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趣味解读：前沿科学审视下的《星际穿越》
近日，美国好莱坞科幻电影《星际穿越》正火热上映。这部影片讲述了地球环境恶化不再适合人类生存，需要到外太空去寻找适合人类居住的星球的故事。该电影是近年来少有的硬科幻作品，影片中不仅呈现了大量绚丽的画面，更有对航天前沿科学的合理运用。
什么都逃不掉的黑洞
《星际穿越》中的黑洞无疑是影片中的重要看点之一，导演为了力求完美，在物理学家索恩的指导下制作了截至目前科幻电影中最逼真的模拟黑洞，最终为观众呈现了壮观的黑洞吸积盘景象。不过，影片中的航天员通过黑洞进入五维空间的情节，对于人类来说还只是遥不可及的设想。
一般来讲，黑洞具有引力潮汐效应，在靠近黑洞时会对人体造成致命伤害。在索恩的建议下，影片中把黑洞的质量设定为太阳的一亿倍，但在现实生活中，人穿越黑洞仍然是不可能的事情。
其主要原因是，比太阳质量大一亿倍的黑洞，已经达到了星系核的级别。根据现有的物理学描述，黑洞外围存在巨大的吸积盘，这些吸积盘在旋转下落时，会进入黑洞视界，而在这个过程中吸积盘会放出以X射线为主的巨大能量。
理论推算认为，被吸入积盘的物质进入黑洞前，辐射转换效率可以达到氢核聚变反应的15倍。因此，在X射线的强辐射下航天员只会灰飞烟灭，根本无法安全穿越黑洞。
另外，《星际穿越》中的核心故事情节除了穿越黑洞进入五维空间外，还有时间流逝速度差别的情节。例如，航天员在一颗大浪星上待了1小时，这时地球上已过了7年时间，这段故事实际上是引力时间膨胀效应的体现。爱因斯坦最早提出的引力时间膨胀效应中就指出，引力场越强的地方，时间会变得越慢。
因此，影片中库伯等航天员登陆的大浪星由于距离黑洞较近，并且在强引力场的作用下，时间流速极慢是符合逻辑的。总之，要达到1小时相当于地球上7年的时间，行星需要距离黑洞很近才行。
可穿梭空间的虫洞存在吗？
虫洞不仅是物理学的前沿科学，对普通天文爱好者来说也是讨论的热点话题，其原因很简单，人类通过虫洞可以实现空间穿梭。《星际穿越》中，航天员在土星轨道附近发现了一个虫洞，通过它进入了遥远的未知空间。那么，虫洞到底是什么？
很多科幻小说中容易把虫洞和黑洞混为一谈，溯其源头，我们会发现事实并非如此。1985年，著名行星科学家、科普作家卡尔·萨根在创作科幻小说《接触》时，需要设定一种跨越遥远距离的联系方式，他最初想用黑洞作为概念，但咨询了他的朋友索恩后获知，黑洞无法作为星际旅行的工具，建议卡尔·萨根使用虫洞的概念。从此，虫洞概念就成为了科幻小说和科幻电影的新宠。
虫洞的概念并不难理解，如果我们要翻越一座高山，一个办法是沿着山路翻山越岭，另一个办法是在山脚下打通一条隧道缩短行程，而虫洞的作用就相当于隧道。根据广义相对论的解释，物质分布的不同会带来空间的弯曲，假设一处空间弯曲成类似山体的倒U型，飞船从倒U型一侧的底部到另一侧底部的正常飞行，需要经过倒U型的顶部，而如果一个虫洞存在于倒U型空间的中部，就会形成一条更短的空间路径。
科幻小说中就是通过虫洞空间中的短程连接，避开光速限制的问题，实现了遥远的星际旅行。
虽然虫洞只是一个理论概念，但不同于同样理论的黑洞，目前人类还没观测到任何关于虫洞的信息。
此外，索恩教授等人进行的研究还认为，虫洞维持需要大量负能量物质，而目前我们观测到的负能量物质都是微观的量子级别，宏观存在的虫洞需要很大的负能量物质才行，更别说虫洞区域空间高度弯曲的结构会带来撕裂物质的巨大潮汐力。假如要将潮汐力降低到人体可以承受的范围，虫洞直径的大小和所需要的负能量物质将是个天文数字。
另外，进入虫洞的任何物质或能量都将立即导致其洞口闭合。因此，可供人类穿越的虫洞在理论上是不存在的。
航天员可进行冷冻休眠？
