2023年《星际穿越》中的物理学原理 《星际穿越》中的物理知识(四篇)

《星际穿越》中的物理学原理 《星际穿越》中的物理知识篇二

星际穿越观后感

星际穿越>观后感

（一）我去看《星际穿越》，不是冲着导演或者演员的名气，而仅仅是因为喜欢这个题材。去年上映的《地心引力》我特别喜欢，所以遇到类似的关于外太空的科幻类电影，也一并喜欢了。在看电影前，受很多人对这部电影评价为“烧脑”一词影响，我以为影片很深奥，会充斥一堆我不懂的词汇，比如四维空间、五维空间、虫洞、摩尔斯电码啥的。但真看电影的时候，发现这完全不影响我理解剧情。反正我又不是把这个电影当>物理教学片看的。

看完《星际穿越》，我的感受是这样的：目瞪口呆、心惊肉跳、百感交集„„

让我目瞪口呆的，是电影画面。黄沙滚滚的地球、浩瀚宁静的星河、旋转的探索者、瑰丽的球形虫洞、掀起滔天巨浪的海啸、一碰就碎裂开来的冰云、一望无际的冰冷荒川、永远没有尽头的五维空间„„虽然不是看的 imax 版本，但画面仍让我目瞪口呆。

让我心惊肉跳的，是电影的音效。电影音效特别有冲击力，画面和声音配合得天衣无缝，飞行器的轰鸣声近在咫尺、完美逼真、从各个角度穿到人耳朵里，整个电影院就像是一艘巨大的飞行器，我似乎也身临其境，跟着主人公在太空里探险。电影放映过程中，我像坐过山车一样感觉到惊险刺激，几次惊叫出声，或是因为心跳太快、差点喘不过气，不得不紧紧按住胸口，怀疑自己要犯心脏病了。这种体验，是从来没有过的。

让我百感交集，是电影的情节。

我自认为是个感性的人，也不止一次在电影院里热泪盈眶；但看《星际穿越》时，我竟然没有哭。但没有哭不等于没有被感动，事实上这份感动是太深太重，以至于我走出电影院、走在回家的路上时，那份感动才慢慢从心里溢出，让我的眼眶慢慢地红了。

男主人公库珀和女儿墨菲的父女情是影片的一大亮点。影片一开始，库珀 带着儿女去开心地追赶、捕捉无人机、在学校老师面前力挺儿女时，我就知道这是一个好父亲了。到后来，表现父女情的情节越来越精彩。影片里库珀和墨菲告别时墨菲执意不愿送别、库珀无奈开车离去后墨菲才冲出家门大喊“爸爸”,已经让人心酸；当库珀经历了“天上一小时，地上七年”之后，在空间站里看视频，看到儿女渐渐长成他离开时的年纪、他却无法兑现回家的诺言时泪流满面时，全场也随着他沉默；库珀跌入五维空间面对着他离家时的女儿却只能以幽灵般的方式存在、无法用言语和女儿交流，全场跟着一起揪心；而最后库珀在近百年之后与白发苍苍、即将辞世的女儿重逢时，那画面让人只想捂着嘴说“不要”„„库珀的爱是内敛的，而墨菲的爱则是坚韧的。墨菲执意不要库珀离开、数十年不愿跟库珀联系、在所有人都以为库珀不在人世时继续等待、并且从事有可能接触库珀的工作、最终破解谜题、救出困在五维空间的库珀、在自己垂垂老矣不久于人世时与库珀重逢„„都是因为爱。因为对父亲的爱，对重逢的渴望，她才创造了奇迹，改变了结局。

女主角艾美利亚和父亲布兰德教授的父女情相比之下刻画得并不多，但她带给我了不一样的震撼。她起初是冷淡的，不愿意和库珀多说话，说是节约空气，要保持沉默。她曾因在“海啸星球”不听库珀安排，间接导致一名同事被海啸拍得粉碎，惹库珀第一次发飙。在接下来，库珀和她在下一个要去的星球发生分歧时，她坦然承认自己是因为爱和信任才选择去向，但她的决定被库珀否定了，她也因此错过了和恋人活着见面的机会。在“冰山星球”,库珀遭人暗算，生死垂危时抓到了联络艾米利亚的呼叫器，艾米利亚及时赶到救了库珀。最后，库珀放弃了自己活的机会，在把艾米利亚送往她恋人所在的星球时，把飞船和燃料及能源留给她，自己消失在黑洞里，艾米利亚泪流满面„„他们不是恋人，而是战友。他们之间没有煽情的对白，只有默默的信任、理解和托付。但这样一份感情，却能让人生死相依；所以影片最后库珀刚刚脱离险境回到伊甸园般的人世，便毅然踏上新的征途、去寻找阿米莉亚，我一点都不觉得奇怪。

配角们的戏也让我动容。发现“冰川星球”的曼恩博士算是偏反面的角色了；为了活命，他不惜编制谎言；为了成就自己的梦想，他袭击库珀、炸死战友，抢走飞船，最终丧命在爆炸中。但他算恶人吗？似乎也不算。他是一个叛变者，但是并不能因此而抹杀他作为先行者的>勇气和贡献。他不是天生的恶人。他在离开垂死挣扎的库珀前那段内疚而无奈的话，我相信是发自内心的。他不如库珀和艾米利亚那样勇敢而坚定；但懦弱，也是人性中的一部分。曼恩没有战胜懦弱，也因此而错过了当英雄的机会。

