气耗尽，人类既面临着挨饿，又面临着窒息，所以人类必须要想办法避免灭绝。与此同时，NASA的科学家发现了诸多引力异常的现象，例如，他们在土星附近发现了一个连接河外星系的虫洞，在那边可能存在宜居的行星。不过，仅仅找到宜居行星还不足以拯救全人类，因为那时的科技根本没办法把地球上的人类都带离地球。
但通过引力异常的现象，老布兰德教授意识到控制引力是有可能的，所以他开始研究这个理论。于是，NASA制定了两项拯救人类的计划：计划A——如果能够控制引力，并且发现宜居行星，那么，全人类就可以转移到那颗行星上生活；计划B——如果没能控制引力，那么，地球上的人类只能自身自灭，而执行探测任务的这些人带着人类的受精卵去其他星球上繁衍生息。
在现实世界中，引力异常现象曾经引发了物理学界的革命。例如，水星前后两次绕太阳运动一周的轨道是不重叠的，近日点都会发生变化，这被称作近日点进动。水星近日点进动的实际观测值大于牛顿引力理论的预测值，这个问题一直没有得到解决，直到爱因斯坦提出了广义相对论，这个引力异常的现象才得到完美的解决。因此，如果能够解决引力异常的问题，将有可能引发物理学界的革命。
在《星际穿越》中，最主要的引力异常是土星附近突然出现了一个很大的虫洞，这在四维时空（三维空间+一维时间）中不可能自然出现。于是，老布兰德教授推测，这可能是五维时空（四维空间+一维时间）的超体场穿过我们的宇宙膜时所造成的引力异常现象。老布兰德教授创建了一套理论来描述这种引力异常，最终他发现，想要完全解开引力方程，需要黑洞的奇点数据。直到墨菲的父亲在超体中通过引力把这些数据传给墨菲，最终她才完全解开了老布兰德教授的引力方程，终于知道如何控制引力，从而使得地球上的人类摆脱地球引力的束缚，进入太空，避免灭绝。
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威胁食物安全的，不止有《星际穿越》里的“枯萎病”
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