全文目录请戳这里。
　　下篇评论篇请戳这里。

另，本篇第一部分是剧情，不是剧透，是全曝光。。。不喜请绕行。。。
　　第二部分是科普，是本片一部分相关科学术语的简单科普。

另，科普的话，推荐索恩大神自己的《黑洞与时间弯曲》，以及理论物理出生的网络大牛卢昌海写的《从奇点到虫洞》。

一，剧情【这不是剧透，这是曝光。。。】

让我们先来梳理一下这部电影的剧情。

地球上发生了一种“枯萎病”，这种枯萎病比过去的强大太多，以至于所有植物都难以幸免。（枯萎病，blight，这是现实世界中真实存在的一种植物疾病，由真菌引起，有兴趣的朋友可以戳这里。电影中对这种植物疾病做了夸张的增强，使得它可以感染所有植物且无药可救。）
　　小麦，番茄，秋葵，全部一一死去，最后只留下玉米。
　　而，植物的消失会带来两个问题，一个就是极大的水土流失，另一个就是地球上的氧气会减少。
　　在影片中，植物消失带来的水土流失造成了巨大的沙尘暴，漫天遍野，人们的日常起居受到了极大的影响，其中最严重的就是尘肺，很多人都死于这种疾病。
　　而氧气的减少则更加严重，不用多久，当地球上的植物全部死去后，动物也将跟着一起死去。
　　全世界的人都在为植物尤其是农作物的消失而伤脑筋，这就带来了一个必然的问题——人的资源是有限的，不可能见过有限的资源投入到所有方面，而只能集中在一些最关键的领域。
　　为此，航天相关的产业被认为是对当下的地球灾难无益的、只会烧钱的部门，而被废弃。
　　全球个体的航天局都关门大吉，甚至于，所有和航天相关的历史都被改写，为了从思想上控制下一代人，不要将有限的精力用到“无意义”的事上去。
　　在这场全球范围的植物大灭绝蔓延的同时，人们也发现了另一种一场，那就是局部性的引力场异常——男主角在片头就因为这种突发的引力场异常而发生了一场从对流层返航的航天事故。
　　最大的异常，就是在故事发生的48年前，有一伙高科技文明在土星上安放了一个虫洞，虽然当时地球上的人们没有发现这点。
　　而在故事发生的十年前，暗中活动的宇航局已经派出了12组探险家，通过虫洞去探索另一边的世界，去探索那里是否有适合人类生存的行星——其中最著名的就是伟大的科学家与探险家曼恩，以及女主布兰德的情人爱德蒙斯。
　　这伙人来到虫洞这边的星系后，会探索分开去探索这个星系的行星，如果适合人类居住，就发回确认信号，否则就保持静默，即等死。
　　而即便是可以主人的星球，那里的探险队其实也只带了两年的粮食，此后就会进入休眠，等着人来救他们。
　　就在这个大背景下，男主家发生了一系列异常事件——女儿的房间里出现了“幽灵”，总是将书架上的书弄掉。
　　为此，热爱科学的女儿开始研究这种现象，并最终让他父亲开始重视这一现象，从而破解了尘埃密码，得到了一组坐标（我说，大家看这一段的时候没想到凯奇的那部烂片么？）。
　　跟着坐标，来到一处军事禁止区，并意外地发现这里原来是暗中重组的宇航局NASA。
　　而过去的同事布兰德教授则告诉了库珀事情到底有多糟——这一段大概是国内《三体》小说迷最喜欢的部分了，因为这就和《三体3》中的那个局面一样，到底是发出安全信号，还是开发曲速引擎？
　　人类为了解决枯萎病的难题，将宇航事业停摆，而现在却发现，枯萎病根本无法解决，只能选择离开地球，而离开地球所需要的科技储备恰恰就是被废弃的宇航事业。
　　没有人来继续的宇航事业成了一纸空谈，所有人都只知道理论而从来真正地离开过地球，于是男主库珀成了那注定要乘风破浪离开地球的奥德修斯。
　　布兰德教授告诉库珀，有三颗星球上发回了信号，而且从数据来看都挺适合人类居住，所以打算派最有航天经验的库珀带队去查看，如果行的话，就要么执行A计划：建造大型空间站，把地球上的人都带过去；要么执行B计划：使用冷冻胚胎在外星球上重建人类文明。
　　但A计划有一个问题，那就是大型殖民空间站要从地球上发射出去是不可能的，而要在太空造就更不可能了，但那些丢给人类虫洞的人以及地球上的引力异常启发了教授，可以使用引力为动力，从而通过改变地球引力来“轻易”地实现将殖民空间站送上天的目标，于是他打算努力完成广义相对论与量子理论的融合，通过发现量子引力理论来找到修改并利用引力的方式。
　　教授与男主相互发誓——你带人过去，我搞定引力。
　　离开的时候，女儿完全不舍闹别扭，库珀为了全人类，也为了女儿的未来，而依然踏上征途。
　　至此，第一部分结束。

