不远未来的地球，沙尘暴肆虐，生命遭到威胁，文明面临生死存亡，人类不得不迁徙……一切问题的解被指向浩瀚的宇宙。本月12日，“烧脑”大片《星际穿越》在中国上映，票房一路飙红，口碑爆表，并引发影迷“恶补”物理知识的热潮。

与此前同样由诺兰执导的《盗梦空间》相比，《星际穿越》并没有沿袭上一部电影的爆棚想象力，而是专门聘请来霍金的好友、天体物理学领域权威——基普·S·索恩作为编剧之一兼科学指导，这也着实让太空科幻迷们有了讨论不完的科学话题……

时空扭曲 1小时抵7年？

电影中，飞行员库珀和女科学家布兰德降落在绕着黑洞转的星球上，星球上的1小时相当于地球上的7年。“根据爱因斯坦相对论的解释，因为黑洞的引力场很强，会导致时空扭曲，时空被‘拉’得非常长，就好像时间被‘稀释’了一样。”果壳网“科学人”主笔虞骏说。

我国神话中有“天上一日、地下一年”的说法，如果按照这部电影所诠释的那样，神话真的可能成为现实？中国科学院国家天文台研究员、宇宙暗物质暗能量团组首席科学家陈学雷认为，电影中的这一设定的确有它的理论依据。“除了引力场造成时间变缓或者说‘稀释’外，依照狭义相对论，物体运动时质量会随着物体运动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，发生尺缩效应和钟慢效应，影片中飞船飞往黑洞附近快速转动的行星的过程中可能也有一点影响。”陈学雷说，“不过电影中1小时抵7年属于比较极端的情况，虽然有相关的理论依据，但能否真正找到这样的星球尚不知晓。”

穿越黑洞 能否与死神擦肩而过？

“黑洞由大质量的恒星在引力塌缩后形成，科学家们认为由于重力的强劲拉力，坍塌的恒星中的所有物质都被压缩成一个极小的点，这个点就是电影中提到的‘奇点’。”陈学雷说，“奇点的质量和密度大得惊人，你离这个高密度的点越近，引力对你的拉力就越大，当近到一个叫作‘事件视界’的临近点时，过了这个界限哪怕是宇宙中速度最快的东西——光，也逃不掉奇点的引力。”

“如果一个人的头朝上、脚朝下接近奇点，脚会比头受到更强的引力拉力，这个引力差非常大，以至于人被拉成‘面条’，每块肉体会继续被拉伸和断裂，直到面目全非，物理学把这样的‘死法’叫作‘意大利面条化’。”虞骏说，“但是黑洞是个比较奇怪的东西，电影中交代：它的质量越大，就越‘温柔’。”

按照索恩为这部电影撰写的配套书中的设定，电影中的黑洞质量相当于一亿个太阳。“如此之大的质量令这个黑洞非常‘温柔’，根据计算，在它的‘事件视界’附近，一个人的头和脚带来的引力差要比人站在地球上头和脚受到的重力差还小。正因如此，按照电影设定的前提，我们至少可以相信库珀在接近黑洞边缘时依然毫发无损，不过他进到黑洞之后是什么样子，能不能从中走出来，我们就无法判断了，毕竟到目前为止，科学家还没有完全了解黑洞里面的世界。”虞骏说。

神秘方程 如何拯救全人类？

老布兰德教授以及库珀的女儿墨菲用尽一生寻找一个方程，希望完成电影中的A计划——将人类带入太空中的另一个宜居星球。是什么方程拥有如此神奇的力量，虞骏表示，这应该是一个引力方程。“电影中应该是想找到一个方法控制引力，创造出反引力装置，从而将处于水深火热中的地球人送往外太空。”

“影片中飞行器升空时仍需借助类似火箭燃料的能量将航天飞船送往外太空，根据这一短暂的镜头可以大致判断，即便科技发展到电影中所处的时代，燃料问题仍然困扰着科学家。”陈学雷说，“事实上，借助现有的观测及探测技术，我们一直在寻找人类宜居的行星，并在其他星系中看到了希望，但要实现‘星际移民’的计划，动力问题依然是最大的困难之一，而电影中老布兰德教授及墨菲正是倾其一生在寻找这样一个引力方程。”他同时还指出，电影中说“解”（solve）方程的确存在歧义，“应该是缺少这个方程中的一些关键项，因此用‘找’到方程更合适一些，如果方程中的所有要素都搞明白了，剩下的事情只要用数学去求解就可以了”。

五维空间 时间可碰可触？

电影中最为科幻的镜头莫过于库珀穿越黑洞来到五维空间，发现时间变成了实物且就在墨菲房间的书架后面。“提到多维度时空，大家通常感到很神秘，事实上科学家一直在利用维度来描述世界。”虞骏介绍，比如，物理学家在描述一个质点的运动状态时已经用到六维——位置坐标（x，y，z）、速度坐标（vx，vy，vz），如果考虑加速度或者其他因素，就更多了。

“人类进入黑洞会看到怎样的景象，在多维空间里时间会以怎样的形态出现，利用引力穿越维度空间能否将数据传输出来，电影中有关这些问题都只是一种理论猜想，虽然现在的科学水平还不能给我们明确的答案，但应该也不像电影中所呈现的那样在一个书架后面。”陈学雷说，“比起穿越剧来我们之所以更愿意去讨论这部电影的科学性，正是因为它试图不去违反我们已知的物理学规律。但归根结底它仍然是一部科幻电影，当主人公进入到黑洞里面，也就走出了目前科学研究所熟悉的范围，接下来的事就应该交给想象力了。” （刘晓莹）