星際穿越相關(guān)解析.doc

簡(jiǎn)介在不遠(yuǎn)的未來(lái)，隨著地球自然環(huán)境的惡化，人類(lèi)面臨著無(wú)法生存的威脅。這時(shí)科學(xué)家們?cè)谔?yáng)系中的土星附近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)蟲(chóng)洞，通過(guò)它可以打破人類(lèi)的能力限制，到更遙遠(yuǎn)外太空尋找延續(xù)生命希望的機(jī)會(huì)。一個(gè)探險(xiǎn)小組通過(guò)這個(gè)蟲(chóng)洞穿越到太陽(yáng)系之外，他們的目標(biāo)是找到一顆適合人類(lèi)移民的星球。在這艘名叫做“Endurance”的飛船上，探險(xiǎn)隊(duì)員著面臨著前所未有，人類(lèi)思想前所未及的巨大挑戰(zhàn)。然而，通過(guò)蟲(chóng)洞的時(shí)候，他們發(fā)現(xiàn)飛船上的一個(gè)小時(shí)相當(dāng)于地球上的七年時(shí)間，即使探險(xiǎn)小組的任務(wù)能夠完成，他們的救贖對(duì)于對(duì)地球上現(xiàn)在活著的人來(lái)說(shuō)已經(jīng)是太晚。飛行員庫(kù)珀（馬修麥康納飾演）必須在與自己的兒女重逢以及拯救人類(lèi)的未來(lái)之間做出抉擇。于不久未來(lái)，農(nóng)作物因氣候轉(zhuǎn)變和疾病而經(jīng)常欠收，社會(huì)為解決糧食危機(jī)而轉(zhuǎn)型為農(nóng)業(yè)社會(huì)。主角庫(kù)珀（Cooper）本為美國(guó)太空總署駕駛員和工程師，也被迫成為農(nóng)民。庫(kù)珀的十歲女兒墨菲（Murphy）表示其房間書(shū)架上的書(shū)本無(wú)故掉到地上，認(rèn)為這是某鬼魂欲與她溝通所致。在一場(chǎng)沙塵暴中，庫(kù)珀和墨菲發(fā)現(xiàn)沙塵在房間中留下了通訊碼，該碼顯示的是一個(gè)坐標(biāo)。二人驅(qū)車(chē)到達(dá)后發(fā)現(xiàn)坐標(biāo)位置乃美國(guó)太空總署的一個(gè)秘密基地，領(lǐng)導(dǎo)人為布蘭德教授（Brand）。布蘭德教授向庫(kù)珀表示他們于土星星系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)蟲(chóng)洞，認(rèn)為這是外星生命體為拯救人類(lèi)而希望人類(lèi)能利用它到達(dá)另一遙遠(yuǎn)的星系定居。約十年前，太空總署執(zhí)行了與自殺任務(wù)無(wú)異的拉撒路任務(wù)（Lazarus Missions），派遣了12名科學(xué)家搭載探測(cè)器穿越該蟲(chóng)洞各自降落在12個(gè)被認(rèn)為有居住可能性的行星上回報(bào)狀況6，傳送回來(lái)的資料顯示其中一個(gè)以黑洞巨人（Gargantua）為中心的恆星系統(tǒng)有三顆星球可能適合殖民，并以降落該行星上的科學(xué)家名字命名它們：米勒（Miller）、艾德蒙斯（Edmunds）和曼恩（Mann）。布蘭德教授希望庫(kù)珀能擔(dān)任太空船永續(xù)號(hào)（Endurance）的駕駛員前往該三個(gè)星球，并透露了A計(jì)畫(huà)與備用的B計(jì)畫(huà)：A計(jì)畫(huà)是讓地球人類(lèi)能在確定適合移居后遷移；B計(jì)畫(huà)是帶著多個(gè)人類(lèi)胚胎，讓人類(lèi)能在另一星球殖民重新開(kāi)始，而原本地球上的人類(lèi)則會(huì)滅絕。