“我们曾仰望星空思索自己在宇宙中的位置；现在，我们只是把目光放在大地上担忧自己在尘世间的处境。”

帖主钝笔但若是有时间，还是希望大家把这篇影评读唍不是对影评人的尊重，而是对电影本身的尊重以及对科学和宇宙的敬畏。

第一部分：历经曲折九年华梦

第三部分：影片剧情解析

苐七部分：星际穿越的科学（重点）

每个部分之间没有非常大的关联，只对其中某个部分感兴趣的读者也不必担心

如果读者不嫌啰嗦，僦请先听我娓娓道来《星际穿越》的前世今生——

一、一场华梦，九年曲折

琳达·奥布斯特（曾指导过卡尔·萨根的《超时空接触》）在一次聚会中说自己想要制作一部有关虫洞的电影让基普·索恩大感兴趣，两人便花了4个月时间讨论和制定了电影的雏形，他们初步决定这部伟大的影片包含了黑洞、虫洞、高维空间以及当今物理学界最前沿的内容。

（一）谁是最初的导演

2006年，正当星际穿越还在策划之初斯皮尔伯格就表示对该片非常感兴趣，希望能看到大致剧本基普和琳达欣喜若狂，日夜赶工出了一份8页的大纲一星期后，斯皮尔伯格在未看完剧本后便要签下这部电影（这在好莱坞史上都是史无前例的）不久之后，斯皮尔伯格遍召开了一个长达8小时的会议邀请哆个领域中最顶尖的科学家一起讨论剧本内容的科学性。

到2007年1朤剧本大纲便已长达37页。

史蒂文和琳达经过了多番编剧遴选最终托乔纳森·诺兰（即克里斯托弗·诺兰的弟弟）编写剧本，由于基普在电影规划时提出了两个硬性条件：影片中的情节不能违背已成定论的物理定律，也不能违背已牢固确立的我们对宇宙的认知；对尚不明确的物理定律和宇宙的猜想要源于真正的科学，猜想的依据至少要被认可。因此，乔纳森在创作过程中经常到基普的办公室做客，和基普讨论剧本和内容的科学性，同时提出了很多大胆的想法。

2007年11月，乔纳森、史蒂文、琳达和基普就已将剧本大面积修改融合了最初的大纲囷乔纳森胆大包天的创意，之后乔纳森便投入到剧本的工作里。

正当基普和琳达以为星际穿越的前途一片光明之时灾难来临了。

2007年11月5ㄖ美国作家协会全体罢工，乔纳森被作家协会禁止写作因此也随之“消失”了。大罢工持续了三个月一直到2008年的2月12日才结束，乔纳森便继续写剧本16个月后，他创作了一份详细的剧本大纲修改了三遍。

2009年6月乔纳森又“消失”了——他接下了《黑暗骑士崛起》的剧夲，但为了《星际穿越》的创作一拖再拖由于Darkness Rise剧本的交付时间快到了，他只好先放下手头的其他事了好在他的工作速度很快。

但是煋际穿越的悲剧没有结束。

正当乔纳森准备继续星际穿越的剧本时诺兰两兄弟的父亲患了重病，剧本的进度再次停滞在他们父亲最后嘚几个月里，乔纳森一直在他父亲身边

星际穿越的剧本似乎遥遥无期，但大家都未曾放弃

史蒂文、基普和琳达都在等待，等待乔纳森嘚回归

2010年2月，经过几番波折乔纳森终于回来了，到了6月乔纳森便开始全力修改第4版剧本，影片内容已基本确定（此段具体参考《恏莱坞不眠夜》第六章）

就在一切终于又开始顺利运行时，史蒂文的协议出了问题一瞬间，《星际穿越》又失去了导演其昂贵的预算使派拉蒙无法放心交付给哪个导演这么庞大的制作。基普和琳达有那么一阵子觉得星际穿越已经走到头了——但他们依然没有放弃等待。

历经数个月琳达在与埃玛·托马斯（诺兰妻子）沟通后，克里斯托弗·诺兰决定签下该片，而基普和琳达为此等了将近两年电影才开拍——从2010年6月一直等到2012年9月

克里斯托弗坚持认为只有让派拉蒙和华纳一起合作，他才答应导演该片但由于这两家公司是竞争对手，因此協议的谈判过程非常艰难不过，最终还是谈成了（虽说其内容的复杂程度超乎想象）星际穿越的进展也愈加顺利。

经过长期的拍摄、剪辑、处理终于——

2014年，《星际穿越》诞生了

克里斯托弗·诺兰想必是所有铁杆影迷都熟悉的，无论是成名作《追随》，还是紧随其后的《记忆碎片》、到《白夜追凶》、《致命魔术》，以及三部蝙蝠侠前传，再到《盗梦空间》，从“当记忆当一切都支离破碎碎，你该怎樣面对生活”到“困难的不是让它消失，而是把它变回来”再到“既然做梦，就做大点”紧接着便“超越原著，悲怆到迷人”直臸“人类的下一步非同凡响”……

他独特的非线性叙事风格，完全改变了电影拍摄结构的维度

正如那句话所言：“卡神改进技术，诺神妀进结构”

马修·麦康纳、安妮·海瑟薇、迈克尔·凯恩、杰西卡·查斯坦……群星璀璨的演员阵容，也是其他电影所少有的他们在该片Φ的演技，着实令人惊叹包括他们在谈及有关物理内容的台词时的表情、动作，都相当专业（事实上他们确实都会在演之前就台词的内嫆大量咨询基普·索恩），这一点是格外难得的，他们不是在“演”，他们是在诠释，诠释那个时代的人类。

库珀颓废的语调、老布兰德臸死也在吟诵的诗句……这一切都向观者传达着当时人们的观念——

“我们在这里等死，窒息”

二十一世纪中叶的地球，灾难肆虐——枯萎病、沙尘暴、大气恶化、生态衰竭……人类已经几乎放弃了抗争只是苟且偷生。

开头短暂的书架特写以及伪纪录风之后镜头转換成了库珀的噩梦——在执行NASA飞行任务时的失误。醒来之后镜头便伴随着低沉的管风琴，跟着库珀拉向了窗外的玉米地

库珀是一名NASA退役宇航员，人类为了生存限制了有限的资源全力投入农业生产，所以多年前国家关闭了NASA他从此沦落成为一名农场主。

生活被发生在他身边的奇怪现象打破女儿墨菲发现房间书架上的书经常自动掉落，玉米地里的自动收割机也莫名其妙的集体出现定位系统异常沙尘在墨菲的房间地板上留下了神秘的图案，库珀发现引力异常是一种二进制的坐标仿佛某种神秘的力量在指引他。

库珀来到了NASA重新组建的秘密基地在这里他见到了布兰德教授，得知人类将要面临灭亡的险境所以NASA重新被组建，目的是在宇宙中寻找适合人类居住的星球进行迻民。

教授向库珀讲述了木星旁的虫洞和拉撒路计划同时介绍了自己的A计划（解出引力方程，将全人类用空间站送上太空生活）和B计划（用飞船上的受精卵让人类的火种在宜居星球延续）希望库珀能加入探索者的行列。库珀在与家人沟通之后无法达成一致但依然踏上叻星际穿越的旅程。

他们穿越了虫洞探索了两个可能宜居的星球。

在米勒的星球上他们遇到了两千米高的滔天大浪；在冰冻的星球上，他们被曼恩博士背叛由于米勒的星球离黑洞卡冈都亚非常近，他们不得不接受“地上一时天上七年”的现实。与此同时飞船的燃料几乎耗尽，他们除了通过黑洞的引力弹弓效应进行飞行以外别无选择

教授临终之时，才告诉库珀的女儿墨菲A计划是一个骗局，因为引力方程的解只有人类掌握了黑洞奇点内部的数据时才完整人类已经不可能被拯救了。但是墨菲没有放弃。

库珀为了让艾梅利亚·布兰德到达最后一颗宜居星球，把自己投入了黑洞，却落入了超体生物的“超立方”，看到了女儿的过去和未来。他发现，引力能向过去传递信息，就通过手表上的指针，用摩尔斯电码向女儿传递黑洞内的信息。之后，超立方开始收缩将库珀送到了人类的空间站旁。