第二部分可以看成一段奥德修斯式的冒险。
　　火箭送男主女主和两位酱油以及狂拽酷炫屌炸天的机器人塔斯（话说他在审讯误闯基地的库珀时的样子我更喜欢一点，我果然是非正常人类。。。）搭乘的漫游者号（Ranger，电影里贾翻称它为徘徊者，这是在开玩笑么？这分明是在纪念NASA的漫游者计划，怎么就成徘徊者这么Low的名字了？）飞船进入太空，并与坚毅号Endurance（电影中贾翻给取名为永恒号，我再一次无法理解这个思路。。。话说当年《国家宝藏》里倒是给翻译为坚毅号的）对接，开始踏上征途。
　　这里贾翻再次让我有点没明白——他们刚对接的时候，为了产生人造引力环境而让坚毅号旋转，这个时候两位酱油想要吐，于是女主布兰德去拿“晕海宁”。可后来库珀他们要准备一起休眠，布兰德说去拿药片，说的是pill，但是贾翻有给翻成了“晕海宁”，可人家那是要休眠啊，长达两年休眠啊，要的是休眠吃的药片啊，你还将pill翻译成“晕海宁”这种抗晕船药是不是扯淡了点？
　　第一段旅程，是从地球到土星那的虫洞，途径火星并借力于它的引力弹射，历时两年。
　　现实世界中的这段旅程是四年多，这里说两年，问题也不大，毕竟是未来嘛，科技进步（不是被废弃NASA么？），所以两年可以理解。至于什么是引力弹射，这个在后文解释吧。
　　休眠前，布兰德问库珀为何不告诉他女儿地球快要结束了，库珀说——
　　当你做了父母，就会明白一件事。那就是你想确保你的孩子们有安全感。你怎么可能走过去对他们说，你们现在不安全，有人需要去拯救你们。
　　这是这部电影的核心，而且，也是老Boss布兰德教授的核心思想。
　　两年的长眠，醒来后就到了土星光环边，然后就看到了虫洞。关于虫洞的科普，下文会说。
　　一段在《机器猫超长篇之大雄的宇宙开拓史》中就出现过的对什么是虫洞的解释后（当然，漫画和电影对此的解释还是有差异的，下文会说明），布兰德感觉在虫洞中和那些告诉库珀坐标、在地球上制造引力一场并在土星这里送给人类一个虫洞的高维文明有了一次“第一次接触”般的握手。
　　第二段结束。

通往希望的虫洞，让我立刻想到高达00剧场版，以及玄幻鼻祖时代的小说《星战英雄》

这边的星系，核心是超大型黑洞卡冈图雅，以及一颗中子星（不过这颗中子星的戏份真少，仅在四人讨论怎么前往水星的时候作为将飞船减速的方法出现过一次，然后就没有然后了），以及几颗围绕黑洞运行的行星。
　　最近的是米勒去的水星，几乎贴着黑洞的视界（这里没听清楚，我感觉不可能直接贴着视界，因为画面中它都在吸积盘的外缘了），略远一点的曼恩所在的冰星，以及再远一点爱德蒙斯去的行星。

图中这个应该就是米勒的水星了

　　所有行星都被卡冈图雅的吸积盘所照亮，所以这货是一个不是恒星的恒星（中子星在这里再次成为纯路人，哎……不过反正它也不亮）。
　　我们能看到的最亮丽的东西，就是那酷炫的卡冈图雅了，它被描绘成了上下两个圈扣在一起的样子。对于这个造型的由来，我们下文说明。

壮丽的卡冈图雅黑洞及其吸积盘

　　几个小时的旅程，却一别23年，这不禁让人想到了奥德修斯和卡吕普索的故事（不是杰克船长里的那个卡吕普索）（其实一小时等于7年这个就够卡吕普索的）。
　　接着发现时间太久冒险太刺激，燃料不够了，只能去曼恩或者爱德蒙斯之一，库珀决定去找曼恩——结果被曼恩摆了一道，他为了求生而发回了伪造的数据和信号。
　　曼恩为了抢走飞船而攻击库珀，差点将库珀弄死——这里在云都冰冻住的星球上库珀面罩破了暴露在冰冷的空气中居然没被冻死这个太不合理了）。而黑酱油调查曼恩的机器人吉普（KIPP，看来是致敬本片科学顾问理论物理学名家吉普·索恩KIP）的数据时被曼恩炸死。
　　曼恩强行接驳坚毅号，结果导致自己的登陆艇（我一直认为他开的就是漫游者号飞船，但漫游者号飞船应该只有两艘，而此后两艘都在，所以这艘到底是什么呀是什么？）空气喷涌而内爆，坚毅号受损而自转坠落。
　　库珀一顿炫技用漫游者号接驳坚毅号后开走（这里为什么不直接通过信号连接上坚毅号从内部控制它？不合理啊。。。），结果发现虽然避免了坠毁冰星，但却进入了大黑洞卡冈图雅的坠落轨道。
　　第三部分结束。