害怕父親從此一去不回的墨菲對(duì)父親的決定深感憤怒，庫(kù)珀承諾一定會(huì)回來(lái)與她重聚，并在二人沒(méi)有道別下離開(kāi)，與教授女兒艾米莉亞（Amelia）、物理學(xué)家羅米利（Romilly）、地質(zhì)學(xué)家道爾（Doyle）和兩具機(jī)械人塔斯（TARS）和凱斯（CASE）進(jìn)入太空登上永續(xù)號(hào)展開(kāi)旅程。永續(xù)號(hào)先到達(dá)米勒星，眾人隨即發(fā)現(xiàn)巨人的龐大引力將使米勒的時(shí)間流逝比地球時(shí)間緩慢：米勒星的一小時(shí)等于地球上約七年。庫(kù)珀、艾米莉亞和道爾乘坐飛艇降落星球，而羅米利于永續(xù)號(hào)上留守。庫(kù)珀等人發(fā)現(xiàn)米勒星只有一片汪洋且經(jīng)常出現(xiàn)巨型海潚。艾米莉亞因欲取回先行到此的科學(xué)家米勒的飛行記錄儀，導(dǎo)致道爾未能趕及返回飛艇而被海嘯吞噬，飛艇亦因進(jìn)水而延誤了起飛，眾人返回永續(xù)號(hào)后，發(fā)現(xiàn)對(duì)羅米利而言已渡過(guò)了超過(guò)23年的時(shí)間。由于永續(xù)號(hào)于米勒星浪費(fèi)了過(guò)多時(shí)間，眾人認(rèn)為只能選擇前往馀下兩個(gè)星球的其中一個(gè)，并在一番爭(zhēng)辯后終決定后前往曼恩星，先行抵達(dá)的科學(xué)家曼恩于人工睡眠中被眾人喚醒，并表示星球的地面適合生存；于地球，墨菲已和庫(kù)珀離開(kāi)地球當(dāng)年一樣年紀(jì)，并加入了美國(guó)太空總署協(xié)助布蘭德教授；教授被拯救地球人類(lèi)所需要的重力方程式最后步驟困擾了多年，但在墨菲提出問(wèn)題盲點(diǎn)時(shí)卻避而不答，最后在健康惡化瀕死之際向墨菲透露他欺騙了大家：他早已破解了方程式，A計(jì)畫(huà)不可能實(shí)現(xiàn)。曼恩亦向眾人表示教授在他出發(fā)前已解開(kāi)方程式，但因缺乏黑洞引力奇點(diǎn)的數(shù)據(jù)而無(wú)法完成，因此永續(xù)號(hào)的真正目的只是實(shí)行B計(jì)畫(huà)讓人類(lèi)受精胚胎在宜居星球出生而非拯救地球人類(lèi)。庫(kù)珀知道真相后表示要返回地球，而曼恩在他協(xié)助幫忙尋找營(yíng)地時(shí)破壞了其太空服面罩并表示宜居數(shù)據(jù)均假，目的是希望太空總署能派人來(lái)救他。曼恩在留下待死的庫(kù)珀離去后乘坐飛艇離開(kāi)，同時(shí)羅米利試圖從被曼恩拆解的機(jī)器人奇普（KIPP）中取得探測(cè)資料，過(guò)程中觸動(dòng)了內(nèi)置陷阱引發(fā)爆炸身亡。曼恩打算利用永續(xù)號(hào)前往艾德蒙斯星完成B計(jì)畫(huà)，但在對(duì)接不成功下強(qiáng)行打開(kāi)氣閘導(dǎo)致永續(xù)號(hào)受損；艾米莉亞趕及在庫(kù)珀窒息前救了他，二人乘坐另一飛艇返回太空，成功對(duì)接失控旋轉(zhuǎn)的永續(xù)號(hào)使它穩(wěn)定下來(lái)。永續(xù)號(hào)上的資源已不能讓二人返回地球，因此庫(kù)珀和艾米莉亞決定把永續(xù)號(hào)駛往巨人，射出塔斯讓它收集引力奇點(diǎn)的數(shù)據(jù)，再于接收數(shù)據(jù)傳送回地球后前往艾德蒙斯星實(shí)行B計(jì)畫(huà)。