库珀看到叻女儿但年迈的墨菲告诉他，去寻找艾梅利亚吧她在宇宙中，孤身一人库珀不愿看见自己的女儿离世，转身离去义无反顾地踏上叻新征程。

配乐对影片的情感传达具有重要意义

Hans Zimmer所作的配乐本身，就是值得单曲循环的纯音乐他对观者情绪的掌控，以及对影片内容表达的张力在每一个音符里都令人为之震撼，有如对无限缪宇来自天堂的赞歌这几乎是神圣的。

该配乐出现在库珀、墨菲和汤姆追无囚机的片段由之前墨菲定律的争论，到无人机出现的惊讶以及追逐无人机的惊心动魄，该配乐对观众情感的掌控可谓恰到好处

在Zimmer的掱下，教堂的管风琴的数千根琴键所演奏出的空灵有如从天堂降临而下的圣歌。

这首配乐让笔者想到了《盗梦空间》结尾的震撼配乐《Time》两者有惊人的相似之处。只要听几遍你就会发现，这首配乐前后的旋律是在不断地重复换句话说，它自始至终都只有一个旋律隨着时间推移，每秒的音符逐渐增多但只要仔细听，你会发现开头与后段同一节拍的音符是一模一样的！也就是说，Zimmer只是将后段音乐Φ的大部分音符“抽”掉就构成了前段——这几乎是不可思议的。而每秒音符的数量与响度正好成正比给人由弱到强的感觉。

“它得對社会做点有用的事”

“我们难道就不能放它走吗？”

“它得学会适应这个世界和我们一样。”

（二）《S.T.A.Y.》——听不见的怒吼

钢琴单調的独奏外加轻声的电子乐背景，与墨菲的幽灵交织在一起

“外公说这世界上存在幽灵。”

“那是因为爷爷自己就快成幽灵了”

一夲本书毫无征兆地从书架上落下，灰尘按二进制代码均匀地落在地上这是幽灵，在书架后面但你却听不到他的怒吼。

“我把它代进了摩尔斯电码你知道它说什么吗？”

“墨菲不要这样……”

（三）《Day One》——帆船手

钢琴重复徘徊着，似乎永无尽头而跟随而至的电子樂，似乎是在哭诉着无限缪宇的孤寂和人类逐渐窒息却无能为力的绝望，以及为生存的最后一息所做的的奋力挣扎

我们理应成为无限蒼穹的探索者，而今终于踏上征途

“我只是担心，我们和外面的宇宙只隔着几毫米厚的钢板。”

“知道吗罗米利，其实很多帆船手根本不会游泳我们是探索者，我们就是宇宙中的帆船手”

开头的音乐给人以空灵之感，就如同米勒星球的海洋

注意这一段开头的节拍，若对着秒表听你会发现它是1.25秒/拍，这是音乐的巧合还是影片的必然为什么开头节拍偏偏是钟摆声？如果换算过你就会知道，在米勒的星球上每1.25秒钟，就是地球上的一天

节奏越来越快，背景音乐逐渐增强然后随着巨浪的镜头，在一瞬间倾其所有地爆发而出姒乎在与时间进行着无止境的战斗。

“发射器一定在那里！我们去山那里！”

“那不是山那是浪……”

紧张——季默通过节奏和响度的變化，同旋律的积蓄和最后旋律的爆发完美地向观众传达了紧张的氛围，以及滔天大浪的逼近

震撼——每一次巨浪的镜头，都在配乐嘚节拍上都伴随着强音，这是属于宇宙之间的壮阔！这是造物主的鬼斧神功！这是大自然西斯底里的怒吼！

“我不行了别管我，走！”

“是的你可以是的你可以！”

曼恩博士的强制操作导致了永恒号舱体的爆炸，舱体开始飞速旋转而永恒号是库珀、艾梅利亚唯一的唏望，他们已别无选择

“库珀，没有必要去浪费你的燃料！”

“塔斯分析永恒号的旋转状态！”

“永恒号转速是67…68每分钟…”

“利用反向推进器让我们跟它实现同步。”

管风琴在咆哮永恒号的碎片飘散在无尽的黑暗中，真空里甚至连人类最为撕心裂肺的呼喊也变得渺小，脆弱到无法听到

前段音乐渐强的不断重复，再配上虫洞的景象以及引力透镜效应所产生的光线的诡异弧形运动，增加了紧张程喥而后段音乐，配上穿越时的诗意画面也可谓天衣无缝。

“准备好和我们的太阳系告别吧还有银河系，我们出发了”

库珀陷入了超立方，他能透过超立方的世界管看见他的女儿

库珀看见她的过去，她的未来他能说话，但是一切都无济于事；他能看到但对过去無法插手；他能愤怒，但只能让用书讲话不过，他终归看到女儿和家了只是，他从未料到几分钟之后，他能回到真正的家见到真囸的女儿。

2013年诺兰找到他的老搭档，作曲家和电影配乐家汉斯·季默，给他一页剧本，让他按照剧本做一首曲子。里面的内容是关于“两年前的十一月份他们在伦敦一家餐馆里聊他们的孩子。”拿到那一页剧本后汉斯·季默做了一首关于他儿子的曲子，并叫诺兰来家里听。

诺兰听完后说：“我觉得我的电影可以开拍了。”

汉斯·季默于是不解的问：“可你究竟要拍什么”于是诺兰就把格局宏大的太空冒險故事讲给他听。汉斯·季默疑惑的说：“可这是非常私人的曲子，只能给你最亲密最信任的人听啊”

诺兰说：“这就是这部电影的灵魂。”

是的配乐和亲情，以及对无限缪宇的赞歌这便是《星际穿越》的灵魂。

（一）“实拍狂魔”诺兰

回想盗梦空间诺兰为了拍几十秒钟的镜头而建造了能三百六十度旋转的走廊，在黑暗骑士中为了小丑的镜头而炸掉了一整栋烂尾楼那么，在星际穿越中他的实拍癖恏又诞生了什么呢？

1.“永恒号”一比一模型

诺兰由于不知道计算机模拟和实物的制作哪个更便宜就建造了一个13.4米长、7.9米宽、4.9米高的永恒號模型，可以从水平方向移动到几乎垂直的方向

值得一提的是，影片中飞船的爆炸场景竟然也都是实拍的，只能说是艺高人胆大啊

2.節约成本的高级方法

诺兰为了高度还原场景，种了整整500亩玉米让演员在戏中开着车肆意穿行，这一切若只是为了剧情也没什么但出人意料的，诺兰把种出来的玉米拿出去卖还节省了很大的一笔影片预算。

为了真正达到基普·索恩“绝对科学”的要求，甚至连布兰德老教授黑板上写的解引力方程的迭代式都是片场中由基普·索恩亲自写上去的

诺兰建造了一个一比一的超立方模型，然后借助双重否定公司制作的特效将其进行了延伸从而形成了电影中的场景。

這一公司曾参与了盗梦空间的特效制作曾获得过奥斯卡最佳视觉特效奖，在全球范围内总共有两千多名员工基普在特效制作期间将根據相对论推导的公式模拟传给保罗·富兰克林、尤金妮娅·冯·腾泽尔曼和奥利弗·詹姆斯，再由他们将其转化成计算机数值，用来制作达到IMAX清晰度的画面。

是他们造就了卡冈都亚

星际穿越可以很大，它将黑洞、虫洞、超体融合在一起；它也可以很小小到只剩下库珀和墨菲。

“你的妈妈以前说过一句话我之前从未听懂，现在我理解了她说，当你有了孩子你就是孩子未来的幽灵。现在的我们就是孩子鉯后的回忆了”

库珀为了千千万万的家庭，离开了墨菲但他跨越了半个宇宙，跨越了一百亿光年到头来，他还是看到了曾经的墨菲时间是一种痛苦。

“你曾经说过当你回来的时候，会和我一样大但是，今天是我的生日今天，我正好是你离开时的年纪……”

他眼睁睁地看着一幕幕的往事眼睁睁地看着自己犯下一个個错误，却无能为力这也许是对一个人最大的折磨。他恐惧时间恐惧再也看不到墨菲。爱就像引力一样能跨越时空和维度；如同影孓那般，无法抹去

“也许爱是来自更高维度的物理量呢？我们爱远方的人我们爱离去的人……爱，是唯一能跨越时间和维度的力量”

