诺兰的新作「星际穿越」基于美国理论物理学家基普·索恩的理论成果，而他的理论成果基本都在他的著作「黑洞与时间弯曲」一书中，本文的科学知识基本都是我在这本著作中看到总结的。
该片剧情将涉很多的科学概念，包括虫洞、黑洞理论、相对论，万有引力等等。


一、黑洞

基帕·索恩在「黑洞与时间弯曲」这本著作的开篇讲了一个一支太空探险队在太空中探索黑洞的经历，故事挺无趣的，基本上就是形象地说了现代科学家对黑洞的研究成果：

1.什么是黑洞

黑洞是空间中有着强大引力的超高密度的天体，假如太阳质量不变，大小却变成乒乓球那样，这就是太阳坍缩成了黑洞。
黑洞的特点就是有进无出，即：
①任何东西都可以掉进黑洞，黑洞外围有一层“事件视界”，任何东西只要过了这个“视界”，都要掉进黑洞。
②任何东西都不可能从黑洞里逃出来，包括光。
另外，因为没有光从黑洞逃出，故无法直接观测黑洞，但是从物体被黑洞吸入之前放出的紫外线、X射线等边缘信息可以获取黑洞的存在。

2.黑洞潮汐力

一只很大的飞船飞向一个天体，飞船头部距离天体比较近，受到的引力比较大，而尾部距离天体比较远，受到的引力比较小，头部和尾部的引力大小的差距，就会在飞船中间产生撕扯的拉力，这个拉力就是潮汐力。
如果天体是黑洞，质量非常大，飞船距离黑洞距离越小时，造成的引力差就会越大，这就是黑洞潮汐力。这个力甚至可以把飞船撕成碎片。飞船里的宇航员也同样会受到潮汐力的作用，
对于一般我们接触的物体，即使我们到达它的表面所产生的潮汐力也没有多大，但是，如果是黑洞这种超大质量超大密度的天体，则有可能产生很大的潮汐力将物体撕碎。
这个感觉很有可出现在电影剧情中。（其实第一个星球上的巨浪就是由黑洞巨大的潮汐力造成的。）


二、虫洞

下面就说说「黑洞与时间弯曲」的第十四章虫洞和时间机器这一章的内容：
首先，基帕·索恩说了一件他的趣事：
1985年，基帕·索恩接到多年老朋友卡尔·萨根的求助。卡尔写了一本科幻小说，希望把小说里的科学理论写的准确一点，想让基帕·索恩指点一下。基帕发现书中的女主角居然掉进黑洞然后时空穿越了，这是不可能发生的。于是基帕写信建议卡尔要依靠虫洞做星际旅行。卡尔欣然接受建议，那小说叫「Contact」。后来被拍成电影叫「超时空接触」，也是马修主演，评价很好。
然后基帕·索恩开始讲虫洞：

1.虫洞在哪里

关于虫洞有三种说法：
一是虫洞是宇宙中相距遥远的两点间的一条捷径，就是一个苹果，虫子沿着苹果表面走远了，可是如果虫子挖洞从苹果里面走就近多了，顾明思议，虫子为了抄近路而在苹果里挖的洞。
二是虫洞是连接黑洞和白洞或黑洞与黑洞的管道，故在黑洞里能找到虫洞。（白洞：黑洞死亡会变成一个白洞，喷射出之前黑洞吸入的物质）
三是虫洞是时空隧道，能进行时空旅行。
没人见过虫洞，有人说我们周围到处都是虫洞，又有人说黑洞里有虫洞，基帕·索恩在书里又说我们可以自己构建虫洞。

2.负能量物质

虫洞在某个时刻产生，短暂地打开，然后关闭、消失。从产生到消失，时间极短，短到没有事物能在这么短的时间内从一个洞口穿到它另一个洞口。所以我们能利用虫洞进行时空旅行前提是有办法使虫洞一直开着，不让它消失。
基帕·索恩觉得有某种奇异物能贯穿虫洞，使虫洞一直开着。这种奇异物和人类所见的任何物质都大不一样，它具有负能量。
要实现负能量其实并不难，参照系不同便可实现。在飞船以接近光速的速度接近虫洞时，虫洞周围的能量自然就成了负的。
故要进入虫洞，飞船的速度必须接近光速。