第四部分，神棍开始。
　　为了完成任务，也为了救布兰德，库珀企图利用卡冈图雅的引力弹射效应让燃料严重不足的坚毅号飞去爱德蒙斯的星球。为此，它们进入吸积盘，贴近黑洞内层，然后塔斯和库珀先后脱离，以完成引力弹射（其实，这也是转动黑洞的标准彭罗斯过程，提取黑洞能量的经典动力学过程，这个下文再说）。
　　布兰德一个人前往爱德蒙斯，而塔斯和布兰德则跌入了黑洞——这里布兰德最后和库珀的通讯其实槽点满满，不过相对后面的已经好很多了。
　　进入黑洞视界的布兰德（这里量子力学所预言的黑洞火墙效应被彻底无视了）在经历了一连串离奇景象，包括宇宙在他身后闭合以及各种奇点导致的怪象后，跌入了那些留给人类虫洞的五维文明留下的超立方体中，从而幸免遇难。

在黑洞内向后看看到的宇宙

　　进入超立方体后的库珀，经过一段暴走（从而结束了第一阶段中的那些STAY等信息的来源与含义），终于知道那些五维人的目的，不是让他改变过去，而是让他告诉地球上的人塔斯收集到的关于黑洞内的奇点的信息，从而让人类最终完成量子引力。
　　这段太神棍了，啥都不说了。
　　完成使命，让女儿知道其实小时后的幽灵就是他之后的库珀（这里有一个细节，是首尾呼应的——开头女儿问做噩梦的库珀“你是不是那个幽灵？”而这里库珀则终于回答了“我就是你的幽灵”。你要不说导演是诺兰我还会以为导演是沃卓斯基兄弟啊不姐弟）。
　　这一段颇有奥德赛中奥德修斯在冥界边缘遇到先知泰瑞西阿斯的意思。
　　库珀也终于明白了，全面最大的秘密，那些神秘的给人类虫洞的人到底是谁——他们就是未来已经掌握了完整的时空科技的地球人类文明的后裔。
　　未来的人类在库珀完成任务后，拆掉了卡冈图雅内的超立方体，将库珀通过虫洞送回了土星边缘——而这里库珀和来时的布兰德相遇，握了手。
　　可是啊可是，这段超立方体和物质化时间就算了，爱超越时空的拜月教教主式的思想也就忍了，这里最大的问题是——进入黑洞内部在库珀看来是分分钟的事情（这个早年我计算过，从内秉时间来看掉入史瓦西黑洞和牛顿引力是相同的结果，掉入克尔-纽曼黑洞比如卡冈图雅也差不多），但在布兰德和地球上看来，在无穷远的未来他也还在视界上漂浮呀。。。所以这货要离开黑洞就得穿越时间回到过去否则他离开黑洞就是在无穷远的未来啊（虽然他传递信息本就是回到过去），所以未来人你为什么不送得再回去一点呢？送到他女儿还没老死的时候嘛。
　　这点索恩在自己的书《黑洞与时间弯曲》的第一章的那个故事中也提到过，所以显然索恩对此很了解（废话，人家是大师级专业的），但诺兰为了“艺术需要”就把这事给忽略了。
　　然后的故事就是迪斯尼式的合家团圆。
　　女儿利用库珀传递的数据解出了完整的量子引力方程，并最终指导人类造出了引力推进器，从而成功离开地球，进入星际殖民时代——而库珀被救后所在的殖民空间站，就是为了纪念他女儿而命名的。
　　这里的槽点，就是圆筒形空间站里的科里奥利力现象完全被无视了。。。那样的环境下的棒球会是迥然不同的，因为沿着圆筒转动的方向和反方向，将有截然不同的运动现象发生（如果圆通转速够快的话，而以电影中所看到的那个大小，这个转速恐怕小不了）。而，就在《三体3》刚出的时候我就提到过，这样的圆筒空间站里的天气情况会是一件很有意思的事情。
　　女儿和库珀和解，并让库珀去找布兰德。
　　这里我就又想不通了——空间站里别的人呢？为什么不一起去找布兰德，而是库珀一个人前去找布兰德？这个不合理啊。。。
　　OK，全片完。