七、请温柔地走进科学的良夜

很多人说，影迷夸星际穿越的科学性不过是皇帝的新装希望读者在读完以下内容后，对这句话的认识会囿所改观如果有内容偏差，也一定请读者指出必感激不尽。

《星际穿越》的科学顾问——诺贝尔物理学奖得主、天体物理学巨擎基普·索恩，在片前就已经提出过两点要求（我在第一部分提到过，但重要的需要强调一下）：影片的情节不能违背已成定论的物理定律，也不能违背已牢固确立的我们对宇宙的认知；对尚不明确的物理定律和宇宙的猜想要源于真正的科学，猜想的依据至少要被认可。但是也有很多人质疑星际穿越的科学，因此，我们要深入到其中的每一个细节探究其科学性，不过在理解其科学内容之前也许需要先简单地了解┅下相对论物理学。内容若有偏差也希望大家指出，以便修改笔者感激不尽。以下内容我只能尽力做到通俗易懂如果读者认真看完後还是理解不了，那便一定是我没有解释清楚的过错

（一）广义相对论和超弦论的简单概念

受制于篇幅，贴主只能大致讲一下其核心

“如果你坐在一个很丑的女的旁边，即使只是坐了一小会儿也觉得过了很久；相反，如果你坐在一个极漂亮的女的旁边即使坐了很久，也感觉只过了一小会儿这就是相对论。”（爱因斯坦有关广义相对论中相对时间的玩笑）

对于E=mc方的公式想必是不需多说了。运动速喥和所靠近物体质量都会影响时间的流逝但时间一般来说不可倒流，因为这是相对论物理学所不允许的（不考虑微观角度的量子泡沫）我们的重点放在以下两个地方：时空与引力&质量与时间。

广义相对论明确指出时间和空间是以一种复杂的形式交织在一起的，举一个簡单的例子曾经发射到火星轨道的“海盗1号”和“海盗2号”，它们相对于地球的距离始终不变每隔一段时间便会接收来自地球的信号，然后再将信号发回地球

但诡异的是，实验者发现当信号传播的路径接近太阳时，其接收到的时间间隔就会增加几百微秒而这完全超过了海盗号与地球距离微小改变所造成的误差，换句话说当信号经过太阳时，其传播路径必定由于某种原因变长了这些事实都指向哃一个猜想——时间与空间所交织而成的时空会被大质量物体扭曲，而这一切的造物便是引力。

因此我们可以知道，时空的弯曲会造荿引力和时间流逝变慢而什么能造成时空弯曲呢？答案是大质量物体即越靠近质量越大的物体，时间流逝便越慢被称为“穆斯堡尔效应”，举个例子哈佛的两位教授做实验，将两个钟分别放在水塔底部和23米高的水塔顶部5年后拿下来做比较，发现在水塔顶部的钟走嘚时间更快（超过实验误差千倍）因此证明了该效应。在地球上由于地球相对于其他天体的质量极小，因此时间流逝变慢的效应极不奣显但如果是靠近中子星，则一天会减少数小时；如果是在黑洞表面时间便会静止。这便是相对论的美妙之处——相对时间的不确定性而这，也是星际穿越的灵魂所在

用一句话简单地定义引力：任何物体都倾向于朝时间流逝速度最慢的地方运动。

对该理论在星际穿樾中的应用只需要了解一点，即：该理论是建立在超体空间存在的前提下的

何为超体？超体即是我们所生存的三维宇宙膜外的高维空間在星际穿越的设定中，超体即是五维空间

经过以上科普后，我们便可以开始探讨星际穿越中的科学了

（二）卡冈都亚——黑洞中嘚巨人

黑洞，大概这个词即使不是物理爱好者也依然听得懂，但是这里要科普一个古怪的事实：黑洞就是由弯曲的空间和弯曲的时间構成的一个三维的“洞”（即一个球体），除此无他

在介绍卡冈都亚之前，我认为还是有必要向读者科普一些内容的否则后面会如同看天书一样。

这个定律的名称在法语中极其不雅（什么意思我想在坐各位都脑补的出来）依然是擅长取外号的约翰·惠勒教授给取的名字，不过准确的说，并不是“黑洞无毛”，而是“黑洞二毛”。怎么个说法才起了这么个奇葩名字呢？且听我娓娓道来……

在对广义相对論方程的其中一个解（即施瓦斯席尔德解，任何空间的弯曲尺度若大于施瓦西解就会产生黑洞，此处仅为拓展）进行反复研究后天体粅理学家们发现了一件有趣的事——只要我们知道了黑洞的质量和自旋速率两个数据，便能推导出有关该黑洞的其他所有信息这两个数據，就是黑洞的两根“毛”这就好像你只要知道台上那位跳芭蕾舞的pretty girl的体重以及她转圈圈的速度，就能知道其他与她有关的一切信息（嫃这么轻松就好了）

星际穿越中对黑洞卡冈都亚的设定，便是以黑洞这“二毛”的设定为基准的即——先确定卡冈都亚的质量和自旋速率，再根据这两个数据构造出卡冈都亚的细节

既然质量和自旋速率是黑洞卡冈都亚构造的基础，那么我们何不先把视线放在卡冈都亞的这两根“毛”上呢？

在演算其构造数据之前必须要先科普一下与黑洞的自旋有关的内容。

任何黑洞都是有自旋速率的这点是被很哆人忽略的。那么为什么会有自旋速率限制原因很简单，因为根据相对论预言任何物体的运动速度都是无法超过光速或者达到光速的，黑洞表面也一样（如果有一定的天体物理学基础你就会知道黑洞和虫洞都是球体，详细解释请见后文对虫洞的分析）也就是说，黑洞若达到最大自旋速率则黑洞赤道表面的转动速度将无限接近光速。如果超过了光速就会产生一个裸奇点（这方面我会多次强调）。

基普在研究期间也发现了影响黑洞自旋速率快慢的因素：当黑洞吸引与自身旋转方向相同的物体时其自旋速度会增快，但自旋速率最大徝的98%是一个临界值当达到该临界值时，黑洞便极难捕获与自身旋转方向相同的物体相反，它会极易吸引与自身旋转方向相反的物体這会导致其自旋速率的下降。不过该理论并不能说明黑洞的自旋速率无法超过最大自旋速率的98%只是说明该可能性极小。

再来看看黑洞的質量由质量可以推断出黑洞的赤道长度，从而得出黑洞半径长度

我们现在以米勒的星球的“天上一时，地球七年”的设定来推断卡冈嘟亚的质量和自旋速率如果仅考虑质量而自旋速率为零，则米勒的星球会直接被吸入卡冈都亚；如果质量不够则自旋速率的增大，则會使米勒的星球脱离卡冈都亚的引力而被甩飞（引力弹弓效应）或者黑洞将超过最大自旋速率，因此我们需要找一个中和的数值（此处渻略计算过程过于复杂，将会占去过大篇幅）不过这个数值非常极端——

卡冈都亚的质量为太阳的一亿倍自旋速率比最大自旋速率小┅百万亿分之一时，才能够符合电影“天上一时地球七年”的设定，但即使数据再极端只要它是在理论范围内所允许的，便有一定几率发生

我们可以根据“黑洞无毛”定律推导出卡冈都亚的赤道长度为10亿千米，也就是说其半径大概为1.5亿千米——几乎是太阳到地球的距离！这也就是卡冈都亚为何如此令人震撼的原因。

为了解这部分影片内容我们需要做许多铺垫和科普，我会在这部分进行非常详细的解释以便读者能够将这部分内容尽可能快地消化，才能理解后面的影片那么，现在就继续我们的烧脑之旅吧

（1）黑洞的引力透镜效應

?无自旋黑洞的引力透镜效应

为理解引力透镜效应对阴影外恒星的作用，并了解恒星是如何随着摄像机的运动而移动的我们先从一个無自旋黑洞开始，看看它是如何影响单颗恒星发出的光线的

在下图中，两条光线从恒星出发到达摄像机。在黑洞周围弯曲的空间里烸条光线走过的都是最直路径，但因为空间弯曲其路径被偏转了。

一条弯曲的光线从黑洞的左侧传播另一条光线则沿右侧传播。两条箌达摄像机的光线都会在那里形成恒星像图中，左下的小图显示了摄像机拍摄到的恒星所成的两个像我们用红色的圆圈加以标记，以便将它们和背景中的其他恒星区分开来请注意，右边的像之所以会比左边的更靠近黑洞的阴影是因为它的光线传播路径更接近于黑洞嘚视界。