最后，说几句影片里对我有启发的台词。

1.“身为人父后就必须有一份责任铭记于心，那就是无论如何都要保证孩子的安全。”这是库珀在阿米莉亚问他为什么离开地球前不告诉女儿墨菲离开的目的时，做出的回答。作为一位母亲，我懂他的苦心。他宁愿被墨菲误解、抱怨，宁愿拼死一搏去换来孩子的平安，也不愿意让他们接下来的岁月，活在地球毁灭的恐惧里，或是在地球毁灭时惊惶逃窜。给孩子安全感，守护好孩子，是父母给孩子的最简单的>礼物。

2.“我们救不了地球，我们应该离开它。”影片虽然从“拯救地球”开始，但最终的结局是“拯救人类”,人类离开了已经不适合人类生存的地球，在新的星球生生不息。就像毛毛虫化茧成蝶前，要告别>温暖舒适的窝、去面对冰冷凶险的世界一样，我们也应该伴着自己的成长，学会离开。没有离开，没有告别，就没有新生。

3.“他们就是我们。”影片开始冥冥之中的“幽灵”、“先兆”、“神秘人”,到最后都是库珀他们自己。改变我们命运的推手，永远是我们自己，只是我们往往忽视了这一点。

4.“爱是一种力量，让我们穿越时空感受它的存在。”影片的主线便是库珀和墨菲的爱。即便失去联系数十年，即便不在同一时空，即便咫尺如天涯，即便有过误解和伤害„„但爱在那里，始终不变，指引着库珀回家，指引着墨菲与父亲重逢。你相信爱吗？我是相信的。它或许是一种执念，但它更是一种力量。心里有爱的人，是>幸福的。它可以引领我们、去挑战未知的领域、发现全新的自己。

„„不觉中啰嗦这么多，得赶紧停笔了。总之，这部 169 分钟的电影，带给我的感受，是全新的；我很想说一点与众不同的词，但最后只能说：值得一看。

星际穿越观后感

（二）气候剧变，沙尘暴频繁，庄稼濒死，物种灭绝„„《星际穿越》描述的情景，令人震撼、疑惑且久久不能“释怀”.环境恶化，人口膨胀，食物耗尽，有些人往往想的不是如何保护地球，而是以人类在外太空寻找新家园为主线。马修麦康纳饰演的宇航员穿越时间后，与年迈的女儿相会。不得不说电影本身巨大的信息含量已经远远超出了我对物理的理解范畴了，不过与其讨教其中一些没看懂的物理现象，我更享受的是科幻外衣下的家庭伦理片。

因为这部电影给了我太多的面，文艺的、哲学 的、科幻的，还有一个恒古不变的精神力：爱。爱，love ,在这里变成了高维空间量子态的一种具体的、实际存在的力，就跟重力、电磁力、强相互作用和弱相互作用力相类似。当库珀即将离开家园时，在墨菲又悲伤又气愤地对库珀说 “ 为什么你就是不相信你应该留下来 ” 的时候，被深深触动，心里五味陈杂，爱别离的滋味不是好受的。然冥冥之中，一切自有定数。手表、散落的书籍，桩桩件件都是线索，牵连着这对父女的心。

置身于浩瀚的宇宙星际中，感受着作为一名父亲的心情，是拯救，是舍己，是惦念，还是期盼？从太空中回望地球的感觉估计只有飞船上的人才能体会得到吧。在通过科学家们在 太阳系 中的 土星 附近发现了一个 虫洞 时，紧张、激动、兴奋，满怀于心，探险小组期待通过它可以打破人类的能力限制，到更遥远外太空寻找延续生命希望的机会。通过这个虫洞穿越到太阳系之外，目标是找到一颗适合人类移民的星球。在这艘名叫做 “endurance” 的飞船上，探险队员着面临着前所未有，人类思想前所未及的巨大挑战。人心难测，库珀与同行的人经历了种种磨难后，在太空看着儿女发来的消息，悲欣交集，潸然泪下；当他们从一个星球回来后，自己明明感觉过了不久，地球却已经过了二十三年，转眼之间，儿子毕业了、成家了、有孩子了。宇宙如此浩瀚，地球如此渺小。库珀穿越至五维世界后，看着女儿生活中的每一幕，却无法真正回到某个时点，百感交集。

剧中主角的女儿名为墨菲，冲破重重阻碍，>克服困难，终于通过手表这个媒介，不仅解救了地球上的人类，还救了她的父亲。以其命名的“墨菲定律”意味着：如果事情有变坏的可能，不管这种可能性有多小，它总会发生。“ 墨菲定律 ” 是一种>心理学效应，由 “爱德华 ·墨菲（edward ）工程师提出的，主要内容包括：任何事都没有表面看起来那么简单；所有的事都会比你预计的时间长；会出错的事总会出错；如果你担心某种情况发生，那么它就更有可能发生。墨菲定律的原句是这样的：如果有两种或两种以上的方式去做某件事情，而其中一种选择方式将导致灾难，则必定有人会做出这种选择。这一点让很多人心神不宁，战战兢兢，但是我却觉得不必纠结于此，反正会出错，何必去那么努力的苛求完美，人生就是因为太苛求才会让自己那么纠结。

