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娱乐关于《星际穿越》里的科学错误，诺兰说他是故意的
《星际穿越》在国外上映之后，引起了关于影片中科学错误的讨论。诺兰倒是很淡定，一方面承认影片并不是处处都遵照科学事实，并称是“故意这么设计”的，另一方面则劝影迷多看几遍，最好把书也一块儿读了。
《星际穿越》11 月初在北美上映以来，除了影迷，最兴奋的恐怕是那些“死理性派”们了。一部发生在外太空，讲述时间旅行和黑洞的科幻电影，简直就是提前到来的圣诞节礼物。
他们认真的观看电影，可能还会用小纸条记下电影中可能出现的事实错误，回到家用电脑查询资料验证自己的判断，并发布在博客和社交网站上——正确指出任何影片中关于科学事实的错误都可能换回 Twitter 上陌生人的大量转发和 Facebook 上朋友的热情点赞，“瞧！我指出了诺兰的一个错误”，这事儿听上去还真挺酷的。
其中被转载最多的是 Slate 网站上由 Phil Plait 撰写的文章，标题为，这些错误包括电影中黑洞对潮汐的影响，重力表现程度等等，图文并茂，确实给人一种“不明觉厉”的感觉。
“我的电影好像总是特别招这些讨论，” 在时，诺兰也对这个问题进行了直接的回复，“很多只看了一次电影的人发了一些（关于科学的）评论，不过如果你真的想看懂里面的科学，或许你还得多在这部电影上花点时间，甚至得读一下基普的书。”
诺兰口中的基普是加州理工大学的天体物理学家基普·索恩，也是《星际穿越》的执行制片人之一，整个项目都是基于索恩的关于虫洞理论而产生的。根据《纽约时报》的报道，索恩说诺兰自己“想要一部不违反目前任何的物理定律的电影，哪怕只是图像都是完美的建模——精确地表现了我认为人们在虫洞附近追逐光束时会看到的情形。他们也符合诺兰想让画面全部符合广义相对论方程的愿望。”
为了达到这个目的，诺兰在项目开始后连续 5 个月的时间里，每几周就会见索恩一次，而在电影最终上映后，由两个人联名的图书也同时上架。
“关于（电影里）哪些是事实，哪些是推测——当然里头有大量的推测，一切都是说得通的。”诺兰说。
去年另一部成功的太空电影——《地心引力》，也引起了科幻电影中错误科学事实的争论。包括《福布斯》在内的多家媒体引用了一名从 NASA 退役的宇航员 Garrett Reisman 在问答网站 Quora 上的回答，指出了《地心引力》中包括轨道速度计算在内多个错误。
从《 2001 太空漫游》、《阿波罗13号》、《阿凡达》再到最近的《星际穿越》，如何来处理科幻电影与现有科学之间的关系一直是好莱坞最热门的话题。如果完全写实，那么电影就失去了”想象力”和“再创造”的魅力，而如果完全基于编剧们天马行空的想像力而罔顾科学，也很难让观众看懂和理解。
“任何一个观众都有能力辨别出按一定规律连贯的故事和完全无序和瞎编的东西。”诺兰在接受《纽约时报》采访时说。于是他和索恩决定，把关于这部电影里的科学事实出版成书籍，帮助有兴趣的人更好的地理解这部影片背后的科学依据。
对于诺兰而言，一部电影所有的环节都必须为电影的内在逻辑服务，而对于《星际穿越》来说，诺兰需要遵循对于现有科学的理解和解释去帮助他更好地建立对于时空的想象。“我知道我们在电影里撒的那些必须要撒的谎，同时我也保证基普知道这些。”诺兰说。
现在你知道了，《星际穿越》里的那些科学并不是完全准确的，用诺兰的说法，它们本身就是故意被设计成那样的。不过我相信，许多人会跟我一样，看了几遍都发现不了那些 bug 。“挑错” 这个任务还是交给更有科学精神的同学去做吧！
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《星际穿越》中的几个科学问题