為減少永續(xù)號(hào)的質(zhì)量讓艾米莉亞逃生，庫(kù)珀讓自己的飛艇于耗盡燃料后分離并進(jìn)入黑洞，但在飛艇被毀彈射逃生后，他發(fā)現(xiàn)自己身處一個(gè)時(shí)間并非線性流動(dòng)的空間：庫(kù)珀至此明瞭該蟲(chóng)洞由未來(lái)超越了時(shí)間和空間的人類(lèi)造成用以拯救古代人類(lèi)，也是他們眼中的外星生命體。庫(kù)珀利用塔斯收集的數(shù)據(jù)，以重力透過(guò)墨菲的書(shū)架傳送給她；庫(kù)珀正是墨菲小時(shí)候所說(shuō)的鬼魂。成人墨菲于回憶此事時(shí)終發(fā)現(xiàn)父親傳送的訊息，完成了布蘭德教授的方程式，實(shí)現(xiàn)了A計(jì)畫(huà)所需要的關(guān)鍵技術(shù)來(lái)操控重力，讓人類(lèi)得以離開(kāi)地球。庫(kù)珀身處的空間在數(shù)據(jù)傳送完畢后分解，被送離蟲(chóng)洞回到土星后失去意識(shí)，醒來(lái)后發(fā)現(xiàn)他被太空總署在土星軌道上建造的庫(kù)珀殖民太空站人員所救；他已離開(kāi)地球91年，技術(shù)上而言已是124歲。庫(kù)珀于站內(nèi)與年老垂死的墨菲重逢，但墨菲表示父母不應(yīng)目送子女離世而讓他離開(kāi)，并建議他前往尋找艾米莉亞。在庫(kù)珀與塔斯偷取一艘飛艇出發(fā)時(shí)，孤身一人的艾米莉亞已到達(dá)艾德蒙斯星并建立了殖民地：先行抵達(dá)的科學(xué)家艾德蒙斯雖已離世，但星球適合人類(lèi)居住。相關(guān)疑問(wèn)1、枯萎病有可能產(chǎn)生嗎？無(wú)人飛機(jī)、拖拉機(jī)的導(dǎo)航故障是什么原因？首先，星際穿越的背景很費(fèi)了該片的科學(xué)顧問(wèn)基普索恩（美國(guó)物理學(xué)家，當(dāng)今世界上研究廣義相對(duì)論下的天體物理學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一）一番心思。作為物理學(xué)家，索恩自然不是生物學(xué)/環(huán)境專(zhuān)家，為了保證“植被大量枯萎”這一假設(shè)有科學(xué)依據(jù)，他準(zhǔn)備了美食請(qǐng)來(lái)加州理工學(xué)院的一大波相關(guān)教授，其中包括1975年諾貝爾醫(yī)學(xué)及生理學(xué)獎(jiǎng)獲得者戴維巴爾的摩（David Baltimore），組織了一次兩個(gè)多小時(shí)的討論會(huì)。1、星際穿越劇照：枯萎病爆發(fā)的地球，只能種玉米專(zhuān)家們表示，雖然目前地球上不存在這種可以滅絕整個(gè)植物界的枯萎病，但是假如有某種病原體專(zhuān)門(mén)欺負(fù)葉綠體的話，那還是可能的?？偠灾?，這種枯萎病造成大量糧食減產(chǎn)和地表荒漠化，也就帶來(lái)了片中地球上無(wú)處不在的沙塵暴。 另一個(gè)重要線索，也是令人類(lèi)勇敢踏上外星之旅的，就是NASA觀測(cè)到的引力異常。這種引力異常使布蘭德教授相信引力是可以被操縱的。只要他能從理論上解決這個(gè)問(wèn)題，人類(lèi)最終可以通過(guò)操縱引力大規(guī)模離開(kāi)地球，去新的宜居星球定居。值得一提的是，影片中出現(xiàn)的導(dǎo)航故障（軍方無(wú)人機(jī)，庫(kù)珀家的無(wú)人收割機(jī)）并不一定是磁場(chǎng)紊亂的結(jié)果，倒更像是引力異常的直接效應(yīng)：GPS衛(wèi)星為了保證精度在計(jì)算導(dǎo)航數(shù)據(jù)時(shí)必須考慮地球引力對(duì)時(shí)空的影響，如果引力異常，原先的算法自然無(wú)法保證導(dǎo)航的正常工作了。