即使在现实中感觉再拥挤，我们在这个宇宙中也还是>孤独的，有什么是比全人类和平地共同生活在地球上更重要的事情？有什么理由让我们不去关心爱护身边的每一个人？有什么理由去破坏这和平美好的一切？还有什么比爱更重要？爱有很多种，父母对子女的爱，朋友之间的关爱，恋人之间的爱，对熟悉的人的爱，对陌生人的爱，对宠物的爱，对一切众生的 ” 无缘大慈、同体大悲 “ 的爱，广义的爱，狭义的爱。谁知道明天的世界会是什么样子？为什么不用慈悲包容的心去爱每一个人、爱每一个生命？ 库珀一直面临着回到女儿身边和拯救全人类的艰难抉择，是对女儿的爱让他在被陷害时不失信念、拼命求助、摆脱种种困境，最终回到女儿身边，即使女儿已白发苍苍，但能回来，一切都是值得的。

哲学 :这部电影的顾问是请的 kip thorne ,他是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。我很难辩解这些物理科学现象是有很多槽点漏洞瑕疵还是无懈可击的。我只知道物理的尽头是数学，数学的尽头是 哲学 , 哲学 的尽头是神学。而所谓神性，便是人性。后面部分的五维空间再现很有意思，据说还有更高十三维的空间 ,原始佛经讲佛陀进入甚深禅定能见到三十三天的世界，我们这个世界不过是个投影似的存在，所以说诸法空相，一切唯心造。更高维的空间的生物甚至没有肉体的存在。所以回归到人性，这部片表达的中心最终还是爱，爱是一种力量，让我们超越时空感受它的存在。一直都对各种天文理论好奇，宇宙于我而已是一个神秘、深邃、拥有无数的秘密等待人类去发掘的存在。听闻星际穿越这部电影后又陆续看到各种触动人心的影评，于是以最快的速度去看了。最近周围各种熟人离职，心里不是没有感觉到冷清的。前天又一个要好的同事回去，虽然心满意足地饯行了一场，但是心里那种分崩离析的感觉并没有消失，无常两个字一直沉在我的心底，沉甸甸的。此乃前言。

过去未必就真的过去，未来也未必就在未来。过去和未来未必不会有重叠的时刻，不禁想到 ” 因缘会聚时，果报还自受 “” 一饮一啄、莫非前定 “.过去的自己做出让现在的自己后悔的决定，这后悔不必要也不可避免。只有不去做可能会让将来的自己后悔的事情。时间不等人，过去早已过去，即使能回到过去也无法改变它了，活在当下，拥抱每一个现在，去爱每一个生命。百感交集时听见了赞歌一般的诗篇，美得让人热泪盈眶（狄兰 · 托马斯的《不要温和地走进那个良夜》）： 不要温和地走进那个良夜，白昼将尽，暮年仍应燃烧咆哮； 怒斥吧，怒斥光的消逝。虽然在白昼尽头，智者自知该踏上归途，因为言语未曾迸发出电光，他们不要温和地走进那个良夜。好人，当最后一浪过去，高呼着他们脆弱的善行 本来也许可以在绿湾上快意地舞蹈，所以，他们怒斥，怒斥光的消逝。狂人抓住稍纵即逝的阳光，为之歌唱，并意识到，太迟了，他们过去总为时光伤逝，不要温和地走进那个良夜。严肃的人，在生命尽头，用模糊的双眼看到 失明的眼可以像流星般闪耀，欢欣雀跃，所以，他们怒斥，怒斥光的消逝。而您，我的父亲，在生命那悲哀之极，我求您现在用您的热泪诅咒我，祝福我吧 不要温和地走进那个良夜。怒斥吧，怒斥光的消逝。让我们仔细体味这诗篇，体味这艺术之作！

星际穿越观后感

（三）一向对天文宇宙学很感兴趣，所以很喜欢这部电影，包括去年的《地心引力》，我都爱不释手。老实说，这部电影涉及到维度、虫洞、时空、黑洞等许多人类未知的事物，这些话题非常吸引我。不过在这里，我只想谈点科学与宗教。

所谓科学其实不断在验证佛教的正确性，包括宇宙观和世界观。佛教其实本就是关于世界和人生的科学，就如弦理论验证宇宙存在十三个维度，而佛教已证世界有无穷维度一般；就如量子物理验证宇宙源自虚无，而佛教已证”相由心生“”一切法从心想生“”一切有为法，如梦幻泡影“;就如我们睥睨蚂蚁而高维世界俯视我们一般；就如影片最后，宇宙之博爱，等同于佛教之慈悲一般；至于宇宙之他方世界，三千大千世界，更是无穷无尽无量无边。其实何需虫洞，我们的心本就可以突破一切物质，不过是因为我们对这个世界太过执着。

佛教说，科学永远无法得出世界的真相，因为执着于思考，执着于观察到的一切。世界成住坏空不断循环，永远没有真实的存在，更何况执着实验数据的科学。《金刚经》言：”如来者，无所从来亦无所去，故名如来。“宇宙浩渺广大，十方世界无量无边，人类不过是三维世界的一粒沙子，众多频道的一个波段。也许只是多维世界物种观察我们的玩物，也许一切都是命中注定，也许人生苦短本就是事实。而关于这方面，佛教提出了解脱之道，就好比把我们从密不透风的玻璃瓶中解放出来，那就是修行。