这里，让我们再整理一下这个简单的故事——

枯萎病发生于不知道多少年前，蔓延全球，无药可救。
　　48年前出现虫洞。
　　库珀返航遭遇引力异常而发生事故。
　　全球对抗枯萎病，没有多余的资源给“无用”的部门，于是NASA等全球各地宇航部门关门，全球教材修改。
　　NASA暗中复活。
　　十多年前NASA发现虫洞。
　　布兰德教授解开量子引力方程，但发现缺少关于奇点的数据，方程无法指引人们造出时空引擎。
　　十年前派出12支探险队，为了B计划。
　　库珀的女儿房间里出现幽灵，获得NASA秘密基地坐标。
　　布兰德教授说有A计划，让库珀带着女儿等人一同前往卡冈图雅星系。
　　两年后，库珀等人到达土星虫洞，进入卡冈图雅星系，穿越虫洞的时候遇到74年后回来的库珀。
　　坚毅号发现信号只能接受无法发送，爱德蒙斯停止发送数据，距离米勒最近。
　　登录米勒，发现米勒已经坠毁，遭遇大浪，延误了几个小时，出来后就到了23年后。
　　23年内，儿子结婚丧女，女儿师从布兰德继续攻克早就被解开却被故意隐瞒的方程。
　　登录曼恩，曼恩攻击库珀抢走登陆艇，强行接驳坚毅号失败导致坚毅号受损失控。
　　库珀重新接回坚毅号，却发现要坠入卡冈图雅。
　　库珀利用塔斯和自己所驾驶的漫游者号帮助坚毅号通过引力弹射离开卡冈图雅前往爱德蒙斯——这个几分钟的过程用掉五十一年。
　　遥远的未来，库珀进入黑洞后被幽灵的超立方体接走，回到过去和女儿交流，并告知过去的自己NASA的坐标。
　　库珀在超立方体内回到离开地球的25年（2年到达土星和水星上的23年）后的现在的时间，通过莫尔斯密码告诉女儿黑洞内的数据。
　　库珀的女儿解开完整的量子引力方程。
　　库珀的女儿指导人类建成基于时空引擎的太空殖民空间站。
　　人类成功移民太空。
　　差不多的时候，布兰德登录爱德蒙斯。
　　库珀被幽灵送回离开地球的76年后（2年去土星，23年在水星，51年在黑洞边缘）的太阳系，被送回过去期间遇到74年前的坚毅号。
　　库珀被发现。
　　库珀和女儿团圆。
　　库珀去找布兰德。
　　遥远的未来，人类掌握了完整的时空科技，成为五维生命。
　　某天突发奇想，回到过去，留了个虫洞在土星，连接到卡冈图雅星系，并在卡冈图雅黑洞内放了个超立方体。
　　某天，未来的五维人类发现库珀进入超立方体，并完成了任务，便将超立方体毁去，将库珀送回特定年代的太阳系。
　　故事完。

二，科普一下

电影里有很多概念是普通人不怎么接触到，或者说不熟悉的，所以这里简单科普一下。

可以先看这两篇，算是一些相关内容的科普介绍了：《那些宇宙里的奇葩们》和《银河系穿越指南的前言》。
　　黑洞有几个特点，这里要再科普一下。
　　首先，就是引力的时间膨胀效应，也就是所谓的“引力红移”。

所谓引力的时间膨胀效应，就是说在引力越大的地方，时间的流速就越慢。
　　这个可以看我在看电影前写的科幻小说《时间足够》。
　　在科普的立场，我们就不说公式了，而用一个比较容易理解的辅助概念来说明——等效原理。
　　等效原理是连接狭义相对论与广义相对论的桥梁，它的意思就是说：物体在不受引力时做变速运动时收到的加速度效应，和物体在引力场中静止时受到的引力效应，是等效的。
　　所以，一个引力场，可以等效地看作是一个以一定速度做圆周运动的东西所受到的加速度效应（只不过一个朝里，一个朝外）。
　　然后，我们知道，狭义相对论有一个时间膨胀效应，说的是物体的运动速度越快，它的时间就过得越慢——以0.99999倍光速运动的话，你的1秒在我看来就是3分44秒。
　　现在，等效原理告诉我们引力场等效于圆周运动，而速度有时间膨胀效应，所以引力也有时间膨胀效应那个。
　　强调说明：这是为了科普而便于大家理解，不是说物理上就是这个样子了。
　　黑洞的时间膨胀效应非常强，这就是物理上所谓的“引力红移”。
　　我们可以看到电影里卡冈图雅的吸积盘的颜色基本是红黄色，这个就可以看作是引力红移的杰作。
　　不过，这里有一个槽点，那就是黑洞的引力红移是随着质量的增加而增加的，按照电影的设定，卡冈图雅的质量是非常非常巨大的，它的视界半径就几乎到了太阳系中地球的位置，而它的吸积盘则从火星轨道内一直延伸到了小行星带外。
　　这么大的黑洞的引力红移效应当然是非常巨大的，但这也就表示——距离很远的地方引力红移然强大，所以，后面曼恩的星球上既然这么容易坚毅号就进入坠落卡冈图雅的轨道而不能变向，这就是说它距离卡冈图雅也不是那么远，从而就算没有一个小时七年，一个小时一年恐怕总还是有的吧。。。但这个直接就被导演无视掉了。这还不说即便坚毅号离开很远，但是漫游者号从很远进出水星，就算水星上只待一个小时，这中间一段太空旅途恐怕不是一个小时能完成的——你从地球到土星都两年啊亲，人家一个吸积盘就快到木星了啊喂。