《星际穿越》影片中为了度过漫长的太空旅程，航天员可以进入飞船超低温床冷冻休眠，而且可自行设定唤醒时间。这样的故事情节是科幻电影经常用的手法，但遗憾的是，这一科幻技术还不能变成现实。
理论上讲，将人体进行超低温冷冻，让细胞停止活动，可以无限制地延长人类的生命。但从目前的科学技术水平来看，人类还不能将人体在不受伤害的情况下进行超低温冷冻。虽然诸如精子之类的细胞可以直接使用超低温液氮进行快速冷冻和解冻，但对于体积稍大的人体器官，如果冷冻速度不均匀，仍然会造成巨大的伤害。目前，科学家正在试验的多种超低温冷冻方法，对于较大生物组织的效果仍然不佳，更不要说将一个人整体冷冻休眠了。
尽管如此，很多身患绝症的人仍然愿意相信并尝试超低温冷冻休眠技术。目前，美欧等一些国家已经有组织开始运作人体冷冻业务，计划将人体冷冻在超低温下，等到未来科技先进到能安全解冻并能治好病后再使其复活。不过，这也是无奈的尝试，事实上没有人知道这些被冷冻的人是否已经受到了伤害，如果现有的冷冻技术不可靠，未来即使超低温冷冻休眠技术成熟了，这些抢先吃螃蟹的人估计也无法醒来。
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解释《星际穿越》中你没看懂的地方
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摘要: 什么是虫洞？人类目前可以感知的是四维时空，三维空间加上一维时间。然而，多种证据表明:也许我们生活在一个更高维的宇宙中，只是人类目前科技探测不到。最主要的两个证据有：根据物理学家建立的各种宇宙模型，我们 ...
什么是虫洞？人类目前可以感知的是四维时空，三维空间加上一维时间。然而，多种证据表明:也许我们生活在一个更高维的宇宙中，只是人类目前科技探测不到。最主要的两个证据有：根据物理学家建立的各种宇宙模型，我们能探测到的物质和能量不超过预测的40%，那么多未知的东西我们称之为暗物质暗能量，他们很可能存在于高维空间。根据四大基本力的统一理论，引力和电磁力的强弱相差10的16次方倍。如此巨大的差异很可能在更高维空间来弥补。那么有人会问，如果真有高维空间，为什么我看不到？打一个比方，假如你是一只小蚂蚁，生活在二维空间，现有一张纸条如图，卷成一个闭合的环（AD，BC重合），那么蚂蚁永远只能在一个表面上爬行，此为二维空间。但如果翻转半圈再卷成闭合的环（AC，BD重合），蚂蚁会爬到纸条的正面和反面，就不只是二维空间了。就蚂蚁而言，他认识的世界始终是一个平坦的表面，但由于外界的空间被人为弯曲了，他却感知不到。以此类推，假设四维时空是一个“平坦”的大表面，人类就是小蚂蚁，光速是最大速度。以前从A到C要穿过整个纸条，而弯曲空间以后，AC重合了瞬间即可到达，那么我们的速度在四维空间下是可以大于光速的。因此，宇宙那么大，我们仍然有机会探测到它的尽头。虫洞的概念由此而生。在二维条件下（平面纸条），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。什么是穿越？再谈谈一个穿越的悖论。很多人有类似疑问，我穿越回过去，改变了过去，现在的世界就随之而改变，那么还能有现在的我吗？其实，在高维空间理论提出以后，这个担忧早已迎刃而解。因为一旦你有时光机回到过去，其实你是到了另一个平行宇宙，那里的世界是一模一样的，你所做的改变只是新的开始。就像打游戏存档后，每次从你读档开始，就是一条新的人生轨迹，而之前你呆过的世界再也回不去了。世上确实没有后悔药，想回到过去改变现状从物理学来说简直就是痴人说梦。问题1：虫洞真实存在吗？