3.时间机器

假定我们能找到虫洞并且有某种负能量可以让它一直开着，那么虫洞就可以是一个时间机器。
飞船要进入虫洞，其速度要接近光速。
根据爱因斯坦的相对论原理，如果你在太空中的速度足够快，可以做到在太空中呆了几十天，地球上却已经过了几十年，做到古人所说的天上一天地上一年，即如果你2014年坐飞船接近光束进行时空旅行一个月后，回到地球，这时发现地球已经是2044年，这就实现了穿越到未来。
故我们可以猜想剧情，等主角们穿越到其他星际空间完成任务后，回到地球，他们的儿女都和主角们一样大年龄了。
目前的科学理论表明，回到过去是不能实现的。

4.母子怪圈

虽然回到过去没有科学依据支持，但科幻片毕竟是科幻的，所以出现回到过去的剧情也是有可能的。
这时就有一个每部有关穿越时空的科幻片都面临的问题：
假如我有时间机器（虫洞或者别的），我就能够回到过去母亲怀我之前把她杀死。此时，母亲死了，我就不会出世，那又怎么会有我穿越时空来杀母亲呢？这时就有这样一个矛盾出现了。

对于这个矛盾，有两种处理方法：
①因果循环观点：历史不可改变，我虽然想杀母亲，但会有外界因素使我不能成功。或者说，过去某时某人死了，我回到过去想救某人，会有其他因素阻止我救人，甚至我的出现就是那个人死的原因。
②平行宇宙观点：时空不是唯一存在的，而是有无数个时空平行的存在，它们彼此之间一般情况是无法产生联系的。这种观点普遍被人接受。那么我只是穿越到另一个平行宇宙，杀死了那一个时空的母亲，并不影响我穿越前那个宇宙的母亲。也就是说我只是穿越到别的时空去了一趟而已，而不是回到过去或未来，更无所谓改变历史。

星际穿越如果出现这种情况，诺兰会不会有什么不同于以上两种说法的新颖处理方法没有呢？


三、多维空间（这一点是观影后补的-2014.11.16）

上面的问题的答案是肯定的，新颖的处理方法就是运用五维空间。下面说说我所理解的多维空间。
一维空间是线，由点组成。
二维空间是面，由线组成。
三维空间是体，由面组成。人就是三维生物。
四维空间是时空，由体组成。即物体花费时间移动形成时空。如一个人由小孩变成大人，这是一个四维事件。
五维空间由时空组成，如小明长大成了厨师是一个时空，小明长大成了老师是一个时空，小明长大成了警察是一个时空等等，而且不但有小明还有小红、小白、小黑小黄等等等，把这些时空当成物体放在一个空间里成了五维空间。
六维空间是由五维空间组成的，七维空间是由六维空间组成的，八维空间是七维空间组成的，以此类推。

讲解视频： http://www.56.com/u71/v_NjU2MjIyNzY.html



尾言

不知道这些内容并不影响观影，但知道这些知识肯定是对观影有所帮助的。
目前我们对黑洞和虫洞的了解很多都停留在猜想上，这也让电影有很大的发挥空间。我觉得电影里的科学理论不应该是观影障碍，你不是科学家，你只要去相信去遵循作者的设定就好，重点本来就是在人性和情感上。

观影之前最好先看一下以下五部极可能对诺兰的「星际穿越」有所影响的影片：
1.超时空接触：这部片与星际穿越有很大渊源
2.黑洞频率：儿子在无意中通过一台老式的无线电与三十年前的父亲联系上了
3.十二猴子：未来不可改变，挣脱不了的
4.星球大战：这部片激励了很多名导，包括诺兰
5.2001太空漫游：从预告中就可以看出星际穿越有很多致敬老库的地方