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　　正如罗胖说的，互联网时代讲究的是跨界，但是将科学研究，尤其是理论科学研究，更尤其是理论宇宙学的科学研究与电影结合起来，恐怕诺兰的新片Interstellar尚属首次，况且还结合的如此之完美，经典就这样产生了。虽然不同偏好的观影人对影片分歧很大，但这部才上映三天（原文发布于11月10日）的电影已经毫无悬念的载入史册。为了让大家更好的理解影片和出于对宇宙学的爱好，今天动笔写一篇文章来初略的解释下影片中的物理原理，水平有限，专家勿拍。
　　问题1：为什么Cooper乘坐的飞船要不停的旋转？
　　飞船之所以在离开地球大层之后需要旋转是为了制造重力，这样Cooper和他的队员们就可以像在地球上面那样正常的生活，可以正常的喝水小便而不会有液体飞溅，此外演员们在3个小时的影片中也不需要假装飘来飘去。当物体绕着圆心旋转的时候，速度作为一个向量始终沿着圆形的切线方向不停的变化，宇宙飞船的外环会对物体（宇航员）形成一个向心的作用力，这个作用力就相当于提供了一个虚拟的重力。在影片的末尾我们看到土星轨道的大型空间站做成卷饼状也是同样的道理。由于向心力与物体到圆心的距离成正比（），越是靠近圆心，向心力就越小（重力越小），所以打飞的棒球很容易就飞到&头上&的建筑打碎玻璃了。
　　问题2：Cooper航行的目的地是哪？离地球有多远？
　　Cooper的航行目的地是Gargantua，是一个电影虚构出来在银河系之外的一个黑洞，距离地球有100亿光年。一百亿光年有多远呢？众所周知，一光年就是光在真空中走一年时间的距离。1977年人类发射的旅行者号飞了三十多年才勉强飞到太阳系的边缘，而太阳系的直径也才0.003光年，而我们所在的银河系的直径也仅仅才10万光年。现代物理学的假设是任何物体的飞行速度不可能超过真空光速，所以飞船依靠飞行在可能的时间范围内是不可能到达Gargantua的，这便需要利用虫洞（wormhole）穿越到宇宙的另一头。
　　问题3：什么是虫洞？虫洞真的真实存在吗？
　　电影中Cooper的队员其实向观众已经简单解释了什么是虫洞，不过是在二维条件下。我们大家熟悉的空间是三维结构的，所以我们的认知可以很容易的理解低于三维的空间存在。一维就是一条直线，只需要一个数字（坐标）就可以确定物体的位置，而二维空间就是一个平面（假设为一张白纸），需要两个数字（坐标)来确定物体在平面的位置，而三维空间就是我们存在的世界，需要三个数字（长、宽、高）来确定物体的位置。
　　在二维条件下（平面白纸），两点之间的最短距离是连接两点的直线，如果我们打破维度的限制，将一个二维平面在一个额外的维度（第三维）下进行弯折，两点的距离就可以无限接近。这样连接两点的通道就是虫洞，在二维条件下是一个圆形。而在我们所处的三维世界中，要用这种方法来连接空间中的两点同样需要额外的维度（第四维）来实现，而在三维的世界中（我们以及电影所处的世界），虫洞则以球形存在，理论上可以从任何角度进入虫洞。作为虫洞外部的观察者，我们可以看到虫洞另一端扭曲之后的景象。
　　虫洞目前为止还仅仅是爱因斯坦相对论的推测，从来没有被真实的观测到。宇宙物理学家认为虫洞在宇宙中无处不在，只不过非常不稳定和存在的时间很短，并可以通过一些方法来稳定虫洞来达到穿越时空的目的。影片并没有脱离科学假设来人为的制造虫洞，而是在导演的安排下somehow就在土星周围出现了一个稳定的虫洞，这样的安排确实有发生的可能性并且符合目前的物理假设。
　　问题4：为什么Miller行星上面会有巨浪？
　　Miller行星上的巨浪非常壮观，差点让Cooper有去无回，而这巨浪也仅仅是Miller表面的普通潮汐而已。众所周知太阳和月球的引力可以制造潮汐，由于Miller行星靠近附近黑洞的引力场，再加上Miller行星表面的引力场较弱，形成巨浪也就不足为奇了。
　　问题5：为什么Cooper从Miller行星返回后已经过去二十多年并且Romily已经老了？