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2：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，宇航员所处的参考系具有一个离心力，这就等效于重力。在影片的末尾我们看到土星轨道的大型空间站站做成卷饼状也是同样的道理。如果角速度固定，离心力与物体到圆心的距离成正比（F = m w^2 r），越是靠近圆心，离心力就越小（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3：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。Cooper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： 为什么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同一场理论。同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。
刚表态过的朋友 ()
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《星际穿越》中的科学：虫洞像个迪斯科灯吗
《星际穿越》宣传海报
《星际穿越》宣传海报
　　新浪科技讯 北京时间11月7日消息，据国外媒体报道，克里斯托弗?诺兰的最新科幻大片《星际穿越》由于其中涉及黑洞以及行星探索方面的内容所具有的科学专业性而受到赞誉。
　　这部电影的情节讲述的是一个濒临毁灭的地球。绝望中的人类派出他们最后一批宇航员，试图通过穿越时空中的隧道(虫洞)，找到一个适合生命生存的新的家园。
　　这部影片的导演克里斯托弗?诺兰可谓大名鼎鼎，他是经典大片《蝙蝠侠：黑暗骑士崛起》，以及《盗梦空间》的导演。但更加令人瞩目的是，这部影片甚至还邀请到了加州理工理论物理学家基普?索恩(Kip Thorne)作为影片的执行制作人和科学顾问。他曾经为著名美国天文学家卡尔?萨根的《超时空接触》一书首次提出了“虫洞”的概念。
　　索恩还专门为这部影片撰写了一部配套的书，叫做《星际穿越中的科学》，该书将跟随影片上映同步发售。甚至由于在本片制作过程中涉及的一些宇宙尺度特效的计算，索恩还准备基于这些计算发表几篇科学论文。
　　索恩在谈论影片的幕后制作时表示：“在此前的任何好莱坞影片中都还从未有如此真实展现虫洞以及黑洞的场景。这是首次基于爱因斯坦广义相对论原理进行场景的构建。”
　　然而美国弗吉尼亚州国家航天研究所的斯特恩?奥登瓦尔德(Sten Odenwald)认为索恩对于虫洞的观点可能与实际情况仍然存在距离。他表示：“我不认同他有关虫洞可能像是一个迪斯科灯的最新观点。”
　　但不管真实的虫洞看上去是否像是一个迪斯科灯，星际穿越这部影片的确提供了一个视角，让我们思考人类在太空中长期航行的问题，甚至是为我们第一次去思考这一问题提供了很好的理由。
　　就在上周，维珍银河公司的“太空船2号”坠毁造成一死一伤的惨剧。在这样的时刻思考这样的问题就显得愈发有一种不同的意义。我们是否值得用大量的金钱甚至是生命的投入，去换取让游客们能够去太空“到此一游”？在这场辩论中你将看到支持者与反对者之间激烈的争议。
　　西斯?肖斯塔克(Seth Shostak)是总部位于加州的“搜寻地外智慧生命”(SETI)研究所的高级科学家，他是商业航天的支持者之一。以下便是他在邮件中对这一问题的回答：
　　他写道：“历史的经验告诉我们，从长远来看，探索可能是我们所能做的一切中最能引起思想变化和社会变革的行为。如果没有哥伦布这样的探索者，我们中的大多数人可能都还是农奴。”
　　从太阳系开始