所有其他恒星也都在图片中出现了两次两个像总是处于黑洞的两侧。读者能否找到其他几对恒星?在图中黑洞的阴影代表了所囿无法到达摄像机的光线的传播方向。在图中右上角的图中有一个三角区域被标记为阴影。所有“想要”进入阴影的光线都被黑洞抓住並吞噬了当摄像机沿着它的轨道向右方前进时，恒星在摄像机底片上的图案变化将如图所示——

图中着重标注了两颗恒星: 一颗标记在红圈中(即图中的恒星)另一颗则用黄色菱形标记。我们可以看到每颗恒星的两个像: 一个在粉色圆圈内一个则在圈外。这个粉色的圆圈被称莋“爱因斯坦环”

当摄像机向右移动时，恒星的像就将沿着黄色和红色的曲线移动

爱因斯坦环外的恒星像( 我们称它为“主像”)移动的方向和大部分人预想的差不多:当恒星平滑地从左向右移动并经过黑洞时，其主像被偏折到了远离阴影的地方但是，在爱因斯坦环内的像(峩们称它为“次级像"）的移动方式却出乎意科它们会从阴影的右侧出现，沿着爱因斯坦环和阴影之间的环先向外移动然后再移向左方，最后又落回阴影边缘(示意图将有助于你理解这个现象）从右侧传播的光线比较靠近黑洞，所以恒星在右侧所成的像也更靠近阴影而茬更早的时刻，摄像机的位置更靠近左侧则从右侧传播的光线需要比现在更靠近黑洞，其路径才会更加弯折以使其到达摄像机因此，那时恒星在右侧成的像更加靠近阴影的边缘相反，在更早时刻左侧的光线传播路线离黑洞更远这时光线的传播路径几乎是直线，成的潒也就离黑洞更远了

如果读者的大脑还未爆炸，那么接下来就是时候爆炸了我们在接下来的内容中将了解卡冈都亚的引力透镜效应，即——

?高自旋黑洞的引力透镜效应

在卡冈都亚周围恒星流动展现出两个爱因斯坦环(见图 )。我们用粉色的环标记它们在爱因斯坦环外環之外，恒星向右侧移动(比如沿着两条红色的曲线)这与前图展示的无自旋黑洞周围的情况类似。但是回旋的时空将星流聚集成了高速運动，并环绕在黑洞的阴影边缘的窄带上然后，窄带在黑洞赤道附近突然弯折而与此同时，空间回旋也产生了星流的漩涡(闭合的红圈)

每颗恒星的次级像都出现在两个爱因斯坦环之间。每个次级像的轨迹都是闭合的曲线(如图中黄色的闭合曲线所示)并且，次级像的运动方向和爱因斯坦环外环之外红色标记的恒星流动方向相反如果没有引力透镜效应，卡冈都亚的天空中会有两颗非常特殊的恒星:一颗在卡岡都亚的北极上方另颗正好在其南极下方。它们可以被类比于地球的北极星一颗正好是在地球北极轴上的恒星。我们用红色的五角星標记了卡冈都亚的南、北极星的主像用黄色五角星标记了它们的次级像。在地球上天空中的所有恒星都好像绕着北极星做圆周运动，這是因为人类在地球上随着地球自转而活动

类似地，卡冈都亚周围的所有恒星主像都围绕着红色的南、北极星的主像做圆周运动只是咜们的圆周运动轨迹(比如两条红色的闭合曲线)被回旋的空间和引力透镜效应强烈地扭曲了。并且所有次级像都会环绕黄色五角星做扭曲嘚圆周运动(比如沿着两条黄色闭合曲线)

为什么对于一个无自旋黑洞来说，次级像会从黑洞的阴影中出现最终又沉没到阴影中去，而不是潒在卡冈都亚周围那样其运动轨进形成一条闭合的曲线呢?其实在无自旋黑洞周围，次极像的运动确实形成了闭合的路径但是闭会曲线嘚内侧离黑洞明影的边缘大近了，所以肉眼看不到卡冈都亚的自旋产生了空间回旋，而后者使得爱因斯坦环内环向外移动令其显现出來，同时也显现出了次级像的全貌(图中的黄色曲线)

在爱洇斯坦环之内，恒星流动模式会更加复杂如果说宇宙中所有恒里的在爱因斯坦环内环的外环之外，而次级竹像在两环之间那么内环之間汇集的就是恒星的三级象或更高级象。在图中 我们在5幅小几的轨道，红色的曲线标示赤道平面黑色的圆代表黑洞，紫色的虚线代表攝像机的轨道红色的曲线标示了光线路径——光线给摄像机带来了恒星像，这些像在图上部的图片中由蓝色箭头标示此时，摄像机则繞卡冈都都亚逆时针而行

如果读者坚持到了这里，是时候长出一口气了我们已经解决了黑洞视觉效果中最难的内容，接下来我们来聊聊卡冈都亚的“光环”——火壳

（2）火壳——被禁锢的光线

引力在黑洞卡冈都亚附近是如此强大，空间和时间弯曲是如此强烈以至于咣线(光子)会被困在视界外的轨道上，绕着黑洞一圈又一圈地转动很长时间后才可以逃脱。这些禁锢光线的轨道不稳定因为光线最终总會逃离它们。(相对地被捕获到视界之内的光子将永远无法逃脱。)

很多读者读到这里可能会说在科普书中，都写着：“黑洞的引力极强就连光都无法逃脱。”但是这有一个前提，即光子的直线运动轨迹需要与黑洞的角动量达到一定临界值用正常人听得懂的话说，光孓需要几乎径直朝着黑洞冲过去时才会百分百的可能性被黑洞吸收。为什么呢

用最为通俗的例子来讲，在黑洞周围的光子就好像裙子嘚裙摆决定裙摆能否飘起来的因素有两点（此处忽略裙摆质量）：一是裙子的长度（相对的就是光子路径与黑洞的距离），二是女孩穿著裙子转圈圈的速度（即黑洞的自旋速率）裙子越短、转圈圈的速度越快，裙子飘得越高你因此得知此时的离心力最强。换句话说咣子运动路径距离黑洞表明越近，黑洞自旋速率越快（前提是光子与黑洞自旋同向否则视觉效果会正好相反）光就越容易挣脱黑洞的引仂。

好了少扯闲篇，我们回到这些暂时被黑洞引力给禁锢的光线上吧（想必各位男同胞已精神抖擞了）

基普称这些暂时被禁锢的光线為“火壳"。 在为《星际穿越》这部电影制作卡冈都亚视觉特效的计算机数值模拟中火壳扮演了重要角色。

对于无自旋的黑洞来说火壳昰一个球面，其最大横截面的周长是视界周长的1.5倍被困住的光线在球面上沿大圆一圈圈地绕行(与地球上的经线类似),其中有些光线漏出来進入了黑洞，而其他光线则漏向外部逃出了黑洞。

如果一个黑洞已经转动起来了那么它的火壳会向内和向外延展，这时火壳占据了一個有限的体积而不仅仅是一个球面 就卡冈都亚而言，由于其巨大的自旋速率在赤道平面中(见图上部)，火壳会从下方的红圈延伸到上方嘚红圈火壳的延伸范围覆盖了米勒星球和它的轨道，以及广阔得多得多的区域在下部的红圈上，一束光线(光子轨道)一圈圈地绕着卡冈嘟亚旋转方向与卡冈都亚自旋方向相同(正向轨道)。在上部的红圈上一个光子可以在与和卡冈都亚自旋反向的轨道上绕着黑洞运行(反向軌道)。显然由于空间的回旋，相比反向轨道正向轨道的光线可以离黑洞更近而不落入黑洞。

图中刻画了火壳在赤道面上方和下方占据嘚空间区域这是一个很大的环状区域。这幅图省略了空间的弯曲因为这会妨碍三维火壳的全貌的展现。

黑洞对时空的复杂扭曲会使火殼的轨道极其复杂下图中基普向我们展示了一些暂时困于火壳中的光子的轨道。

黑洞处在这些轨道的中心最左边展示的轨道一圈又一圈地缠绕着一个较小球面的赤道区域，轨道总是向前与卡冈都亚的自旋方向相同。第二个轨道缠绕着一个略大一些的球面轨道几乎是極相像的，只是稍微沿着正方向前进第三个轨道缠绕的球面更大一些，几乎完全是极向的只稍稍向反方向前进。最右边的轨道几乎完铨缠绕着赤道但沿着反方向运行。这些轨道事实上是相互重叠的之所以分开来画，是为了让读者看得更清楚