2、諾蘭團(tuán)隊(duì)拍星際穿越的副產(chǎn)品：順手發(fā)學(xué)術(shù)論文基普索恩是當(dāng)代廣義相對(duì)論和黑洞物理的頂級(jí)大師，在此向大家強(qiáng)烈推薦他的名著黑洞與時(shí)間彎曲。索恩對(duì)本片的劇本創(chuàng)作貢獻(xiàn)很大，他還拉著諾蘭的弟弟喬納森去加州理工學(xué)院學(xué)習(xí)了廣義相對(duì)論，諾蘭本人則去了SpaceX，即太空技術(shù)探索公司感受了造火箭的氣氛。（SpaceX：該公司曾放出豪言，2100年要主宰太陽(yáng)系）基普索恩值得一提的，影片中黑板上的方程式，都是索恩教授親自寫(xiě)的，他還為片中布蘭德教授的理論創(chuàng)造了幾個(gè)有物理含義的變量。這樣的創(chuàng)作實(shí)踐，不僅僅在電影界，在科學(xué)界也是前所未有的。星際穿越上映前后，“諾蘭的Group”會(huì)至少發(fā)兩篇論文，一篇黑洞物理，一篇計(jì)算機(jī)圖形。論文如何我們暫且不管，先聊聊星際穿越的重頭戲，蟲(chóng)洞和黑洞。3、為何主角們?cè)谙x(chóng)洞里只能接收信息，從未向地球發(fā)送信息？這是刻意的情節(jié)安排，往回發(fā)送信息的速率低。那個(gè)在土星附近，連接太陽(yáng)系和外星系的蟲(chóng)洞，無(wú)疑是本片最大的亮點(diǎn)。蟲(chóng)洞作為愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論框架下時(shí)空的一個(gè)可能解，早在上個(gè)世紀(jì)初就被從理論上給出過(guò)。只是當(dāng)時(shí)沒(méi)人在意，直到1930年代被愛(ài)因斯坦和羅森再次“發(fā)現(xiàn)”（他們也不知道之前就有人解出來(lái)過(guò)）。這種可以在三維空間里制造“時(shí)空跳躍”的結(jié)構(gòu)，被稱(chēng)為“愛(ài)因斯坦-羅森橋”。但是根據(jù)廣義相對(duì)論，如果沒(méi)有特殊手段維持蟲(chóng)洞，蟲(chóng)洞的壽命幾乎是0剛剛形成的超時(shí)空連接會(huì)在瞬間斷開(kāi)，這個(gè)瞬間短到哪怕光也來(lái)不及穿越。星際穿越劇照：蟲(chóng)洞在星際穿越中提到，這個(gè)蟲(chóng)洞是”They”放置在那里的，按照基普索恩的解釋?zhuān)@種超級(jí)文明可能是通過(guò)高維空間打開(kāi)了這個(gè)通道，無(wú)論如何，這種保持開(kāi)放的蟲(chóng)洞具有和黑洞不同的性質(zhì)：它不存在所謂奇點(diǎn)，也不需要多少質(zhì)量，也沒(méi)有類(lèi)似黑洞的“視界”：它的大小取決于通道本身的寬度，當(dāng)然由于通道周?chē)矔?huì)有一點(diǎn)時(shí)空彎曲，依然能看到類(lèi)似黑洞的引力透鏡效果。蟲(chóng)洞看起來(lái)啥樣主要取決于它另一端在哪兒，就像一個(gè)遠(yuǎn)程魚(yú)眼鏡頭。把圖像呈現(xiàn)在它的球形表面通道的“長(zhǎng)度”越長(zhǎng)，我們看到的圖像就越扭曲，所以電影里的是一個(gè)通道較短的“短脖子”蟲(chóng)洞。蟲(chóng)洞能夠穿越時(shí)間的示意圖影片中的蟲(chóng)洞雖然是雙向的，但是主角們穿越之后似乎從未向地球發(fā)送信息，而是只能接收。