纵观其它学派，”心学“创始人王阳明说：”宇宙便是吾心，吾心即是真理。“老子《道德经》说：”道生一，一生二，二生三，三生万物。“”圣人不仁，以百姓为刍狗。“类似的哲理实在太多。先哲的智慧在于他们脱离了常人思考的桎梏。而我们敬畏他们，并不多加思考，甚至内心斥他们为异类。就好比《平凡的世界》说的，常人只会把圣人的事迹和名言反复咀嚼和传颂，却从不照做，这就是常人永远无法成为圣人的原因。

《星际穿越》中的物理学原理 《星际穿越》中的物理知识篇三

《星际穿越》观后感

《星际穿越》主要讲述了一队探险家利用他们针对虫洞的新发现，超越人类对于太空旅行的极限，从而开始在广袤的宇宙中进行星际航行的故事。下面小编为大家分享《星际穿越》观后感范文，欢迎大家参考借鉴。

《星际穿越》上映前，克里斯托弗·诺兰告诉观众两件事。第一，有五部太空电影对他的创作影响巨大，分别是《xx：太空漫游》、《异形》、《第三类接触》、《太空先锋》，以及《超时空接触》。第二，《星际穿越》是一部考验观众科学素养的电影，建议观看前，先补习相关物理知识和经典太空电影。

我原样照做了，并且在影片开始后不久，就体会到诺兰的良苦用心。这次他实实在在是站在了巨人的肩膀上，从影史诸多太空经典博采众长，镶嵌进这部无与伦比的杰作中。在我印象里，很少有哪个导演能从如此多名片中摘取灵感，却仍然使作品看上去充满原创性。这位擅长高概念电影的商业片巨匠，再次以一个从未涉足的题材领域为题，交出了一份令人满意的答卷。

气候剧变，沙尘暴频繁，庄稼濒死„„《星际穿越》描述的未来景观，其灵感正来自上世纪60年代经典科幻剧《迷失太空》，该剧开头也是环境恶化，人口膨胀，食物耗尽，而两部作品中都以人类在外太空寻找新家园为主线。马修麦康纳饰演的宇航员穿越时间后，与成年女儿相会，也与90年代电影版《迷失太空》博士遭遇来自未来的儿子不无相仿。

对《xx：太空漫游》的致敬自不必说，首先《星际穿越》最大的前提：人类在一个超然神秘力量指引下发起星际远航，就与《xx》如出一辙。只不过库布里克当年逼格较高，智慧生命放置大黑板的做法晦涩难解，而本片中直接开个虫洞等人去钻的用意不言自明。诸如飞船在虫洞中的航行，飞船与空间站漫长的对接等视觉印象，都令人想起《xx》的经典画面。最妙的是《xx》主角以垂暮老人之躯在陌生房间里苏醒，也由马修在土星医院苏醒得到呼应，那医生还不忘加上一句，你已经是个124岁的老人了，哈哈，更统一也够微妙。

马修作为一个顶尖飞行员，担起远征太空的使命，是诺兰对1983年讲美苏太空竞赛的《太空先锋》一片的借鉴。《星际穿越》开头的一组闪回中，马修驾机逼近极速，仍咬紧牙关一往无前，随后画面切到一段记录访谈，你若看过《太空先锋》，一定会有一份熟悉感。

马修父女通过破译神秘来客的密码，一举找到隐藏的航天局，这又是诺兰拿斯皮尔伯格的《第三类接触》做的延伸。该片中，幽浮事件的遭遇者通过拼凑蛛丝马迹，推算出政府与外星人的接触所在地，他们的到达让军方十分惊讶，就像本片中安妮眠彭蝴等科学家一样。

马特戴蒙饰演的宇航员，是《xx》的电脑哈尔和《异形》中生化机械人爱什的交杂。温言软语、谦和无害的外表下，有一颗比任何地外环境更为险恶叵测的人心，再度印证《xx》和《异形》的主题之一：危险永远在最防不胜防之处。就像哈尔和爱什一样，该角色用“伟大的目标”为谋杀行为开脱，但不像前两个机械生命，他毕竟是有感情的血肉之躯，喋喋不休只为让内心好受，叫人愤恨之余，也有一丝同情。

马修女儿的角色，几乎是《超时空接触》中朱迪輠斯特饰演的女科学家的翻版：童年具有科学探索精神，意志坚定，智力超群，将毕生奉献给天文事业，而两片的压轴同样是父女通过跨越时空进行“神交”，当然诺兰的处理方法要炫上百倍。有趣的是，当年《超》中马修麦康纳演的是女科学家的情人，留在地球作后应，而本片他演了该角色的父亲，而且亲自出征，两片对比，正应了“女儿是父亲前世的情人”。这绝不可能是巧合，绝对是诺兰兄弟故意开涮的，太狡猾了。

其他零星的联想包括：未来教材中记载美国登月是政治骗局(美国教材也歪曲历史!)，与1977年的惊悚片《摩羯星一号》照应，该片讲述一名宇航员揭发政府伪造登月的阴谋;用一支笔穿透纸上两个孔来解释虫洞原理，这一课在《撕裂地平线》我们已经上过了;全片周而复始、首尾合一的结构，与旧版《人猿星球》五部曲有着似曾相识。由于个人看片量和记忆都有限，关于诺兰脚下“巨人”的总结到此为止，也欢迎补充。