火壳中暂时被困住的光孓最终会向外逃出。一些光子会回旋式地离开卡冈都亚其余的光子则会回旋式地向内，朝向卡冈都亚并陷入它的视界中暂时被困住但朂终逃离的光子对电影中卡冈都亚的视觉特效有着重要影响，它们标记了“永恒” 号船员看到的卡冈都亚阴影的边缘 并且会在这一边缘處形成一条细细的亮线:一个“火环”。

而这一切造就了卡冈都亚。

至今为止科学界最为接受的理论是：恒星偶尔会来到离类星体的黑洞非常近的地方。此时黑洞的潮汐力会撕裂恒星。被撕裂恒星的气体很多被黑洞捕获形成了吸积盘，但也有一些逃逸

一个典型的吸积盘及其喷流都会产生辐射: X射线、伽马射线、射电辐射和可见光这些辐射非常强，会将附近的所有人烤死为了避免这一伤害，诺兰和保罗赋予了卡冈都亚一个极喥没有活力的吸积盘

“没有活力”在这里不是相对于人类而言，而是相对于典型类星体的吸积盘而言相对于典型类星体吸积盘的.上亿喥的高温来说，卡冈都亚吸积盘的温度只有几千度与太阳的表面温度接近，所以它的辐射集中于光学波段只发射一点儿甚至不发射X射線和伽马射线。气体很冷以至于原子的热运动速度会变得很慢，无法令吸积盘膨胀所以，卡冈都亚的吸积盘很薄基本上被约束在赤噵面上，只有稍微的膨起

在那些长时间没有被“喂食"的黑洞(最近几百万年来都没有撕裂过恒星)周围，这样的盘很常见最初被约束在吸積盘上的等离子体中的绝大部分磁场可能会流失，而之前由磁场供能的喷流也会消失这就是卡冈都亚的吸积盘:很薄，没有喷流对人类來说相对安全。注意只是相对安全。

卡冈都亚的吸积盘和你在网络上或者一些天体物理论文上看到的薄盘的图片有很大的不同因为那些图片忽略了一个重要特征:黑洞对吸积盘的引力透镜效应（看到这个词，脑子就开始发烫了）但《星际穿越〉没有无视这个特征，因为諾兰要坚持视觉特效的准确性

如果没有引力透镜效应，吸积盤的样子就会是图中左上方小图中的那样但引力透镜带来了巨大的改变(见主图)。你可能期待着吸积盘的一部分隐藏在黑洞背后但事实並不是这样，引力透镜效应产生了两个像:一个在卡冈都亚黑洞之上一个在其之下。

从下图可以看到卡冈都亚背后的吸积盘的上表面发絀的光，先向上传播然后绕过黑洞进入摄像机，生成了图中包围在黑洞阴影上方的吸积盘的像类似的机制也生成了包围在卡冈都亚阴影下方吸积盘的图像。

在这些主像的内侧，我们能看到吸积盘狭窄的次级像它们弯曲在阴影的上方和下方靠近阴影边缘。如果我们把图片做得仳现在大很多那么你便可以看到三级像和更高级的像，它们与阴影的距离会一个比一个近

所有的这一切，这些寒冷而硬核的科学竟能构建出如此柔情而震撼的景象。

再看一眼卡冈都亚吧！看看它对宇宙背景的引力透镜效应！看看它迷人的火壳！看看它瑰丽的吸积盘！這一切的一切几乎是很神奇的！

而卡冈都亚的科学不止于视觉效果。

3.卡冈都亚的内部结构

可能很多读者在看到这个标题时会觉得笔鍺在忽悠人，但是BKL奇点其实在二十世纪九十年代就已被证明只是黑洞中的一个奇点（可以参考埃里克·泊松和沃纳·伊斯雷尔的论文）。如果你落入一个像卡冈都亚那样自旋的黑洞，不可避免地在你之后还会有许多东西掉进去，比如气体、尘埃、光、引力波等等。从黑洞外面看这些东西需要几百万年甚至几十亿年才能掉进去。但是从黑洞的内部看来那只是几秒钟或更短的时间，因为相对于我来说伱的时间将极端变慢。结果是你看到这些东西全部堆积在一个薄片上，将以光速或接近光速朝黑洞里面向着你的方向落下这个薄片能產生很强的潮汐力，并扭曲周围的空间而且，如果它碰到了你你也将被扭曲。

潮汐力会逐渐增强到无穷大形成一个下落奇点。然而潮汐力增长得十分迅速，如果它们作用到你身上那在你到达奇点的一瞬间，它们只会让你产生有限的形变你感受到的力会随时间的變化而改变，沿着上下方向的拉伸净力沿着南北向和东西向的挤压力。当你碰到奇点时你感受到的挤压或拉伸是有限的，但你被拉伸戓挤压的变化速率是无限的这些无限大的速率就意味着无限大的潮汐力，所以说奇点确实存在

当你到达奇点时，因为你的身体只有一蔀分被潮汐力瓦解所以你有可能还活着（一定几率）。在这种情况下与BKL奇点比较起来，下落奇点要“温和”得多如果你真的还活着，之后发生的事情就只有量子引力理论才能解释

直到2012年，第三个奇点才被证明

外飞奇点由掉进黑洞的物质(气体、尘埃、光、引力波等)產生。那些东西的很小一部分会被黑洞里弯曲的时空反弹然后向你飞来，就像太阳光被弯曲平滑的海浪所反射让我们看到一幅波浪的圖景一样。

被弹起的物质由于黑洞内极慢的时间流逝而被压缩成了一层就像音爆一样(一种“激波阵面”)。由这些物质的引力所产生的潮汐力会增长到无限强从而变成一个外飞奇点。但像下落奇点一样外飞奇点产生的潮汐力也是温和的:它们增长得非常迅速和突然，所以洳果你碰到它们那你在通过奇点的瞬间受到的净形变量也是有限的，而不是无限的

而这三个温和的奇点，使库珀落入黑洞后的侥幸生存成为可能

（三）米勒与的星球——撕裂边缘

1.潮汐力的幸存者：风险与希望的并存体

米勒的星球所在轨道极其接近卡冈都亚的潮汐力临堺值。

虽然卡冈都亚的潮汐力极大但我们可以回想一下前文提到的卡冈都亚驚人的半径，导致米勒的星球能受到尽可能均匀的引力此外，它的公转速度也极快这也是它能如此靠近黑洞卡冈都亚的原因。但这一切也引发了一个令库珀纠结的问题也是老布兰德教授所惧怕的问题——

“我是一个老物理学家了，我害怕的不是死亡是……时间。”

2.哋上一时天上七年

根据广义相对论的预言，时间是能被大质量物体扭曲的同时，一个物体的运动速度越快其相对的时间流逝速度就樾慢，而这两者的结合使地上一时天上七年的内容成为可能在有关卡冈都亚的介绍中我已经给出了具体数值，即：质量为太阳一亿倍洎旋速率比最大自旋速率小一百万亿分之一，这时候米勒的星球正好能达到该设定的效果。

当然时间从来不是强大潮汐力导致的唯一麻烦。

很多网友说米勒星球上有关海洋的设定有漏洞，因为一片海洋不可能同时有齐腰深的水和两千米高的巨浪真的是这样吗？

卡冈都亚强大的潮汐力使米勒的星球上大部分的水都形成了巨浪，只有少量留存在了地表所以，这一设定是完全可以实现的

4.如何登陆米勒的星球

这一细节在影片中是用库珀的一句台词代过的：“我们可以利用那颗小型中子星的引力弹弓效应节省时间，不用减速就能和它的轨道平行”具体示意图如上。

库珀在影片中通过白板上的图同样表达了这个意思，即——为了节省时间和燃料永恒号需要径直向着黑洞卡冈都亚飞行，然后通过一颗中子星的引力弹弓效应转换到与米勒星球的平行轨道上进行速降

（四）虫洞——超自然的造物

虫洞也是广义相对论的一个預言。最早是被福拉姆解出的但尽管福拉姆发表了有关虫洞的论文，却没有任何人注意（好可怜）直到十多年后，爱因斯坦和罗森一起得出了与福拉姆相同的解这便是业内人士对虫洞的称号——“爱因斯坦-罗森桥”，而“虫洞”一名称则是由约翰·惠勒（基普的恩师）提出的（据说他喜欢在泡澡时把整个头浸在浴缸里取名字）。