和系里的美國(guó)同學(xué)討論之后，我們認(rèn)為這是導(dǎo)演為了情節(jié)的刻意安排，而影片里的解釋是往回發(fā)送信息的速率非常之低，比撥號(hào)上網(wǎng)還要低好多倍4、電影里對(duì)黑洞的表現(xiàn)如何？近乎完美，超越了目前最卓越的科研成果。星際穿越劇照：黑洞星際穿越中的黑洞，除了黑色的部分之外，想必那個(gè)如同王冠般耀眼的環(huán)形結(jié)構(gòu)是大家最關(guān)注的。這是黑洞周?chē)奈镔|(zhì)在引力作用下落入黑洞的同時(shí)釋放引力勢(shì)能而產(chǎn)生的明亮結(jié)構(gòu)吸積盤(pán)，具體的釋放機(jī)制主要是粘滯加熱（viscous heating）。大家知道，如果這個(gè)盤(pán)是個(gè)整體的話（不同半徑角速度相同），那么越到內(nèi)側(cè)盤(pán)的線速度應(yīng)當(dāng)越來(lái)越小，但實(shí)際上在引力作用下，盤(pán)中的物質(zhì)做著類(lèi)似衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)：軌道越低（內(nèi)側(cè)），線速度反而越大，這種情形叫較差自轉(zhuǎn)。于是盤(pán)中不同半徑的物質(zhì)是在相互“滑動(dòng)”的，這種互相摩擦就可以釋放相當(dāng)可觀的能量。至于為何是個(gè)盤(pán)，因?yàn)槌跏冀莿?dòng)量的存在，這些物質(zhì)在剛開(kāi)始就有一個(gè)大致相同的角動(dòng)量方向（想想太陽(yáng)系為何也差不多在一個(gè)平面上，類(lèi)似的道理），所以落入黑洞時(shí)的軌道也基本在一個(gè)面上。于是，大多數(shù)時(shí)候，我們看到的黑洞是如下圖這樣的。當(dāng)然，我們還知道黑洞本身不發(fā)光，引力會(huì)彎曲空間，于是我們看到的黑洞還是這樣的：這是幾天前的APOD(NASA發(fā)的天文每日一圖)，計(jì)算了黑洞對(duì)后部星系圖像的彎曲。但是如果我們走的夠近，黑洞也能彎曲背面的吸積盤(pán)的光線，最終會(huì)看到什么樣的圖像呢？這種事情搞天文的也關(guān)心，雖然我們沒(méi)法從觀測(cè)上直接分辨吸積盤(pán)的內(nèi)部細(xì)節(jié)，但是這個(gè)會(huì)影響觀測(cè)到的光譜（也就是能量分布），這種事情，搞模擬的也不是沒(méi)算過(guò)，但是他們的結(jié)果，差不多是這樣的：這里顏色代表光譜/能量的頻率移動(dòng)，藍(lán)色代表頻率變高，紅色代表變低，同時(shí)考慮了引力紅移（光子逃離引力束縛會(huì)消耗能量，于是變紅）和多普勒紅移（嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是包含了狹義相對(duì)論效應(yīng)的多普勒紅移）。圖上的這個(gè)盤(pán)是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的，所以它的左側(cè)朝向我們移動(dòng)，光子能量變高，會(huì)顯得更藍(lán)一些。這個(gè)圖像如果太Q的話，好一些的會(huì)是這樣的：右下角的圖形代表能觀測(cè)到的能譜，由于相對(duì)論聚束效應(yīng)（朝向觀察者運(yùn)動(dòng)的光源不僅會(huì)變藍(lán)，也會(huì)更亮，因?yàn)橛^察者在單位時(shí)間內(nèi)會(huì)接收到更多的光子，反之則會(huì)變紅變暗）的存在，能量會(huì)向高能區(qū)集中。