很多同场观众抱怨没有看懂，但此前被媒体炒作的“烧脑”一次，用在这里并不恰当。烧脑指的是观众要开动脑筋才能跟上叙事，而看不懂《星际》，缺的并非思维活跃度，而是知识储备。本片既没有《记忆碎片》那样支离的叙事结构，也无《黑暗骑士》缠绕的多线叙事，基本上是线性的平铺直叙，不用动什么脑筋就能跟上故事。如果感到影片艰深难解，那么多半是对基本的物理概念缺少了解所致。这当然不能怪观众，也怪不得主创，毕竟他们操弄的是一个如此硬核的命题。

当然，我们能看出影片尽力做了大量科普，尤其是前两幕，十万个为什么风格的台词几乎遍布每一场对话。我完全能想象诺兰兄弟写剧本时的殚思竭虑，思考如何用最精炼通俗的语句，说明尽可能多的科学事实，同时不破坏整体的叙事氛围——毕竟你不能让一群受过专业训练的科学家老是谈论入门问题。从这个角度看，影片台词的成就令人赞叹，既随时紧扣住主角面临的局面，又简明扼要地普及相关理论，即使是纯科普片，也很少能做到更出色。我强烈建议那些立志振兴中国科幻的电影人，认真钻研此片的台词技巧——尤其是正在鼓捣《三体》的那一群，诺兰多么及时而贴心地奉上了一个完美的范例。

通常来说，把“爱”带进科幻片主题，会软化其内核。在那些爆米花科幻片中，我们常看到爱唤醒了人性、人性战胜一切强大武力这样的大俗套。编导也知道这在逻辑上丝毫站不住脚，但没办法，谁叫观众是有血有肉的感情动物，为了让他们移情，不得不违背科学精神来编织天方夜谭。然而，一厢情愿炮制人性击败药物、电脑和外星人，就像在抗日神剧里炮制大侠手撕鬼子一样，终究是一种高级的意淫，给观众的鼓舞也肤浅有限，而诺兰的做法是迎难而上，真正把爱作为终极力量，却依然无损硬科幻的质地，这才是电影所能传达的高级感染力。当海瑟薇首次提出似是而非的理论，包括观众都相信那是缺乏科学精神的自我慰藉，而在结尾，竟真的是这种看似虚无的精神力量，使危机得以化解，时空得以打破，文明得以延续，亲人得以团聚，而诺兰做得有理有据，令人于情于理无法不接受。

《星际穿越》再次展示了诺兰商业片技巧的炉火纯青。首尾浑然一体的时间循环片不少，《星际穿越》在常规的套路上增加了变体，顺带将五维空间的奇观炫耀一番，显示了不拘一格的追求;第三幕那句“准备对接”，则是最顶尖的英雄时刻，任何一部惊险片能有这样一个桥段，已经足够跃于水准之上。《星际穿越》具有雄奇的野心，也遵循诺迷熟悉的路数，简单比较它与《黑暗骑士崛起》的情节点：韦恩重披战袍，正是麦康纳起航太空;蝙蝠侠断背，高谭陷落，差不多正是马特“谋反”，太空站行将失陷，两片都以主角都在一场肉搏中失败为拐点;黑暗骑士崛起，高谭得救，对应麦康纳勇闯黑洞，文明存续，两主角均以一个明知不可为的壮举扭转局面：蝙蝠侠洞穴跳跃，麦康纳不可能的接轨。而在形式上，诸如玉米田与太空营救、土星基地与海瑟薇的平行剪辑，包括那份水到渠成的节奏感，都可以从《黑暗骑士崛起》中找到毫发不爽的范例。所以综合来看，这是部一点也不循规蹈矩的商业科幻片，却也是一部未越雷池一步的典型诺氏电影。《星际穿越》再度证明了诺兰模式的巨大潜力，它可以被套用到任何类型，却能超脱该类型本身。

《星际穿越》中的物理学原理 《星际穿越》中的物理知识篇四

《物理学基础与前沿专题》课程论文

题目：《星际穿越》中的物理学

姓 名：

林亚南 学 号： sy140954 年 级： 2014 院 系：

理学院 专 业：

学科教学（物理）专业 任课教师： 邹斌

2014年

12月日

《星际穿越》中的物理学

一、为什么宇宙飞船要旋转？

这是一个比较简单的问题。首先简单解释一下对于在太空飞行的宇航员来说何谓 “失重”。下面是一些关键点：

（1）太空里仍有万有引力；

（2）当宇航员（和飞船）只在万有引力的作用下加速时，宇航员就会有失重感；

（3）对于宇航员来说，这种感觉就像重力“消失”了；

（4）但人类并不怎么能感觉到重力，因为它作用于我们身体的每一个部分。

事实上，我们将重量和接触到的外力，例如地面支撑我们的力，联系起来。我们称这种力为“表观重量”（apparent weight）。

飞船当然受到引力，但引力都用来改变飞船的速度了。宇航员感到的“失重”，失去的其实是表观重量。而解决失重感的方法，就是对物体施加某种力，使之具有表观重量。

图1 地球上与飞船上的宇航员所受的力

上面的图中有两个宇航员。左边那个站在地球上，右边那个站在宇宙飞船里。如果宇航员处于引力非常小的地方（如深空），唯一使他“感受到重量”的方法办法就是令地面对他施加支持力。这种情况下，右边的宇航员也能像左边的一样感受到重量。