然后，是黑洞的引力。
　　黑洞的引力极强，也就是所谓的“连光都无法逃脱”。
　　不过，当你围绕黑洞做轨道运行的时候，引力可以认为被轨道运动的离心力给抵消了，所以再强的引力，当你在稳定轨道上做轨道运动的时候都不会感受到。
　　但，这是对点粒子来说的。
　　对具有实际大小的物体来说，引力的另一个伴随效应还是会感觉到的，那就是潮汐力。
　　潮汐力可以看作是引力的梯度，说人话就是引力在一个具体大小的物体的不同位置上的大小与方向差异，所导致的这个物体在朝着引力源的方向上被拉伸，而在垂直于引力源的方向上被压缩，这么一种效应。
　　潮汐力沿海的人肯定会感受到，那就是每天的涨潮落潮，这都是由于太阳和月亮的潮汐力所引起的——而两者重合与相互抵消的时候分别就是大潮和小潮。
　　俄罗斯由此就传闻为了自己的军港不被潮汐影响而打算炸掉月亮，真是囧。。。
　　主星对卫星的潮汐效应，在卡冈图雅上会是很严重的，但是，这并不是卡刚图样的行星，米勒所在的水星上的巨浪的来源。
　　按照电影中米勒所在的位置，它应该已经被卡冈图雅潮汐锁定了。
　　所谓潮汐锁定，就是在巨大的潮汐力作用下，卫星的自转和公转同步，以至于始终只有一个固定的面是朝向主星的。
　　月球就被地球潮汐锁定了，太阳系里的水星也被太阳潮汐锁定了。很多类木行星的卫星也被自己的主星潮汐锁定了。
　　一旦被潮汐锁定，那么这颗星球的天球上主星的位置就是固定不变的，从而潮汐也就是固定不变的，整颗水星上的水的位置就不会发生大规模的变动，至少不会有这种巨浪。
　　一个合理的理由——除了说其实没有潮汐锁定或者这种狼相对于卡冈图雅的潮汐来说是小浪这样的理由——就是卫星的天平动，其中这里最主要的应该就是经天平动。
　　天平动有两种，经天平动与纬天平动。
　　如果卫星的运动轨道是完美的圆圈，而且自转轴和公转轴平行，那么是不会发生天平动的。而如果卫星的轨道不是圆形而是有一定的偏心率，即做的是椭圆运动，那么潮汐锁定就不可能每时每刻都将卫星的自转固定，此时就会有经天平动——从主星上看，就是卫星在做左右扭动。月球的经天平动使得我们实际上能看到59%的月球表面，而如果没有经天平动，我们应该只能看到50%。
　　如果卫星的自转轴和公转轴不平行，那么就会有纬天平动，从主星上看就是仿佛卫星在上下点头。月球当然也有纬天平动了，不过比较小。
　　在超大质量黑洞周围，黑洞的自转还会带来不同的潮汐力扰动，这个就不是经典牛顿天体物理的天平动能描述的了，会有更多。
　　就卡冈图雅和水星的相对位置以及水星相对吸积盘的位置来看，水星的运动基本不可能是圆周运动，而且自转和公转肯定也不会是平行的，于是在这颗充满水的星球上就会同时存在经天平动和纬天平动。
　　然后，你想想，一个装满水的杯子你不断上下左右摇晃，不就会产生浪涛了么？如果经天平动与纬天平动的周期与这个星球上海水的绕行周期（这个和星球自身的引力以及地质因素有关）相近，那么这颗星球上的海洋就会处于一种共振的状态，因此出现滔天巨浪就是理所应当的了。