也許你注意到了，電影里似乎沒(méi)有出現(xiàn)多普勒頻移的效果（也就是一邊紅點(diǎn)一邊藍(lán)點(diǎn)），不過(guò)我倒是找到一張星際穿越特效團(tuán)隊(duì)的設(shè)定圖。星際穿越劇照，特效設(shè)定圖注意這些不同的色塊，代表了這些區(qū)域可觀測(cè)的溫度/能量，紅色代表最大紅移，接近內(nèi)側(cè)的黃色主要是引力紅移導(dǎo)致的。所以吸積盤(pán)從視覺(jué)上看應(yīng)該是左側(cè)（朝向我們運(yùn)動(dòng)）亮而且發(fā)藍(lán)，右側(cè)暗而且發(fā)紅。星際穿越的特效部門(mén)刻意舍棄了這些效應(yīng)而讓觀眾更易于理解，不過(guò)我覺(jué)得如果肉眼直接觀測(cè)的話，由于這些區(qū)域的能量范圍非常廣（從高能的x射線到低能的紅外波段），而且能量密度極高（也就是很亮），即使紅移之后對(duì)肉眼來(lái)說(shuō)還是太亮，如果沒(méi)有類(lèi)似“墨鏡”的裝置（實(shí)際宇航服的面罩會(huì)有各種防止高能輻射的鍍膜），所以我們依然可能看到的差不多是一個(gè)均勻的光帶。（就像理論上太陽(yáng)外側(cè)會(huì)比中心部位暗一些，但現(xiàn)實(shí)中你也看不出來(lái)，而吸積盤(pán)的亮度太陽(yáng)完全不能比）。不過(guò)星際穿越超越這些科研成果的地方在于，基普索恩的推導(dǎo)加上高精度的模擬，最終能看到的不止一個(gè)吸積盤(pán)上面這張?jiān)O(shè)定圖比較清楚，背面的吸積盤(pán)像不僅從黑洞“上面”繞射過(guò)來(lái)，同時(shí)也會(huì)從“下面”繞過(guò)來(lái)。而正對(duì)觀察者一側(cè)的吸積盤(pán)下部的光，則會(huì)繞黑洞3/4圈之后再次出現(xiàn)在我們的眼睛里（就是黑洞上部緊貼它的那條亮線）。這只是繞黑洞圈數(shù)較少的光線的像，剩下的像會(huì)更加接近黑洞視界，所以難以看清。當(dāng)然影片中的黑洞也不是完全沒(méi)有問(wèn)題，除了沒(méi)有體現(xiàn)出狹義相對(duì)論的紅/藍(lán)移效應(yīng)，沒(méi)有壯觀的噴流（jet）也是個(gè)缺憾。物體在落入黑洞時(shí)除了粘滯生熱，還有很大一部分能量以噴流的形式放出，這種噴流在超大質(zhì)量黑洞中非常普遍，尤其是存在于宇宙極早期的天體：類(lèi)星體（之所以叫這個(gè)名字是因?yàn)榫嚯x太遠(yuǎn)看上去只是一個(gè)點(diǎn)，但是光譜又和恒星相差甚遠(yuǎn)）中。這些天體以超大質(zhì)量黑洞的吸積為動(dòng)力，在極小的空間內(nèi)（幾個(gè)太陽(yáng)系大?。椛涔β士梢赃h(yuǎn)超整個(gè)銀河系?？上壳斑@些類(lèi)星體們應(yīng)該都只剩下一個(gè)孤零零的黑洞，經(jīng)過(guò)數(shù)億年的吸積，周?chē)臍怏w物質(zhì)可能早就消耗殆盡，噴流也不復(fù)存在，這倒可以解釋影片中這個(gè)看上去“柔和”的黑洞，而且，由于黑洞保留了吸積盤(pán)的角動(dòng)量，也可以解釋后面將要提到的黑洞自轉(zhuǎn)。5、米勒星球的巨浪是怎么形成的？是受黑洞的潮汐力影響產(chǎn)生的，并且可能有海嘯的成分。星際穿越劇照：初登米勒星球，淺淺的海水電影里著陸的第一個(gè)星球是米勒星球，相信看過(guò)劉慈欣的科幻小說(shuō)海水高山的同學(xué)會(huì)非常激動(dòng)的。千米級(jí)巨浪很好地詮釋了“排山倒?！钡臍鈩?shì)。這么高的浪是怎么來(lái)的？