　　如果地球上的一切真的变得极其糟糕，我们是否的确像《星际穿越》中描述的那样需要一个虫洞？西斯?肖斯塔克对此的观点是否定的。他说：“对于地球上所发生的危机，正确的应对方式应当是向我们太阳系内的其他星球进发。当然火星是首选，但或许也可以是小行星。但主要的形式应该还是在太空运行的空间站。”
　　奥登瓦尔德同样持有相似的看法，但相比之下内容更丰富得多。他说：“考虑到我们极为有限的资金状况，我们应当做的是殖民我们的整个太阳系。我希望将整个太阳系变成一座新的纽约城。”
　　就在上个月，在《赫芬顿邮报》的一篇专栏中，奥登阿尔德指出了将人类送往其他星系路线图中的一些漏洞。他说：“即便是我们到了濒临灭绝的边缘，你真的认为全球70-100亿的人们都会愿意拿出所有的钱，然后耐心等待几十年，让少数几位幸运儿乘坐飞船离开地球去往一颗遥远的星球吗？――甚至在你都不能确定那颗星球是否是宜居的情况下。”
　　正是这样的逻辑漏洞，提醒我们《星际穿越》毕竟只是一部影片，而不是人类虫洞远征的号召片。影片制作方的主要目标当然还是拍摄一部科幻巨制，并且能够带来滚滚票房。而如果他们的作品还能像去年的《地心引力》那样引发观众的一些严肃思考，那当然就更好了。
　　理论上说，相比《地心引力》，《星际穿越》应当更能引起观众的思考，因为它涉及的是一个人类命运的终极问题，即人类的长久生存以及人类种族的向外扩张。另外观众在观影过程中还将直面一些科学现象――时间膨胀，黑洞，当然还有虫洞。
　　虫洞的真实性
　　那么究竟什么是虫洞？《星际穿越》的编剧一定很喜欢这个概念，因为它可以让人物从宇宙的一个角落直接出现在另一个角落而不用面对其飞行速度是否已经超越光速的质疑。你所要做的只是扭曲时空，并借助一个超维度通道――虫洞――将A点和B点联系在一起就可以了。
　　在本片的情节中还出现了位于虫洞另一端的超大质量，高速旋转的黑洞的形象。这里正是索恩的科学计算发挥作用的地方，影片制作人根据索恩的计算结果制作了相应的特效。索恩的计算揭示了在黑洞引力场附近光线将会如何发生弯曲。而影片特效组则直接将索恩的设想变成了一个“怪物”――一个以接近光速疯狂旋转的黑洞。
　　所有为了黑洞和虫洞可视化做出的努力最后都得到了回报――惊人完美的特效。但奥登瓦尔德对此仍然非常不认同，他表示：“这里的问题就在于，你只有两种方法在宇宙中产生一个虫洞。其中之一是宇宙大爆炸，另外一种就是在一颗恒星爆炸的时候。”
　　搜寻宜居星球
　　即便我们能够制造出一个虫洞并将其作为通往另一个宇宙的通道，这样做也将是极其危险的。很难预料在虫洞的另一端将会是何种情况。
　　肖斯塔克表示：“我们目前已经有能力找到一些地球大小的系外行星，在未来数十年内我们还将发现地更多。但如果想找到一个和地球相似的新世界――比如要拥有富含氧气的大气层，那么实际上你所谈论的就是一个已经遍布生命的世界。那么这样可能还有出现食物的问题，还有如何面对当地的本地生命！”
　　“搜寻地外智慧生命”，或者叫SETI项目，或许有一天会通过无线电波或激光信号让我们首次接触外星人。但无论是好是坏，在我们目前的阶段，实际接触地外智慧生命的可能性是微乎其微的。
　　肖斯塔克在电子邮件中写道：“如果没有虫洞，我们想要抵达宇宙中的那些区域将会十分艰难。除非我们能够掌握一些我们目前还尚不能掌握的物理学原理(但也许那样的原理根本就不存在！)，再或者我们能够掌握让人类长久休眠的技术。”
　　但《星际穿越》是一部好莱坞电影，拥有1.65亿美元的预算，电影制作者们可以自由的使用科幻的手法来解决现实中的挑战。但他们具体究竟是如何做的呢？好吧，你去看看电影就知道啦。(晨风)
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看过本文的人还看过其严谨程度和《2001漫游太空》《超时空接触》相比如何？