黑洞的引力效应还有一个特别显著的视觉现象，那就是“引力透镜”。
　　这个就是说，黑洞外部的引力是如此地强，以至于光线都被弯曲了。

引力透镜原理图

引力透镜示意图

从正面看来的黑洞引力透镜模拟图

卡冈图雅对吸积盘的引力透镜

　　为了这个效果，诺兰的双重否定团队在索恩的理论指导下用了上千台计算机耗时一年给模拟了出来。（话说几年前听闻有人为了模拟黑洞脉动而使用了13台PS3构成的计算网格，当时我的第一反应是赶快鼓励老板买PS3去，就说我研究需要。后来我就不研究膜宇宙研究Finsler几何了。。。没有了这个需求。。。）
　　让我们来看这张图。
　　横跨卡冈图雅的最大的横条，就是卡冈图雅吸积盘的前半面。而和这条横条相连的出现在卡冈图雅上半部分的景象，其实是吸积盘的后半部分在引力透镜作用下，被从后面“拉”到了上方。
　　然后，图片的下方的半圆其实还是卡冈图雅吸积盘的后半侧。
　　接着，有趣的地方来了。
　　我在09年写科幻小说的时候，自己用计算机简单的模拟了一下黑洞的引力透镜效应——效果当然不能和人家这个相比，但有一个地方是当时就顺道发现的，那就是引力透镜可以产生不止一个像，而是多个。
　　在这里，火红的吸积盘内侧还有一个光亮的圆环（上半部分特别粗特别亮，下半部分相对比较暗），大家认为这是什么？
　　答对了，还是吸积盘。
　　这两个明亮的半圆环，其实是卡冈图雅吸积盘前半侧在引力透镜下的像，也就是说，这里光线已经绕了黑洞一圈，回来了。
　　在这个光圈的更内侧，基本已经看不见的地方，我们还能再次看到吸积盘的后半侧。
　　不过，二级像一般已经很微弱了，因为以来是更靠近世界，所以引力红移更强，因此看上去就更暗（大部分都跑到红外区去了，肉眼看不到）。另一方面，二级像的成像区域很窄（引力对这部分光的散射截面非常小），所以影响是高度压缩扭曲的，挤成一团。
　　在我的小说里的阿卡拉双星凌，你就会发现在阿卡拉黑洞的作用下，你会看到左右各两颗总共四颗恒星，同时扭曲成弯月状，相对着张开嘴，然后较近的恒星与它的像一同将阿卡拉黑洞吞下，然后较远的恒星从较近的恒星里长大冒出来，并和它的像一起张开嘴吞下阿卡拉黑洞以及较近的那颗恒星。
　　当然，当年的电脑模拟比较粗糙（计算物理老师可以瞑目了），看上去很Q很像素（真的很像素……而且都是蓝色绿色和红色的点……），上面主要是我自己脑补的。。。

而，说到这张图，槽点还是有的。
　　索恩大神的计算当然不会有错，但最后的呈现却为了艺术的需求做了改变。
　　为什么这么说呢？因为，物体运动，特别是高速运动的时候，会有一种“多普勒效应”。
　　简单说，就是朝着你运动的物体的颜色会偏蓝，离开你方向运动的物体的颜色则会偏红。
　　这个我们在地铁站上经常听到——进站而不停的火车的声音尖锐，离开的时候则变低沉。（最早在火车站上闲着没事听汽笛的就是多普勒，所以叫多普勒效应。）
　　然后，转动黑洞有个狂拽酷炫的引力效应叫做“引力拖曳”，东西会被黑洞的引力拖着走而不能停留（当然，这不是黑洞专有，中子星也有这个能力）。
　　所以，卡冈图雅的吸积盘应该是会受到引力红移和多普勒效应双重影响的，所以实际上不可能这么漂亮。
　　如果镜头从上往下（就是从北极摇杆到赤道），那么看到的大致是这样：

红色表示红移，蓝色表示蓝移。左侧和右侧的黑洞大小不同，吸积盘一样大。

　　实际看上去大致就是这样（红移代表颜色偏红，从而最后进入红外，肉眼看不到，于是就是黑色）：

考虑上多普勒效应后的吸积盘

这是索恩指导下模拟出来的卡冈图雅黑洞及其吸积盘，可以看到红移和蓝移还是存在的

转动黑洞的吸积盘是它的一大特色。
　　它其实就是被黑洞吸引来的星际物质或者别的恒星的恒星物质（按照设定，这里应该有一枚中子星，所以卡冈图雅有了食物源）。这些物质在下落到黑洞的过程中，无一例外地被黑洞的引力拖曳效应拉着走，然后就被迫堆积在了轨道上，慢慢进入黑洞。
　　引力拖曳的一个效果，就是将物体拉向赤道面。于是，结果就是所有被吸引来的物质都在黑洞的赤道平面上的圆轨道上相互挤压，从而发热。所以吸积盘一般都很亮。
　　和吸积盘相关的另一个黑洞现象，电影里没表象出来，就是黑洞喷流。
　　喷流的确切起因还不是很清楚，至少没吸积盘那么清楚。普遍的说法是吸积盘中物质相互摩擦挤压而形成强大的磁场，将部分磁性物质带离吸积盘，在转轴方向上磁场呈喷射状，于是那些物质就仿佛进入轨道炮的子弹一样，被喷射了出去。
　　最新研究成果几年没Fo了，所以我也不知道。。。
　　喷流一般可以射很远，甚至好几十光年都有可能。
　　前面提到的我自己的小说里外星人无聊举办“无五级科技星际冲浪赛”，选手们就利用喷流在星系间漂流，很虐心。。。当然，后来这部小说烂尾了。。。只留下个阿卡拉星系至今还被我使用着…………
　　另，中子星的磁场也是极强的，它在宇宙中最著名的表现形式就是传说中的“脉冲星”，这里所说的脉冲就是说它的强磁场。