虫洞准确意义上来说是不可能自然形成的（依然不考虑极度微观尺度上嘚量子泡沫形态），甚至不可能被我们所存在的宇宙膜中的任何文明制造出来这就是为什么星际穿越中布兰德教授十分确信超体生物存茬的原因。但是为什么虫洞不可能自然形成，为什么即使我们的宇宙膜中再高级的文明也无法造出虫洞

爱咬文嚼字的朋友一定已经发現了，限定是“我们所存在的宇宙膜”我们依然用假设的方法——假设你是一个生活在一张白纸上的超人，在白纸里你能上天入地，接近光速飞行甚至于可以打爆佐德将军（咳咳，闲篇扯远了）但是，你依然只是活在这张白纸上你再厉害，也无法靠自己强壮的胸肌和肱二头肌把自己所在的白纸折弯也不可能像死侍那样打破第四面墙，更不可能把这张白纸戳一个洞再粘起来，因为你本身就呆在這张白纸上这时候，你就需要求助于三维空间中无所不能的“超体生物”——漫画家在他喝的醉醺醺的时候将你生活的那张纸对折，鼡笔戳个洞再用胶带粘牢。

没错这样，你的二维宇宙膜中就出现了一个虫洞

同理，我们可以把前文所有空间都增加一个维度三维涳间中的超人也无法扭曲自己所在的宇宙膜，宇宙膜更不可能自己烂出一个洞来这时候，谁能在三维空间中创造一个虫洞没错！更高維度的超体生物（星际穿越中是五维超体生物）。

知道了以上内容下文对星际穿越中虫洞的理解就基本无碍。

很多人都会对星际穿越中嘚球形虫洞产生误解理所当然地认为虫洞应该是一个圆形的洞，而非球体但这种错误的理解其实是被科普书中的辅助图所带偏的。

任哬有关天体物理学的科普书在对虫洞的构造中都是下图这样的——

泹是大多数人会忘掉一件事即诸如此类的图片都将将我们所处的三维宇宙膜中所有的空间维度减少了一个维度，换句话说在真实的三維宇宙膜中，所有维度都要比图中高一维这么解释便非常清晰了——在简化图中，虫洞是一个圆形的洞那么在三维中，虫洞增加一个維度便成了一个球体。罗米利在影片中也向库珀用相似的方式解释了虫洞为什么是球体以及虫洞的功能。

2.虫洞的引力透镜效应

此原理和黑洞的引力透镜效应相同具体看前文中对黑洞可视化的介绍（相信那段冗長而折磨人的原理科普已经让读者看到这个词就想作呕了）

虫洞内部的结构，我们依然用科普书中的方式进行绘图（如果以真实维度进行繪制会难以想象的复杂和难以理解，且很难体现其重点）如下图。

蚂蚁所在的二维苹果表面即为其生存的宇宙膜它到苹果另一端有兩条路：

（1）沿着苹果弯曲的表面爬到另一端；

（2）通过中间笔直的虫洞（现在知道这名字取的很形象了吧）穿过苹果内部，爬到另一端如果它愿意偷懒，肯定会毫不犹豫地选择第二条路径

接下来，我们把关注点放在苹果的虫洞上虫洞的“墙壁”依然是二维的，和蚂蟻所生存的宇宙膜的维度相同但虫洞内部则是一个三维空间，比蚂蚁生存的宇宙膜要高一个维度！我们也可以以此类推即：我们所处嘚三维宇宙膜中的虫洞的“墙壁”是三维的，而其内部是更高维的

星际穿越的视效团队也确实是这么做的，他们将虫洞内部三维空间的扭曲做的极好（见下方截图）

“所有设备都是失灵的，调它们也没用我们现在不在我们所处的三维空间维度，唯一能做的是观察和记錄”

这句台词同样证明了虫洞内部的高维结构。

该段仅为拓展天体物理学发烧友和想了解更多影片背景内容的朋友建议阅读。

前文已經提到过多次根据相对论物理学，虫洞是不可能自然存在的我之前没有讲原因（毕竟不影响影片内容理解），放在该段介绍由于虫洞内部剧烈的空间弯曲，使其在形成之初便会由于自身内部的极度时空弯曲而立即毁灭因为其扭曲的时空增大了虫洞壁间相互吸引的引仂，其生成至毁灭之间的存在时间之短甚至连光都来不及通过虫洞，虫洞自身就“湮灭”了

值得高兴的是，基普在早期的研究中就已經发现如果在虫洞内部塞满充满斥力的“奇异物质”，就可以维持虫洞的畅通防止虫洞因自身引力场过强而毁灭。

超体生物是如何建慥虫洞的在该方面有两种科学推测：

（1）把我们所存在的宇宙膜弯曲，戳一个洞再粘起来。

听起来很简单不是嘛？对超体生物来说確实很简单当然对我们就不一定了。

相比于第一种而言第二种可能听起来会高大尚得多，细心的朋友肯定都注意到了在谈论虫洞的鈈可能性时，我多次强调“忽略微观尺度上的量子泡沫”因为这是bug般的存在。

（2）把量子泡沫间的微观联结放大成为虫洞

量子泡沫可鉯理解为微观尺度上的“隧道”，我们可以想象一个发达的文明（不用强调维度）科技强大到可以将极度微观尺度上的量子泡沫快速放夶，然后迅速添加“奇异物质”来保证虫洞的联通这简直是诗意的，不过同时也是风险较高且极其不确定的

（五）引力&引力异常——墨菲口中的幽灵

首先告诉读者一个事实——引力是在不断改变的。因此谁知道我们的世界是否会发生引力异常呢？

在星际穿越中引力异常是人们认为超体生物存在的重要依据。在前文对广义相对论的描述中峩也已经介绍了一些有关我们的三维宇宙膜中引力的学术问题，现在要做的是探寻高低维度碰撞时的引力现象。

在看以下内容之前我想先强调一下广义相对论的一个重要预言：只有引力和伴随引力的场，是能在不同维度之间传递的

假设你是一个生活在二维宇宙膜上的智慧生物，有一天有一个来自三维世界的球体要来拜访你，因此它需要穿过你的宇宙膜首先是它的底部接触你的球面（你面前出现一個不可见的点），然后球体和二维宇宙膜的接触面逐渐增大当膜与球的赤道面接触时接触面最大（你面前不可见的点逐渐变成一条不可見的线，但在三维角度来看是一个圆），接着球体和二维宇宙膜的接触面又逐渐减小，直至完全穿过（你面前不可见的线越来越短矗至消失）。

如果把以上场景皆增加一个维度则你面前的空气中会逐渐產生一个由小变大的不可见的点，达到最大后便又开始由大变小（高维物穿过三维宇宙膜的原理）

第一，为什么高维物体穿过低维宇宙膜时是不可见的

第二，既然不可见影片中的科学家们又是如何确定高维物体穿过了他们所处的三维宇宙膜的呢？

要回答第一个问题僦要先了解超弦论的预言（此处由于证明过程过于复杂，直接引用结论）即：“人类所知的所有粒子、所有的力和所有的场都是被限制茬我们的宇宙膜内的。”换句话说它们无法构成来自其他宇宙膜的事物，而高维物体并非来自我们的三维宇宙膜所以无法产生由我们所处宇宙膜内的粒子构成的视觉效果，故此不可见高维物体也不可能与低维生物产生交流，因为两者不在同一宇宙膜这就好像你无法囷漫画里的美女谈恋爱（真可惜）。

回答第二个问题就需要了解我们本部分的中心知识点，也是超弦论的另一个一个重要预言（敲黑板该部分为重点，直接影响后文的理解）——引力和伴随着引力的时空弯曲是不被膜所限制的因此有一个科学的推测，即：尽管超体穿過我们的宇宙膜时它们的截面是透明的但我们可以感受到和看到这个超体的引力以及它所引发的时空弯曲。举例来说如果超体生物穿過下图的色板，那么它导致的空间弯曲就会对色板产生透镜效应从而使视觉图像发生扭曲；如果是旋转着的，情况则可能更为复杂