　　Copper此行所到达的恒星系与我们的太阳系有很大的区别。太阳系是一个出于青年期的恒星系统，太阳作为太阳系的中心恒星，通过表面的聚变来为周围围绕太阳旋转的行星提供光和热。而Miller行星所在的恒星系统极有可能是一个晚期的恒星系统，质量巨大的恒星塌陷后形成了Gargantua黑洞，而在黑洞的周围有大量的高温气体和尘埃形成的吸积盘（accretion disk）来为恒星系提供能量。这也是为什么影片中黑洞的表面有光盘。Gargantua的质量非常巨大（100万个太阳的质量），导致了Miller行星处于巨大的引力势能中。根据相对论中的描述，引力势能可以改变时空扭曲率而导致时间流逝发生改变。在影片中，以地球或者Romily作为观测者的话，Miller行星的时光流逝变慢，所以才是地上一小时，天上数十年。这种由于引力场造成的时间膨胀，已经在现实中被实验证实存在。
　　问题6：真实的虫洞和黑洞看起来是什么样子的？
　　虫洞只是被理论预测存在而黑洞也仅仅是被间接证据观察到，但是若是宇宙中存在黑洞和虫洞的话，那也将和影片的特效极为接近。影片由著名的理论物理学家Kip Thorne担任执行制片人，影片中关于虫洞的特效都是依据理论方程计算得到。即便这些特效出现在科幻电影中，Kip Thorne所描绘的黑洞和虫洞视觉效果可以作为严肃的科学数据与理论模拟。值得一提的是这些特效还产生了两篇科学研究论文，分别发表在宇宙学和计算机图形领域的期刊上。
　　问题7：Murph的鬼魂是怎么回事？为什么Cooper在虫洞中可以观察到所有的历史事件？Cooper和Murph是怎样实现通讯的？
　　这是这个影片最难解释和最难理解的部分，首先需要说明的是在现代理论物理的时空观里，Cooper在虫洞中的行为是可能的。先来回到我们的问题，这三个问题其实可以归结到虫洞中的五维时空的问题。我们现实生活所处的时空是四维时空，而由于我们观测的限制，我们只能感知三维空间和线性的时间维度。而五维时空则是四维空间加上非线性的时间维度，在影片中，诺兰将时间维度物理化，这样Cooper在五维时空中可以向翻书一样查看各个四维时空中的历史事件，理论上讲，Cooper所处的就是上帝视角，能知晓这个五维时空中所有信息的过去、现在和未来。可以猜测的是这个虫洞和五维时空并非自然形成，而是未来人类为了拯救过去人类而专门为Cooper和Murph建造的。Murph在五维时空中以引力波的形式向Murph所在的时空产生影响，从而造成了Murph所处时空的引力异常（gravity anormalty）。Murph之所以感觉有鬼魂在她房间是因为感应到了引力异常带来的结果（书架上的书及物品掉落, 带有坐标信息的细砂排列等）。当时Cooper以为这只是偶然事件，而Murph从小就感觉到这个&鬼魂&非常特别。在影片的最后，Murph终于明白这是父亲通过时空隧道向她传递信息。
　　问题8： Cooper向Murph传递的信息是什么？为什么拯救了人类的未来？
　　从影片中我们可以知道Brand教授一开始就知道完成他的理论是不现实的，因为这个理论需要知道黑洞中的重要数据，而在Brand教授看来，采集到这样的数据几乎是不现实的，所以虽然设计了计划A（完成理论，拯救人类）和计划B（携带人类DNA到另一个行星来重新繁衍人类文明），但其实最后Brand坦言自己其实是想实现计划B。影片中虽然没有明确指出Brand和Murph研究的理论到底是什么，但我们可以大致猜测到应该是爱因斯坦晚年想解决的的统一场理论。统一场理论试图通过联系电磁力、强力、弱力和引力来解释宇宙本质，而这其中最难以解决的就是引力问题。Cooper在五维时空中将机器人收集到的重要数据传递给Murph，让Murph得以完成统一场理论来解决反重力飞行，这样便可以建立巨大的空间站将全部人类送入太空，并通过虫洞到达新世界。
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