旋转黑洞还有一个有意思的地方，就是它的彭罗斯过程。
　　数学家彭罗斯研究发现，人们可以通过一条特定的抛物线轨道，将物体送入旋转黑洞的能层（静止界面与视界之间的区域，富含黑洞的旋转能量，体现在引力拖曳中），然后通过抛射物质让设备离开能层回到抛射站，并发现出来的物体的总动能高于进入时的动能（当然是静止释放了）。
　　这个过程就叫做彭罗斯过程，它的意义就在于：通过这条轨道和抛弃的物体，我们提取到了黑洞的转动能，从而将黑洞变成了一套发电机，同时还是垃圾场。。。
　　而这个过程，其实就是电影中最后布兰德的坚毅号离开卡冈图雅附近时所发生的——必须通过抛射一部分质量，才能完成彭罗斯过程。而这个质量，就是塔斯和库珀和他们所乘坐的两艘漫游者号飞船。
　　另，这一幕就没人想到《钢之炼金术师》里的“等价交换原则”么？不科学啊……

最后要说的，是关于黑洞视界面附近的“火墙”效应。
　　这是在考虑上量子理论后的产物，经典物理中没有。
　　量子理论中有一个很奇妙的效应，就是在一个加速运动的物体看来，量子效应并不总是在真空中的微弱起伏，而是有可能变成可观测的效应的。这就是加速运动的Unruh效应。
　　我们前面提到了等效原理，引力场就可以和加速运动关联起来，所以，引力场中就会有类似的Unruh效应，其具体表现就是在黑洞视界面上不会再是平静的一个表面，而是一片沸腾的粒子海。
　　这实际上也就是霍金辐射的一个起源。
　　对于库珀和塔斯来说，他们所面对的问题其实是这样的——还没等进入黑洞，就可能遭遇黑洞表面的火海，从而被烤焦。。。对这个问题，由于量子引力现在所知甚少，所以，大概只能去问老布兰德了。。。。
　　而所谓的“黑洞防火墙悖论”，其实就是这么一个相对论和量子力学的矛盾：
　　相对论认为，信息不可能从黑洞内离开，所以一对量子纠缠态的粒子，如果一个进入了黑洞，另一个没有，那么量子纠缠就必然会被打破，因为里面的粒子的状态按照相对论就不可能被外面的粒子知道——但这个想法却和量子理论信奉的幺正原则矛盾，那里量子过程的信息不会被破坏。
　　而这个过程正好就是霍金辐射的一个过程，所以就被称为火墙悖论，或者说是防火墙悖论，听着仿佛是有黑客要进入黑洞里头资料一样。

说完了黑洞说虫洞。

黑洞，我们可以定义为“存在一个俘获面的时空区域”，而这里所谓的俘获面就是在空间的至少一个方向上物体的运动变得单向。
　　这也是进入黑洞后的人没法活的一个原因——就算引力和潮汐力，或者量子火墙没把人怎么着，但人类内所有原子和分子的运动只能朝着一个方向，这就是说构成生物的化学力被颠覆了，从而生物体将不复存在。人的神经信号也只能走一个方向，你的大脑将根本无法思考。从化学层到生理层，人都会被毁灭死亡，虽然这样的死亡大概还会保持人形。。。
　　与黑洞不同，虫洞大约可以被定义为“时空拓扑发生改变的区域”。这种拓扑改变特指连通性（如果是发生亏格变化，估计会很有意思。。。）。
　　最早的黑洞，正如我在此前的科普中所写的，源自于对史瓦西黑洞的“再重组”。
　　要解释清楚这个问题，你首先要有一个概念，那就是虽然我们描述时空都用坐标，但坐标并不真实地描述时空，而只是一个侧面。
　　比如说，史瓦西坐标中，我们普遍认为r代表的是半径（中心为黑洞），但这个r其实只具有数学意义，物理上是否是半径那可不一定。
　　既然坐标不是固定的，而是时空的一个描述一个侧面，那可以玩的就很多了。
　　比如说，严谨的比如克鲁兹卡延拓，放浪一点的比如将小于史瓦西半径的部分认为其实不存在只是数学上的误导，然后凭借上另一个同样类型的时空——嘭！这就是爱因斯坦－罗森桥，你第一次遇到它大概就是在《雷神》里。
　　可，原则上说，只要是拓扑连通性发生改变，且满足广义相对论的，这么一种时空结构，都可以叫做虫洞，比如下面这个：