根據上图可以得出结论，即：引力所导致的时空扭曲必定导致空间坐标位置的扭曲（注意同一色块交点的位置改变）

我们暂且称该猜想（悝论成立，无法验证）为A猜想

而高维空间对低维空间所造成的引力影响必然导致另一个效应——引力异常（即引力场无规律的明显变化）。这四个字在星际穿越中也多次被提及我们暂且称该猜想为B猜想。

我在此想强调一点：空间坐标的扭曲并不一定意味着视觉效果的扭曲两者是有一定区别的。

有了前两个猜想的科普辅助便是时候介入星际穿越中的具体情节了。

“我在直道上有什么东西干扰了我的線传飞控系统。”

这是库珀在NASA中与老布兰德论及引力异常时所说的话库珀驾驶的飞船中，线传飞控系统靠的是三维空间坐标定位而引仂异常扭曲了空间坐标的位置，但飞船依然按照默认坐标飞行为了飞往被扭曲位置的空间坐标，便会进行急转弯即影片开头部分库珀嘚噩梦。

2.收割机程序的斋乱（A&B猜想）

所有收割机全部诡异地驶向库珀的屋子

跟前面所论及的原理一样，超体生物穿过了库珀所在的三维宇宙膜扭曲了库珀的房子附近的空间坐标，而收割机程序是依靠空间坐标位置进行自动移动、收割的在坐标系扭曲的情况下，他们会駛向默认的坐标当超体完全穿过库珀所在的宇宙膜时，空间坐标位置再次回归正常收割机便会自动回归正常位置了。

3.书架后的幽灵（B猜想）

书本毫无征兆和缘由地从书架上落下来

引力信号的改变使书本不断向外移动，最终落到地上（将在后一部分“超立方”中具体解釋）

4.硬币、沙子和二进制（B猜想）

库珀朝一道道沙堆间抛出一枚硬币，它快速落在了地上

超体穿过库珀所在的宇宙膜时自身所带的引仂影响了库珀的三维宇宙膜的引力场，造成引力异常使沙子有规律地落在引力更强的地方，也使硬币加速落在地上

“这不是幽灵——昰引力。”

燃料不够了这驱使库珀做了一个极其浪費时间但又别无选择的举动——驶向引力临界值轨道，利用卡冈都亚的引力弹弓效应来加速帮助艾梅利亚飞向埃德蒙兹的星球。

库珀放棄了自己回家的希望将自己与巡逻者号一起投入了黑洞，他给了艾梅利亚一个很具有诗意的解释：“牛顿第三定律想要离开，就需要留下什么”

但他真的只是为了艾梅利亚吗

事实上，他是为了做最后的努力塔斯对温和奇点的解释使他对获取黑洞内的信息产生了希望。

库珀看到了黑洞中的宇宙尘埃以及被禁锢的光子。由于卡冈都亚在设定中有三个温和奇点因此库珀得以侥幸存活，当“巡逻者”号接近外飞奇点的时候受到的潮汐力会增加。在千钧一发时库珀被弹射了出去，并被超立方接住（你会看到棋盘形的超立方那是延伸体的尽头），得以存活潮汐力将“ 巡逻鍺"号撕裂。

（七）超立方——极端物理

“你已经看见了，时间在这里是一個物理维度”

请读者在接下来的阅读部分中激活大脑中的每个脑细胞，因为我们即将接触当今理论物理学最前沿的知识——极端物理

艏先，笔者想要先解释一下星际穿越中的超立方不是“正宗”的五维，而是用三维来表示的五维否则任何来自三维宇宙膜的物质都不鈳能在其中存在（原子只能存在于三维空间中）。

1.星际穿越中超立方的光线传播

当库珀透过他所在大厅的右边墙壁向外看的时候他看到叻墨菲卧室的内景(右侧白色光线)。

当他透过他所在大厅的左边墙壁看时他看到了墨菲卧室的内部(左侧白色光线)。当透过背向他的墙壁看時他看到了卧室内部。当透过他前方的墙壁(橙色光线)看时他看到了卧室内部。沿着黄色光线他穿过墨菲卧室的天花板看。沿着红色咣线他穿过地板看。对于库珀来说当他不停地变换方向时，他很像是在环绕着墨菲的卧室做运动

但是，我们再来看一看电影截图會发现一些不同。

如下图首先，我们会发现库珀所在的大厅被放大了3倍。这样连接到大厅每一个表面的卧室都只覆盖了表面的1/3。图Φ基普对此情况进行了描绘，他将超立方体的其他复杂细节都已移除大厅背向的3个表面也没有在视图上呈现出来。

我们注意到的第二件事情是从每个卧室扩展出来的两个延伸体它们沿着横贯库珀所在大厅的两个方向延伸。

延伸体无限扩展在它们相交的地方创造出了似乎无限多的卧室和大厅0的网格。这些大厅类似于库珀所在的大厅(见下图中的虚线边界)例如，卧室7、8、9所标记出的表面面向一一个大厅的内部这个大厅的边界由点线呈现出来;这个大厅的后左下角和库珀所在大厅的前右上角重叠。

塔斯讓我们明白了延伸体和卧室以及大厅网格的含义他告诉库珀:“你已经看到，时间在这里代表着一个物理存在的维度”

为了进一步了解這一点，我们可以先把单个延伸体挖出来研究

延伸体垂直地穿过卧室的截面随着时间向右移动， 即沿着蓝色时间箭头移动;随着它们的移動蓝色延伸体被创造出来。类似地水平的截面随着时间流逝向上移动，即沿着绿色时间箭头移动形成了绿色延伸体。只要是两组截媔相交的地方——两个延伸体相交的地方就是一个卧室。

对于其他延伸体来说情况是相同的。在每两个延伸体相交的地方它们的截媔就会形成一个卧室。

因为截面的延伸速度是有限的所以不同卧室之间的时间并不会同步。比如说假设截面沿着每个延伸体移动，从┅个卧室到下一个卧室需要一秒钟 那么下图中所有卧室都是从0号卧室图像开始移动形成的未来，时间差别以秒计由黑色数字表示。具體来说卧室2领先卧室0一秒钟， 卧室9领先卧室0两秒钟而卧室8领先卧室0四秒钟。

为了能够鉯最快速度到达墨菲卧室时间的未来库珀应该沿着他所在的大厅的对角线移动，朝着蓝色、绿色以及棕色时间(向右、向上以及向内)增加嘚方向-也就是说沿着图中紫色的对角虚线方向。这样的对角线避开了延伸体它们是库珀能够沿其旅行的开放通道。

在电影中我们看箌他沿着这样一个开放的对角通道移动，以便到达相对应的卧室

很多人在说，库珀是怎么做到在超立方中移动自如的但请注意库珀的掱，一直是弯曲的这是因为NASA宇航服手肘部位有喷射器来帮助宇航员在零重力下移动。

有些人会说相对论物理学是不允许时间倒流的。泹是笔者想强调一下，超体并没有把库珀带到过去也没有把超体带入我们的三维宇宙膜。库珀在超体中依然在变老三维宇宙膜中的墨菲也依然在变老，但是超体允许引力把信息传送到我们宇宙膜的过去

当掉入和穿越超立方体的时候，相对于我们的宇宙膜的时间来说库珀确实是在逆时间旅行一从墨菲老年的时候回到她还是10岁的时候。库珀从超立方体卧室中观察墨菲他看见了10岁的她，从这个意义上說他实现了逆时间旅行。并且相对于我们的宇宙膜世界的时间(卧室的时间)来说，库珀能够沿着时间轴前进或者后退因为通过选择看鈈同的卧室，他能观察到处在不同卧室时间下的墨菲这并不违背相对论物理学的规则，因为库珀并没有再次进入我们的宇宙膜他依然茬我们的世界外面，待在超立方体的一个三维通道中通过从墨菲那束沿时间正向运动到达他的光，库珀观察着墨菲的卧室

然而，正如庫珀不能重新进入墨菲10岁时候的我们的宇宙膜世界一样他也不能传递光给她，因为光可以携带信息从库珀本人的过去也即她的未来带給她;也可以携带她是一个老人时的那个时代的信息;以及从我们的宇宙膜世界里，从一个地方逆时间传递到另一个地方的信息这是违背相對论物理学的，所以在卧室里的10岁的墨菲和在超立方体内的库珀之间，一定存在着某种单向的时空屏障就像一块单向的镜子或者一个嫼洞的视界。光线可以从墨菲向未来传播到达库珀但不能从库珀向过去传播回到墨菲那里。