那么要如何在太空里对宇航员施加这个力呢？这就要从力的性质入手了。大家对下面这个公式应该十分熟悉：

这个公式表明物体会在其受到的（净）合力下加速。力和速度都是矢量，现在我们只研究极短时间内物体的运动状况。在这个极短的时间段内，物体的平均加速度是：

图2 宇宙飞船中的宇航员的速度

做圆周运动需要加速度，这一点其实我们早就知道了——每次开车转弯时，你都能感受到这股沿着角加速度方向的力。宇宙飞船在旋转时的原理亦是如此。宇航员（在旋转飞船里）受到的表观重量只取决于两点——圆周的半径和旋转的速度（通常用角速度ω表示）。以合适的速度做匀速圆周运动，飞船里的宇航员也可以获得表观重量。下面是在旋转飞船里的表观重量的表达式（用重力加速度g来衡量）：

大的宇宙飞船（半径r比较大）不需要转得太快。如果飞船比较小，就要转快一些。

图3 《星际穿越》中的宇宙飞船

二、宇航员能活着穿过虫洞吗？

(一)虫洞是什么？

虽然爱因斯坦和他的助手纳森·罗森（nathan rosen）最早不这么叫它，但是虫洞最初的确是他们的智慧结晶。当时他们正在试图用各方法来解爱因斯坦的广义相对论方程，以及用一个纯粹的数学模型来解释整个宇宙，包括重力，以及构成物质的各种粒子。其中包括的一种方法是将空间描述成两个几何面，其间由“桥”连接，而在我们的感知中，这些桥就是粒子。

1916年，另外一位物理学家路德维希·弗拉姆（ludwig flamm），同样是在解爱因斯坦的方程的时候，独立发现了这些“桥”。不幸的是，这个“万有理论”并不成功，因为这些“桥”的表现并不像是真正的粒子。但是爱因斯坦和罗森在1935年发表的论文使得“穿越时空结构的隧道”这个概念得以流行，其它物理学家不得不认真地考虑这些隧道带来的影响。

20世纪60年代，普林斯顿大学的物理学家约翰·惠勒（john wheeler）在研究“爱因斯坦-罗森桥”的数学模型时，创造了“虫洞”这一术语。他指出，这些桥很像虫子钻过苹果后留下的洞。一只蚂蚁从苹果的一端爬到另一端，选择一是绕着苹果弯曲的表面爬上半圈，选择二则是抄苹果上的虫眼这条小路。想象一下在更高纬的空间里，如果我们所处的三维时空就像是苹果皮一样弯曲着的，那么穿越高维空间实体的“虫洞”，必然可以让我们更快地在三维空间中的两个点之间往返。这听上去有些奇怪，但从数学上来说，这是的确是广义相对论的一个合理的解。

(二)我们能通过由经典的史瓦西黑洞造成的虫洞吗？

惠勒意识到爱因斯坦-罗森桥入口的特性与史瓦西黑洞（schwarzschild black hole）的描述恰好相符：一个由物质组成的球体，密度大到连光也无法从它的引力场中逃逸。天文学家认定黑洞是存在的，认为大质量恒星核心坍缩之后就会形成它们。所以黑洞可以同时是虫洞，亦即星际旅行之门吗？数学上来说，可能可以——但是没人能活着完成这次旅行。

图4 影片中花朵状的永恒号太空船正在接近虫洞

在史瓦西模型中，黑洞的核心是一个奇点，一个具有无限大密度的，中性的，静止的球体。惠勒计算了如果三维空间中两个相距遥远奇点跨越更高维度相连会发生什么——形象一点儿说，就是两个史瓦西黑洞通过隧道相连。他发现这样的虫洞天生就不稳定，这样的隧道可以形成，但是很快就会收缩“夹止”（即从中收缩断开），重新形成两个独立的奇点。这个过程非常快，隧道从形成到断开的时间如此之短，以至于连光都来不及从中穿过。而且如果宇航员想要从中通过的话，必然会遇到其中的一个奇点——这是件必死无疑的事情，因为奇点巨大的引力会将任何一个试图靠近的人撕得粉碎。

索恩也在这部电影的配套书籍《星际穿越中的科学》中写道：“任何试图穿越（虫洞）的人或物都会在夹止过程中被毁灭。”(三)如果黑洞转起来，形成一个克尔黑洞呢？

当然我们还有选择的余地：广义相对论认为还有可能存在着一种转动着的克尔黑洞（kerr black hole）。与史瓦西黑洞中的球体不同，克尔黑洞中的奇点是一个环。有一些模型认为，人可以舒服地从这个环的中间通过，就像篮球通过篮筐那样。但是索恩对此观点有诸多异议。在1987年他发表的一篇关于穿越虫洞的论文中，他提出克尔黑洞的喉部具有一个非常不稳定的区域，叫做柯西视界（cauchy horizon）。数学告诉我们，任何物质，包括光，试图通过这一视界的时候，这个通道都会坍缩。而且即使通过什么特殊的途径使得这个虫洞稳定下来，量子理论告诉我们虫洞里也将充满各种高能粒子。涉足克尔黑洞，会被炸得像薯片一样脆。