参见这篇文章:说几个这篇文章里面的几个意思，这可能也代表了很多人第一反应上的质疑。最主要的两点主要集中在黑洞附近时间变化和巨浪星的存在问题。下面是该作者提出的质疑。作者名为Phil Plait，是一个天文相关博客的写手，于1994年在University of Virginia获得天文学博士学位并在该校从事过一段时间天文教学工作。曾经在下面的做天文图像处理工作，多次观测行星爆炸..所以作者也确实是个天文学家。1：一个已经几十年没有funding的NASA..居然还能每年发射数十个无比昂贵的有乘员的火箭出去，而且发射井就在办公室边上..2: 驾驶员为什么不是无人的，搞那么多重型设备，就是给宇航员和家人聊聊视频，剩下的带宽明明可以发送更多行星信息3：cooper进入虫洞后立马找到了那几个星星，但是这几个星星的光和热是哪来的？他们应该需要恒星吧，因为cooper之后进入黑洞的时候没有被烤成乳猪，所以在设定里黑洞是不辐射热能的。4：三个行星都非常的靠近黑洞，没错，靠近黑洞时间会变慢，但是要达到‘1H：7Yr’的比例，这三个行星应该处于黑洞的表面。。。0.0 但是...能稳定运行的行星一定要距离黑洞中心3倍黑洞半径以上。在那个距离上，cooper的时间过得只会比地球上慢20%。5：关于那个巨星潮汐星球，那么大的浪，这行星不应该存在而是应该已经被撕成碎片了，或者水早就挥发到宇宙了。在黑洞这个距离上的行星，两面受力大小区别很大，应该是不应该存在潮汐的，而是水汇聚在靠近黑洞的那一面，停止自转，参见。6：吸积盘是高热，有东京热那么热，特别特别特别亮，可以在数百万光年外就看见，在cooper驶向黑洞时，他要么就是先被闪瞎了狗眼，要么也是半路被各种辐射烧成碎片。7：etc.etc...-------------------------------------------------------------------------------------------------------作者认怂分割线-------------------------------------------------------------------------------------------------------之前给出了原文链接，现在作者认怂了，于是我觉得我有必要逐条更新一下帮作者自扇耳光。先介绍下作者：在几天前po出了第一篇吐槽文章以后,Kip Throne应该也是看了他这篇文章，于是送了作者一本书...希望各位不要过分揣度...人家这是科学心态，不是心机婊。还有另一片比较广泛传播的质疑电影里科学严肃性的文章,里面也质疑了巨浪星的存在，还有时间的问题。有兴趣的同学也可以看一下。但是基本上是犯了同样的错误。-------------------------------------------------------------------------------------------------------耳光-------------------------------------------------------------------------------------------------------1：一个已经几十年没有funding的NASA..居然还能每年发射数十个无比昂贵的有乘员的火箭出去，而且发射井就在办公室边上..对于这条实际上本身也不是特别站得住脚，因为地球遭遇的问题，要维持那么多人的工作肯定要在尽量小的占地面积内。所以发射井在办公室边上也没什么不可能了。经费嘛，这个仁者见仁，总之没有太多硬伤。2: 驾驶员为什么不是无人的，搞那么多重型设备，就是给宇航员和家人聊聊视频，剩下的带宽明明可以发送更多行星信息虽然人工智能发达但是人类驾驶员还是有很大的作用，所以其实也没有什么硬伤了。