星际穿越中的科学原理
（科技论文，累die。。。）
一．星际穿越
《星际穿越》是克里斯托弗·诺兰执导的一部原创科幻冒险电影。影片基于理论物理学家基普·S·索恩的“黑洞理论”，经过合理演化之后改编而成。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。
这部电影以严谨的科学体系而著称，上映之后，《科学》杂志专门为其写了一篇影评，可见其分量之重。
影片最出彩的地方就是，诺兰用极形象化的画面展现了一个个听起来晦涩难懂的物理知识，尤其是其中关于时间的部分。
二．时间是什么？如何产生，又如何变慢？
众所周知，人类是生活在四维空间的三维动物，因为我们能感受到时间，却只能沿着它前行，不能后退。那什么是时间？为什么电影中的时间会变慢？
时间就是引力产生的副产品，做一个通俗的解释：想想我们度量时间的基本单位，一天，一个月，一年。什么是一天？地球自转一周就是一天。什么是一个月？月球绕地球一周就是一个月。什么是一年？地球绕太阳一周的公转就是一年。为什么它们会自转，会公转？答案就是两个字：引力。
想像一个被扯紧的保鲜膜，放上了一个大钢球，薄膜会凹陷。而如果此时沿着切线方向丢出一个力道刚好的小钢球，小钢球会沿着凹陷运动。那个薄膜就是宇宙，想像无数个钢球，代表着天体，由于质量不一，在这个薄膜上造成了无数多程度不同的凹陷，他们就代表了不同的引力场，产生了无数多不同的时间流速。再想像一个质量足够大的钢球，将这张薄膜撕裂，这个洞就是黑洞。这就是我们常听到的所谓“如果黑洞质量足够大，会撕裂空间”。如果没撕裂，那就会产生虫洞。诺兰用翘曲空间解释虫洞，是一个意思，质量大的钢球让宇宙空间翘曲，改变了两个点之间的实际距离。
相对论中著名的孪生子佯谬就阐述了由于引力而时间变慢的情况：有一对双生兄弟，一个登上一宇宙飞船作长程太空旅行，而另一个则留在地球。结果当旅行者回到地球后，我们发现他比他留在地球的兄弟更年轻。
这个效应简单来说，就是时空弯曲得越厉害，该处的时间就流逝得越慢。比如在地球表面，不同高度处，因为引力势不同，导致各处时间流逝的也不一致，典型的例子就是GPS卫星的相对论时间修正。
三．引力？黑洞？如何传递的信息？
Cooper何以将那么重要的信息，传达给三维的过去的墨菲？为什么他不需要在五维空间中将一切再走一遍？这是影片最值得称道的地方，因为这是一个极其关键的因果链，没有这个传递信息的过程，墨菲无法完成重力改造。
爱因斯坦《广义相对论》有云：“质量极大或密度极高的物体可以使时空结构延长。”大意是，在几个大型重力场的扭曲平衡点，时空是被造成扭曲后达到的平衡，所以那个星球所处的时空本身就是被几个重力所延长的。说得更直接一点，几个重的物体已经把薄膜压陷，绷紧了，这时候在那个平衡点放一个质量相对很小的物体，那个物体很难造成薄膜的凹陷，即使有也很小很小，仅仅能维持自身的停留。在这个平衡点上，没有引力，因为重力已经相互抵消，我们已经讲过时间产生于引力，而没有引力也就意味着没有时间，这就是为什么最后Cooper可以在时间无限空间无限的书柜后面，寻找小时候的墨菲，向她传递来自未来的信息。处于一个没有时间空间概念的地方，他可以寻找任何一个时间段的墨菲，传递他要传递的讯息。而没有时间也就意味着一个最重要的事情：没有因果。
四．因果？循环？莫比乌斯圈！
《星际穿越》的整个故事如果理一下因果链，你会发现这是一个莫比乌斯圈。你随便从某一个点切入，比如为什么墨菲能够解救人类？是因为Cooper传递了信息。为什么Cooper能够传递信息？因为五维空间未来人类族群给了他那些信息。为什么未来人类族群能够创建五维空间并给予信息？因为墨菲解救了现在的人类，让他们得以繁衍高维文明。因果循环，完全没有打破平衡的点。你可以找任意一个因果切入，都是循环。所以显然这不是三维逻辑可以解决的问题，我们或许只能推出一个唯一且排他的结论：第五维，是因果。也就是高度发达的五维文明，除了能改变时间，还能创造因果。它让三维的死循环变成可能，这正是Cooper贯穿全剧的点睛之句：“Murphy’s law doesn't mean something bad will happen, it means that whatever can happen, will happen”（墨菲定律不是说任何坏事都会发生，而是说，任何可以发生的事，都会发生）
五．电影是否完美？没有任何疏漏？
答案是否定的，根据爱因斯坦的相对论引力加速度和惯性加速度有本质上的不同，仅仅是数值上相同，这样一来就会有两个世界，换言之，父女永不可能相见。
墨菲最后的常数到底是如何得出？不能否定，常数的确在科学发展之中起到了很大作用，比如普朗克常数，但影片中单单解释为爱的力量可能过于敷衍。
诸如此类的漏洞，可能还有一些，当然，它们也可以有不同的含义和理解。
六．影片本身？艺术性。
说到底，这只是一部科幻作品，能如此严谨已经很精益求精了，而且，到头来，真正使我们记忆尤新的，不是最严谨的科学，而是墨菲和父亲之间最真挚的情感，看到最后我泪流满面：你的青春是我的苍颜，一小时七年的沧海桑田，我用一生探索宇宙，不是多大梦想，而是想告诉自己，父亲还在，最终的相遇，仿佛又回到儿时，做回那个小女孩。
七．一点点关于科学的余思
霍金说过：“低头赶路之时，不要忘了仰望星空。”仰望星空之时，我们才能感到我们是多么渺小，我们还有太多的未知没有发现，我们对于未知，甚至仅仅是从古至今都意识到不可预见的未来，都保有恐惧。科幻电影抓住了这样的恐惧，深情而浪漫地恐吓着观众。但正是有了这种未知和恐惧才有了一次次的探索，一次次失败，一次次重来，越是挫折就越要尝试，越是未知就越要探索，越是恐惧就越要面对，这可能是人类的天性使然，尽管可能会因为恐惧一败涂地，但仍要试试，因为还有希望，潘多拉魔盒最底层的东西，正如几乎所有电影都有的，我们也乐意看到的，那个圆满的结局。