(四)如果再加入一些量子理论呢？

现在的关键是，经典引力理论尚未与量子理论完美结合——虽然有很多研究人员试图搞定它，但是用数学来表示量子世界依然很难实现。不过在一方面，普林斯顿大学的胡安·马尔达西那（juan maldacena）和斯坦福大学的伦纳德·萨斯坎德（leonard susskind）认为，虫洞可能是量子纠缠态的物理表现——这种状态下的物体不论距离多远都是相互关联的。

爱因斯坦曾讥讽量子纠缠为“鬼魅般的超距作用”，并拒绝接受这一理念。但是很多实验告诉我们量子纠缠是真实存在的——这一现象甚至在商业上都得以应用，例如在银行交易时用以保护在线传输的安全性。根据马尔达西那和萨斯坎德的理论，大量的纠缠态变化会改变时空的几何形态，以纠缠态黑洞的形式形成虫洞。但是这个版本的虫洞并不会使星际穿越之门。

“这些虫洞并不能让你超光速航行，”马尔达西那表示，“但是它可以让你与虫洞里的人见面，当然得提前警告你们，两边的人会同时死于引力奇点的作用。”(五)除了黑洞，我们还有其他的选择吗？

所以，黑洞是个大问题。那，虫洞可能是什么？哈佛-史密森尼天体物理中心的阿维·勒布（avi loeb）表示其实要形成一个虫洞的话，我们还有很多可能性：“因为我们现在还没有一个理论可以很好地将广义相对论与量子理论统一起来，所以我们还不知道能够形成虫洞的时空结构都有哪些可能性。

还有一个问题。索恩在他1987年的工作中发现，符合广义相对论的任何类型虫洞都会坍缩，除非它是由具有负能量的“奇异物质”支撑着的。他认为我们有证据表明奇异物质的存在，因为实验表明真空中的量子涨落似乎会产生一个负压，就像两面紧靠着的镜子一样。勒布还表示，我们观察到的暗能量可能进一步暗示着宇宙中奇异物质存在的可能性。

图5 我们的宇航员，似乎真的凶多吉少。

“纵观宇宙近代史，不难发现河外星系都在远离我们而去，而且速度越来越快，就像是受到了反重力的作用一样，”勒布表示，“如果我们认为宇宙中充满具有负压力的物质，就可以解释宇宙的加速扩张„„就像是我们制造一个虫洞所需要的那种一样。”当然，这两位科学家都认为，自然形成一个虫洞需要的奇异物质太多了，而且只有高度发达的文明才有可能收集足够的奇异物质，来维持虫洞的稳定。

当然其他的物理学家并不太相信这一观点。马尔达西那表示： “一个稳定的，可以穿行的虫洞的存在会让人十分困扰，因为这与已知的物理学定律相违背”。北欧理论物理研究所的萨宾·霍森菲尔德（sabine hossenfelder）对此更加怀疑：“我们目前没有任何证据表明它（奇异物质）存在。实际上很多人都认为它不可能存在，因为那样的话真空就会不稳定。”即使奇异物质存在，想要漂亮地穿越虫洞，可能也不是那么容易的事情。实际的效果可能取决于虫洞周围的时空曲率，以及虫洞中的能量密度，霍森菲尔德表示：“这里发生的情况可能和在黑洞里发生的差不太多：潮汐力太大，试图穿越的人被撕碎。”

三、五维空间是如何呈现的？

影片高潮片段，我们见识到了所谓的“五维时空”，要把这个概念呈现在大银幕上是非常困难的。通常认为我们所处的世界是四维时空，也就是三个空间维度加一个时间维度，而五维时空则有四个空间维度。拥有四个空间维度的立方体被称为超立方体，双重否定团队的任务便是用视觉来呈现这个超立方体。从艺术角度讲，他们本可以很抽象地表现这个空间，但是受导演影响，团队决定尝试按照超立方体确切的样子来制作。

图6 基普在黑板上解释四和五维空间中的引力情况

由于人类目前无法理解四个空间维度，因此诺兰设计让库伯掉入超立方体的其中一个面里。我们知道立方体的面是二维的，因此超立方体面是三维的。诺兰正是让库伯掉入超立方体的“三维面”，才使得库伯没有灰飞烟灭。同时，墨菲的卧室位于超立方体的另外一个三维面上，在五维时空里他们隔得如此之近，这也是为什么库伯会在超立方体中看到墨菲的卧室。

图7 库伯可以从上下左右前后六个方向来看墨菲的卧室

根据爱因斯坦的相对论，回到过去是不可能的，即便是进入高维时空。但影片中设计让引力波可以穿越时间，影响过去，而对库伯来说，他需要看到所有的时间，从过去到未来。正如塔斯所说，五维时空里时间是实体，就像一根线，你可以看到线上从头到尾的每个瞬间，但是，要改变过去瞬间发生的事情，只有借助引力波。

于是，电影制作者开始思考超立方体里面应该是什么样子的，尤其是如何展现“时间是一个实体”，如何展现所有物体在整个时间线上的每个瞬间。富兰克林得找到一个平衡点，既不能让画面显得太过杂乱，又要从库伯的角度观察时间线上不同瞬间墨菲卧室里发生的事情。