3：cooper进入虫洞后立马找到了那几个星星，但是这几个星星的光和热是哪来的？他们应该需要恒星吧，因为cooper之后进入黑洞的时候没有被烤成乳猪，所以在设定里黑洞是不辐射热能的。这一条和吸积盘高热其实是重复条目，实际上确实没有太多可以吐槽的地方，老生常谈4：三个行星都非常的靠近黑洞，没错，靠近黑洞时间会变慢，但是要达到‘1H：7Yr’的比例，这三个行星应该处于黑洞的表面。。。0.0 但是...能稳定运行的行星一定要距离黑洞中心3倍黑洞半径以上。在那个距离上，cooper的时间过得只会比地球上慢20%。作者现在更正了自己的说法，因为之前他的假设是黑洞的质量大概是太阳质量的十倍左右，但是现在数据显示电影里面的黑洞质量是太阳的一亿倍而且还在快速旋转（表面速度达到光速的99.8%）。综上运用了正确的公式以后确实有可能在这样的黑洞附近找到稳定的点，同时时间变化达到1小时比7年。如果有同学要学习，参见。请阅读这篇文章获取关于超级黑洞的知识同时请阅读这篇文章获得电影背景支持5：关于那个巨星潮汐星球，那么大的浪，这行星不应该存在而是应该已经被撕成碎片了，或者水早就挥发到宇宙了。在黑洞这个距离上的行星，两面受力大小区别很大，应该是不应该存在潮汐的，而是水汇聚在靠近黑洞的那一面，停止自转，参见。这一条作者并没有进行反驳，所以待讨论。这点得到了的支持，没错，就是那个..上囧叔脱口秀的“在天文界就好像是打篮球的白人一样稀有”...WWWWWW但是紧接着他也加入了自抽耳光的行列，承认有可能存在巨浪星。参见（这可能已经属于乱入了）6：吸积盘是高热，有东京热那么热，特别特别特别亮，可以在数百万光年外就看见，在cooper驶向黑洞时，他要么就是先被闪瞎了狗眼，要么也是半路被各种辐射烧成碎片。这一条应该是正确的，但是确实是很无聊的吐槽。7：etc.etc...--------------------------------------------------------------------------------------------------------总之就是作者认怂了，这就是科学，精神值得鼓励。最后推荐大家阅读顺便乱入真是个逗比 · In : They explore a planet near a Black Hole. Personally, I’d stay as far the hell away from BlackHoles as I can.“他们去探索黑洞附近的星球，个人来说，我能特么跑多远跑多远。”--11月9日最后插播一条讨论. 离子推进器制造的推力足以把飞行器在1.2G的星球上推到逃逸速度吗？为什么不是aerospike？
12月2号更新，三刷完成，就等蓝光了，哦也。《星际穿越》是科幻片不是纪录片，挑刺娱乐一下没关系，以此义愤填膺地喷《星际穿越》无脑那就有点弱了。作为合格的观众，应该知道电影的目的是什么，什么时候应该认真，什么时候应该放松下跟着导演开脑洞。黑洞吸积盘高温之类的槽就不必多吐了，教科书级的知识，Kip Thorne会不知道？求的不就是个光鲜的视觉效果么？＝＝＝＝＝其实本座认为，看硬科幻片的乐趣，光挑刺不好玩，挑出刺然后洗地给导演圆场才是王道。以下是诺兰脑残粉洗地时间。－为什么Miller着陆的第一颗行星的水那么浅？浪那么大？既然浪那么大，明显不适合居住，为什么Miller还要发信号表示适合居住？Miller的行星应该是一颗没有陆地的海洋行星，一般认为海洋行星的大洋深度达几百公里，更深的地方，水体因为高压而变成固体。所以某个地方只有半米深的水但是固体地壳恰好不露出水面，这个比较奇葩。洗地的说法是，因为接近黑洞的高引力场，所以这颗海洋行星表面异常光滑，陆地没有高低差。