一個(gè)比較自然的解釋是來(lái)自黑洞的潮汐力。（引力在星球不同部分的差，減去星球本身的加速度產(chǎn)生的慣性力之后，會(huì)在星球靠近/遠(yuǎn)離黑洞的兩端產(chǎn)生拉伸的作用，譬如地球的潮汐就主要來(lái)自月球的引力）我按照非自轉(zhuǎn)黑洞的情形做了一個(gè)估算，如果星球質(zhì)量和地球相等，浪高是1km的話，星球只需要呆在離黑洞中心20個(gè)天文單位就行了，這個(gè)距離上，黑洞的潮汐力遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到把星球本身撕碎的水平。星際穿越劇照：如山的巨浪不過(guò)影片中的浪來(lái)勢(shì)之兇猛，形態(tài)之突兀，遠(yuǎn)不像一般的潮汐。在地球上，由于地形限制，潮汐有時(shí)候可以達(dá)到5米級(jí)的高度（例如錢(qián)塘江入?？诘睦瓤谠煨停?，也許我們的主角們剛好降落在某個(gè)峽灣當(dāng)中，迅速收縮的海底地形把平和的潮汐給“擠”成了電影中陡峭的造型。這個(gè)解釋怎么看都缺乏足夠的說(shuō)服力，而且在這個(gè)距離上，黑洞的潮汐力會(huì)對(duì)星球產(chǎn)生“潮汐鎖定”潮汐力會(huì)把星球本身拉長(zhǎng)成橢球，對(duì)星球的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生力矩：這個(gè)力矩會(huì)把星球的自轉(zhuǎn)角動(dòng)量轉(zhuǎn)化成公轉(zhuǎn)角動(dòng)量，我們看到的結(jié)果就是星球會(huì)遠(yuǎn)離黑洞一小點(diǎn)，但自轉(zhuǎn)會(huì)幾乎停下來(lái)。但自轉(zhuǎn)并非完全停止，即使是月亮，雖然總是一面朝向地球，但依然會(huì)有一些擺動(dòng)，構(gòu)成了月球天平動(dòng)的一部分；類(lèi)似的效應(yīng)作用在我們的星球米勒上，帶來(lái)的就是周期大約1小時(shí)的（來(lái)自基普索恩在新書(shū)里的估算）滔天巨浪。另外，即使是地球本身也會(huì)在月球潮汐力的作用下發(fā)生形變，我們稱(chēng)為固體潮，最大形變幅度可以達(dá)到幾十厘米。這點(diǎn)形變?cè)诿桌招乔蛏蠒?huì)被放大很多倍：大規(guī)模的地殼運(yùn)動(dòng)意味著強(qiáng)烈的海底地震，隨之而來(lái)的就是更加可怕的海嘯。在地球上都能達(dá)到10米級(jí)高度的海嘯放到地殼運(yùn)動(dòng)更加劇烈、又有黑洞強(qiáng)大潮汐力協(xié)助的米勒星球上，“海水高山”也不再只是導(dǎo)演的想象了。6、米勒星球上的時(shí)間膨脹另一個(gè)有趣的事實(shí)是米勒星球上的時(shí)間膨脹：1小時(shí)=7年。對(duì)于無(wú)自轉(zhuǎn)黑洞（史瓦西黑洞）來(lái)說(shuō)，想讓時(shí)間減慢六萬(wàn)倍，行星的軌道半徑只比黑洞視界半徑大一百億分之一：行星本身的直徑就已經(jīng)比這個(gè)它到黑洞視界的距離大了。另外一個(gè)更嚴(yán)重的問(wèn)題是，對(duì)于無(wú)自轉(zhuǎn)黑洞，最小的穩(wěn)定軌道半徑是黑洞視界半徑的三倍，在這個(gè)距離上，時(shí)間只會(huì)比平時(shí)慢20%而已。星際穿越留守母船的羅米利教授，庫(kù)珀和艾米利亞從米勒星球回到母船時(shí)，時(shí)間已過(guò)27年難道庫(kù)珀看著孩子變得比自己還老的關(guān)鍵情節(jié)就一定不能成立嗎？