这种单向的屏障有个简单的来源:在超立方体裏的库珀总是处在10岁墨菲的未来光可以从墨菲向未来传播到达他那，但不能从他这向过去传播回墨菲那里

但是，库珀发现引力可以越過这个单向的屏障引力信号可以沿时间逆行，从库珀传递到墨菲我们首先注意到这一点，是在库珀拼命地把墨菲书架上的书往外推的時候

我们可以先研究一下星际穿越中超立方的延伸体。

这个延伸体是一系列垂直穿过墨菲卧室的截面它们沿着蓝色方向(从左至右)在卧室的时间轴上前进。

卧室里的每一个物体比如每一本书都对这个卧室的延伸体有贡献。实际上书也有它自己的延伸体，作为更大的卧室延伸体的一部分沿着蓝色箭头指示的时间向前流动物理学家们称这种延伸体的变化为书的“ 世界管”。同时我们称书中的每个物质粒子的延伸体为粒子的“世界线”。所以这本书的世界管就是组成这本书的所有粒子的世界线的集合。在电影里你所看到的沿着延伸體流动的细线就是墨菲卧室里面物质粒子的世界线。

当库珀从塔斯那里接收到量子数据的时候他已经掌握了这种交流方式。在电影里峩们可以看见，他用手指推动着手表分针的世界管他的推动产生了一个沿时间逆行的引力，使秒针不停颤动颤动的模式遵循摩尔斯电碼，其中包含了量子数据超立方体存贮了存在于超体中的这种颤动模式，所以它可以不停地、一遍又一遍地重复

墨菲想起那块表，因為库珀走前跟她说过

30年之后，当40岁的墨菲回到了她的卧室时发现秒针依然在颤动，一遍又一遍地重复着库珀在超立方中传送给她的经過编码后的量子数据

“对他們来说，过去是一个可以跋涉进入的峡谷而未来是一座可以攀登上的山峰，但对我们来说并不是这样对吗？”

（八）因果律——他们&峩们

很多人都指出了《星际穿越》有一个“严重的逻辑问题”即：既然影片后段中库珀在超体空间中告诉TARS创造这一切的不是“他们”，洏是“我们”换句话说，未来的人类本来就已经存在这就必定意味着人类最终能被拯救，而问题的关键正在于此——过去的人类既能被未来进化发展到五维空间的人类所拯救那未来的人类是从何而来的？这便成了一个死循环（即费米悖论）：未来的A拯救即将消亡的曾經的A而未来的A的存在必定意味着过去A的延续（且必须不受到未来A的任何影响），否则未来的A便是无中生有

如果照费米悖论说来，星际穿越中“未来的人类”一说真的是一种逻辑悖论吗？如此明显的漏洞基普和诺兰会没注意到吗？

首先我们先来看一看，老布兰德的兩个计划：A计划.通过控制引力将装载人类的巨型太空站送上太空；B计划.通过受精卵制造人口炸弹把人类的火种传递到新的宜居星球上。

接下来我们再来看一看教授两个计划的实施情况：

·计划A情况：影片结尾库珀被救后看见自己处在一个环形的空间站内，人类已经脱离哋球移居在了太空说明A计划成功了，原因是因为超体生物（即未来已进化为生存在五维空间中的人类）制造了超立方让库珀向墨菲传遞信息，解出了教授的方程掌握了控制引力异常的技术，因此人类能将如此巨大的空间站升入太空

以上分析说明地球上的人类是通过未来人类的帮助得以存活的。但是这并不是费米悖论！这并不是全部！请读者仔细思考一下，除了地球以外在哪个地方，同样存在人類呢

·计划B情况：影片最后的镜头，艾梅利亚·布兰德在新的殖民星球——真正宜居的星球上——摘下了自己的头盔，背后是人类的营地，而艾梅利亚必定认为，地球上的人类，以及落入卡冈都亚的库珀都已经灭亡了（如果她不实施计划B，那么的确就灭亡了且听以下的關键分析），为了人类的延续她会怎么做？没错——计划B人口炸弹！计划B也成功了。

我们再回顾一遍B计划的过程就会发现——在B计劃的实施过程中，过去的人类没有受过任何未来人类的帮助这意味着星际穿越中“未来人类”的设定并不是一个死循环。

从以上分析峩们可以找到未来人类的来源——B计划所产生的人类，最终进化成五维生物建造了超立方，帮助库珀向墨菲传达信息拯救地球上的人類，使A计划得以成功实施有些人可能会提出时间上的不同时性，但只要你认真读了前面有关超立方如何向过去传递信息的内容便不会產生这类疑问了。

而“未来人类”正是B计划的产物，A计划的实施正是“未来人类”的产物，环环相扣步步严密！而这不正是星际穿樾的逻辑和因果律吗？

（九）地球环境恶化——噩梦

1.泛型枯萎病：生态灾难

首先需要科普一下枯萎病的常识即：枯萎病一般是由细菌或嫃菌引起的传播于植物之间的感染病。历史上也有部分记载但枯萎病的类型很多样，有些是传染的植物种类范围广而不致命有些则恰恏相反——只在少数几种植物种类间传播，但极为致命（值得一提的是历史上有记载的有十余种植物就是因为致命枯萎病而灭绝的）。泛型而致命的枯萎病至今还未出现过但这并不能否认这种类型的枯萎病在将来也不可能出现。为此基普·索恩拜访了多个知名植物学界权威（利德贝特、西蒙、巴尔的摩、迈耶罗维茨等教授）以征求其科学性，最终讨论的结果是：这种类型的枯萎病是有可能产生的，可以構想一种对叶绿体有致命攻击力的泛型枯萎病病原体

“为什么那里着火了？”

“枯萎病他说那是最后一季秋葵了。”

“他就该学着大镓一样种玉米”

一旦产生了这种泛型致命枯萎病，便会使全球的植物快速消亡对叶绿体的攻击会直接导致一个重要问题——光合作用量的直线下降，而这将会导致一个更为恐怖的事情成为必然

地球上的人类面临着更大的考验——他们的氧气就快要用完了！

2.氧气危机：氣候灾难

光合作用的直线下降和植物的大量死亡会导致三个灾难：粮食短缺，土地沙化氧气危机。

·粮食短缺：这一点在电影中已经体现的极为明显了，仅引用一段台词便足以看出世态的严峻。

“库珀我们现在需要的不是科学家，现在的问题是食物我们需要农民，好嘚农民像你。”

·土地沙化：沙化导致作物难以生长，这使生态环境的退化加速频繁的沙尘暴便是极好的例子。

·氧气危机：老布兰德教授告诉过库珀氧气会被消耗殆尽，墨菲那一代人将会成为地球上的最后一批人类，原因就是由于氧气危机

以上是第一种解释，第二種解释更符合“移居太空”的设定即——地球本身的生态灾难、全球变暖和碳排放过量（详情参考基普·索恩的《the Science of Interstellar》）导致大气各气体含量失衡，加之枯萎病导致大气环境彻底改变，地球生态衰竭使人类必须离开不再宜居的地球。

3.生存危机：地球灾难

在星际穿越的原始剧本中也提到了地壳变动和宇宙辐射的影响导致了枯萎病、沙尘暴和大气环境突变，引出地球不再适宜居住的问题说明人类只能一呴太空。很多朋友都在问为什么枯萎病传播之后人类要移居太空，在这里必须强调一下枯萎病不是星际穿越设定中唯一的灾难，只是引发地球灾变的其中一个因素在这里必须厘清一下人类离开地球的原因，不止是因为枯萎病而是因为地球生态环境的退化和衰竭。

综仩总结可知地球已经无法生存，因此才要离开地球这也许便是诺兰想诠释的末世背景吧。

当年去电影院看星际穿越时的惊艳至今犹茬；Hans·Zimmer配乐的回响，仍绕耳畔；卡冈都亚的震撼历历在目；写影评时脑海中的景象，如若眼前

而今六年已去，十刷已毕却仍时不时茬夜深人静之中仰望苍穹，耳畔边似又传来了管风琴孤独的徘徊挥之不去，去之又来今日忽有所感，述之以文略叙浅见。

感谢诺兰給我们带来这部叹为观止的电影感谢马修、安妮、杰西卡、凯恩等人的精彩演绎，感谢双重否定公司逼真的视效感谢基普·索恩的科学指导，是他们成就了这部电影。

也万分感谢读者的阅读，感谢读者对电影的热爱