ds ^ 2 = -dt ^ 2 + r ^ 2 / (R ^ 2 + r ^ 2) dr ^ 2 + (R ^ 2 + r ^ 2) dOmega ^ 2

很容易验证，这样的度规是平直的——也就是说，非但是真空的（Ricci张量为0），而且也是一点曲率都没有的常直空间（Riemann张量也为0）。
　　可是，这样的空间中我可以让r取值从负无穷取到正无穷，代表了两个被挖掉一个半径为R的区域的平直空间，在这个半径R的圆上被连接在了一起。
　　这货很平直，而且，也符合广义相对论的爱因斯坦方程。
　　更有趣的是，我们如果画高维嵌入图，它可以被化成双曲面空间相连——虽然，这仅仅是画，因为如果是真的潜入的话，度规就不是这样了。。。
　　这种人为挖掉一个区域的“虫洞”是非常人为的，自然界普遍认为不可能出现这样的东西。
　　人们还是普遍相信只有黑洞能“自然地”创造出一个虫洞，这样的想法尤其在转动黑洞上保有。
　　虫洞所面临的最严重的问题，就是除了像上面这种纯粹为了构造而构造的虫洞外，别的更加“自然”的虫洞都需要负能量物质来维持其张开——这部分索恩和霍金都写过很多文章来论述。
　　虫洞除了可以连接分处两地的空间，也可以连接时间，这就是类时闭曲线，也就是时间机器。
　　不过，丘成桐的证明让我们相信，不管是什么类型的虫洞，都是不可能出现的。
　　为此我只能为电影默哀。

当然，电影中的虫洞比较特殊，因为它不是我们这个世界里的虫洞，这就牵扯到了一个更大的话题，也是我的专业——膜宇宙。

膜宇宙的起源是超弦理论。
　　超弦理论认为时空是10维的，这个已经家喻户晓了。
　　后来，Polchinski发现了弦论的一类解，可以稳定存在，且不是0维（点）的，开弦可以在上面以一定的条件固定着，这就是后来大名鼎鼎的D膜。
　　这货直接促成了Randull提出了一个跨时代的理论模型——膜宇宙。
　　膜宇宙中，整个宇宙的广延维度是5维的（电影里他们穿过虫洞的时候白酱油说过他们正穿过Bulk，这就是膜宇宙中对整个5维空间的称呼），而我们的宇宙只是这个空间中的一张无限大的4维膜。
　　顺带提及，霍金在研究爱因斯坦的广义相对论的时候曾经提出过这么一个想法，那就是如果时空是有限的，带边界的，那么爱因斯坦的相对论应该怎么办。这个边界上的物理后来由Hawkin-Gibson项描述，而这后来就成了膜宇宙理论的基础。
　　Randull的膜宇宙理论提出了两个模型，后来被很多的人发展，有了上百个不同的模型。
　　电影中所用的是DGP膜宇宙——在原始Randull膜宇宙的基础上，引入了膜上的爱因斯坦项，而不单单是Bulk中的爱因斯坦项。
　　这个东西就写在老布兰德和库珀女儿的那块黑板上。
　　附带一说，没记错的话，上次的LHC实验结果基本已经把膜宇宙和大尺度额外维都给否定了。

在膜宇宙中，选择特定的Bulk和Bulk中的物理，可以让虫洞不需要负能量物质就能保持畅通。
　　而，DGP膜宇宙的一个特点，就是两张膜上的物理虽然是一样的，但具体参数可以不同。
　　举例来说，我们这里100光年的距离，在隔壁的那张膜上可能只要100厘米。
　　所以，《星际穿越》中的虫洞实际上是这样的——我们通过一个虫洞到达隔壁的膜，然后在隔壁的膜上移动很小的一段距离，再通过另外一个虫洞回到我们自己的宇宙，噔噔噔，卡冈图雅出现在了眼前。
　　这个是索恩给电影的设定，但为什么这么设定我就不清楚了——直接在隔壁的膜上定居不就结了么。。。

嗯，影片中能想到的需要科普的东西，大概就是这些了。

全文目录请戳这里。
　　下篇评论篇请戳这里。

如果你觉得这篇东西写得还行，愿意打赏我一口咖啡，请戳打赏页～～
本文遵守创作共享CC BY-NC-SA 3.0协议**