只要黑洞還在轉(zhuǎn)，就沒(méi)有解決不了的問(wèn)題。索恩在新書(shū)里提到，如果我們的黑洞高速旋轉(zhuǎn)（克爾黑洞），快到只比理論限制的最大值慢一千億分之一的話，米勒星球就能既保證六萬(wàn)倍的時(shí)間膨脹，又維持在穩(wěn)定軌道上了。只是這樣一來(lái)黑洞的視覺(jué)圖像會(huì)有很大的不對(duì)稱(chēng)性，為了不讓觀眾犯糊涂，影片中的是基于60%的最大自轉(zhuǎn)速率繪制的。7、庫(kù)珀如何駕駛母船逃離黑洞，去到第三個(gè)星球？利用引力彈弓效應(yīng)，使母船獲得更多動(dòng)能。影片高潮階段，庫(kù)珀幫助艾米利亞（安妮海瑟薇飾）逃離黑洞也很值得一說(shuō)。經(jīng)過(guò)坑爹的曼恩博士（馬特達(dá)蒙飾）一折騰，母船Endurance早已沒(méi)有足以回到地球的燃料，甚至單靠自身動(dòng)力也沒(méi)法到達(dá)第三顆星球。庫(kù)珀決定手動(dòng)操作飛船Endurance環(huán)繞黑洞旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行一次gravitational slingshot：借助引力彈弓效應(yīng)，讓飛船Endurance獲得更高的速度飛到第三顆星球?！耙椆?yīng)”有點(diǎn)類(lèi)似大車(chē)撞小車(chē)，如果小車(chē)比大車(chē)輕很多的話，大車(chē)只會(huì)損失一點(diǎn)點(diǎn)速度，而小車(chē)會(huì)以大車(chē)速度的差不多兩倍飛出去。這里引力就起到了“撞擊”的作用：把黑洞動(dòng)量的一小部分給Endurance，讓它獲得更多的動(dòng)能。母船不過(guò)黑洞的引力的確太過(guò)強(qiáng)大，而且由于最小穩(wěn)定軌道的存在，飛船Endurance 也差不多快落入不穩(wěn)定區(qū)域了，這里庫(kù)珀?duì)奚俗约汉蜋C(jī)器人塔斯TARS所在的飛船：先是用盡所有燃料為Endurance加速，后來(lái)又主動(dòng)脫離Endurance減輕負(fù)荷這的確會(huì)為艾米利亞進(jìn)入第三顆星球的軌道減輕負(fù)荷，但并不會(huì)增加多少脫離黑洞的機(jī)會(huì)：連接飛船與空間站的爆炸螺栓只會(huì)產(chǎn)生很小的反沖，牛頓第三定律在這里只能給空間站一丁點(diǎn)的加速。在這里，索恩解釋?zhuān)苍S庫(kù)珀本來(lái)的目的就是為了讓自己進(jìn)入黑洞：既然操作引力需要統(tǒng)一廣義相對(duì)論和量子場(chǎng)論，而需要的數(shù)據(jù)只有在黑洞視界內(nèi)部才能得到，那么，雖黑洞吾往矣，就來(lái)一次華麗的賭博吧！8、庫(kù)珀落入黑洞的過(guò)程是怎樣的？他為什么沒(méi)被撕碎？稍微知道一點(diǎn)黑洞的觀眾可能知道，黑洞附近會(huì)有非常強(qiáng)的潮汐力，基本在你進(jìn)入視界之前就被潮汐力撕碎，只是這一論斷是基于恒星級(jí)黑洞的：譬如太陽(yáng)如果坍縮成黑洞的話（其實(shí)太陽(yáng)最終會(huì)變成地球大小的白矮星），半徑只有不到3km，這時(shí)候視界表面和表面1m處單位質(zhì)量（1千克）受到的引力差可以達(dá)到10的9次方牛頓，足以撕碎任何物體。但是本片里的超大質(zhì)量黑洞，視界半徑差不多達(dá)到了地球的軌道半徑（1AU），在同樣位置的潮汐力（引力差）不到十萬(wàn)分之一牛頓，這點(diǎn)潮汐力，庫(kù)珀可能根本感覺(jué)不到。落入