他的办法是把墨菲卧室的六个像缩小，并让每个像发射两条垂直的线，这两条线就是“时间线”。每当时间线相交的时候，就会产生一个卧室的像，因此整个五维空间里可以有无数个卧室的像，这些像位于时间线不同的位置上，因此每个像所代表的时间不同，库伯只要沿着时间线漂浮，就可以看到墨菲卧室的过去或未来。

图8 垂直的时间线组成无数个墨菲的卧室

四、关于超大黑洞——“卡冈图雅”

(一)黑洞是什么样子的？

图9 电影中展示的“黑洞”形象

为什么黑洞看起来会是这个样子？

“当然啦，黑洞就应该是这个样子的。”当基普·索恩（kip thorne）望着在他的帮助下建立起来的黑洞时，心里便是这样想的。这个黑洞其实是一个有史以来最精准的黑洞模型。它以接近光速旋转着，将宇宙的物质一点点地吸引过去。理论上讲，黑洞本是一颗恒星，然而它最终没有熄灭或爆炸，而是像做塌了的蛋奶酥一样，坍塌成一个小小的、不可逃逸的奇点（singularity）。一道光轮环绕着里面的球形大漩涡，看起来似乎既从上面弯过去，也从下面弯过去了。

但这一切都十分自然，因为黑洞附近常常发生奇怪的事。例如，黑洞引力极大，以至于弯曲了宇宙的结构。爱因斯坦对此进行了解释：质量越大的物体，产生的引力就越大。像恒星和黑洞这样的物体就能产生巨大的引力，导致光线弯曲，时空扭曲。更神奇的是，如果你离黑洞比我近，我们对时间和空间的感觉会不一样。相对来说，我的时间会过得快一点。

为了向观众传达黑洞是球状的这一信息，它看起来会像是个圆盘，唯一能看到的就是它如何使笔直的光线拐弯。吸积盘是一团凝聚在一起的物质，它围绕着黑洞旋转。电影制作者发现可以用这圈环绕的碎石来确定黑洞的外观。

特效人员做了一个巧妙的演示。她建立了一个多色的平面圆环代表吸积盘，然后把它放在旋转的黑洞的外周。一些非常非常奇特的事情发生了。“我们发现黑洞外围扭曲的时空同样弯曲了吸积盘，”弗兰克林说：“因此吸积盘并不像是土星环那样围绕着一个黑色的球，相反，光线弯曲会产生这样一个奇特非凡的光晕。”

图10 特效人员构建出了黑洞模型

根据索恩提供的公式，特效人员构建出了黑洞模型，黑洞周围的光呈现出奇特的景象。

图11 电影中的吸积盘形象

这就是为什么当索恩第一次看到黑洞的最终效果时会觉得“就该是这样嘛”。双重否定团队开始认为一定是渲染器里出了bug导致这个效果，但是索恩意识到他们已经正确地建立出与他给出的数学公式一致的现象模型。

尽管如此，没有人会知道黑洞到底是什么样子的——除非他们真的造一个出来。黑洞周围那些被吸过去但是逃脱一劫的光，在黑洞的阴影附近展示了出人意料的复杂特征图谱。而发光的吸积盘则在黑洞的上下方以及前方出现。(二)“卡冈图雅”自转到底有多快？

旋转黑洞会导致很复杂的星象场，也会导致黑洞本身和吸积盘左右看起来不对称。如果按照导演诺兰的要求，米勒行星上的1个小时等于地球上的7年，那么“卡冈图雅”的自转几乎需要达到黑洞的最大可能自转（仅比最大可能自转慢100万亿分之一）。索恩在科学设定中使用的都是这样的自转速度。然而诺兰对广大电影观众是很负责任的，为了减少这种不对称和复杂的背景带来的困惑，他把卡冈图雅的自转降到了最大可能自转的 60%。

补充说明：克尔黑洞的自转受到广义相对论的限制，如果旋转再快的话，裸奇点就会出现，这在目前的大多数理论中不被允许。无论运动多快的物质进入到黑洞，都不可能再增加黑洞的自转。高速旋转的极端克尔黑洞周围会看到很多复杂的现象。(三)为什么靠近黑洞的人没有被吸积盘的辐射杀死？

“卡冈图雅”吸积盘的温度只有几千度，与大多数黑洞吸积盘不同。而太阳的表面温度也不过 5500 ℃，太阳光中高能的 x 射线、伽马射线很少，对地球上的我们无害。同样，温度只有几千度的吸积盘，对“卡冈图雅”的3颗行星是无害的。

补充说明：吸积盘的温度与吸积物质的多少等因素相关，单位时间内吸积的物质越多，吸积盘的温度就越高。按照设定，“卡冈图雅”已经很久没有吃到东西了，饿到了极度“贫血”的地步，所以吸积盘的温度就降下来了。

黑洞的视觉效果呈现—— 一团发光物质围绕着它，并逐渐被引力吞掉——是相当合理的。但是如果你进入了这个区域，那你要么会被灼热的伽马辐射杀死，要么会被引力撕开

(四)人类真的可以活着靠近黑洞吗？

no.如何死掉？

视频：掉入黑洞的2.5种死法