而Miller着陆的时候事先探测过，选的就是最浅的地方着陆，而Cooper他们是盯着Miller的坐标去的。Miller为什么在这个明显不适合居住的海洋星发信号这件事情在影片中有一个非常震撼的解释。海洋星因为黑洞重力场导致超慢的时间流速（海洋星1小时＝地球7年），以海洋星的时间坐标来看，从Miller着陆、发信号到Cooper一伙人追随而来，时间间隔连一小时都不到。换句话说：当Cooper他们降落海洋星的时候，Miller才刚死不久（虽然以地球时间来衡量，Miller已经死了很多年了），Brand甚至猜测Miller就是被前一拨浪冲死的，相隔他们只有短短几分钟。Miller很可能因为时间流速问题，没有时间仔细研究海洋星的特性就发了信号。想想看，一小时＝地球7年，要是做个常规化验什么的花一天，24小时＝168年，地球上的人早就死完了。有人说 team 1 那12個人明明是recon team 可他們啥都沒看就下去了，像洪水星，你隨便做花幾個小時拍衛星照再下去也就不用死了… 根据海洋星的时间流速，给海洋星拍1小时的影片，就要在轨道上呆7年。。。－为什么主角和飞船没有被黑洞潮汐力撕裂片子中已经解释过了，这个黑洞属于“gentle singularity”（专门安排了台词给你解释这个你还想怎么样啊）。质量越大的黑洞，潮汐力越小，黑洞质量足够大，可能飞船经过黑洞视界的时候都不会有什么事。当然了，越接近singularity，潮汐力越大，最后肯定会被撕裂，所以Cooper的飞船最后还是爆了么；另外Cooper在弹射之前之后明显很难受。－飞船(Ranger)燃料：最初NASA需要用多级火箭才能把飞船送上近地轨道，说明他们并没有超越火箭发动机的推进技术。片中还有几次飞船发动机点火的特写，很像普通的战斗机发动机。这样一艘飞船竟然可以在1.3G和0.8G重力的行星表面多次起降，表示难以理解。本座倒是觉得片中的发动机技术比目前技术先进很多，绝对不是化学发动机。从发动机开动的时候发出的蓝光来看，很像是无工质离子发动机（Ion Drive）： 也提到了可能是aerospike，从样子上来看确实挺像，但是aerospike依然还是化学发动机。对于发动机的详尽分析请看楼下的答案。现实中的Ion Drive有推力过小的问题，不适合用于逃脱引力深井，不过未来的Ion Drive应该有所进步吧。至于为什么从地球发射的时候还是用的化学火箭，洗地的解释可以是，除了ranger飞船本身火箭还装载了其他物资，光靠ranger本身飞不动。还有就是为了最大程度地保留离子发动机的有效工作时间和燃料。－关于 Endurance号作的是定轴转动而非定点转动（？）；又怎么那么巧它的旋转轴就恰好穿过对接口的圆心且与它垂直？只要这里面任何参数稍差那么一点，库柏的飞艇无论怎么转也无法对接上接随机爆炸导致Endurance的旋转正好是在中轴线上，而在其他轴线上没有翻转，这个概率很低，如果在其他轴线上有旋转Cooper就不能对接。洗地的解释是：因为Endurance本身就设计为沿中轴线旋转以产生人工重力，那么应该有相应的自动运动补偿装置保证Endurance的旋转保持在中轴线上，平时宇航员走动或者移动货物都会导致Endurance的质量分布变化影响旋转，肯定是需要补偿的。爆炸以后补偿装置启动，抵消了其他方向上的旋转。对接这一段堪称史诗，管风琴演奏，飞船固定视角，明暗光影交替变换，绝对的太空哥特风。＝＝＝＝＝＝ 15号更新－为什么火箭发射台就在会议室旁边在NASA一段，Brand按了个按钮然后会议室的墙壁升起，墙的另一边赫然就是火箭巨大的尾喷管，我当时的感觉是“Nolan你TM逗我？” 说归说，洗地还是要洗的。首先不能断定那个就是发射台，也许只是组装车间，发射还要挪到其他地方去。其次，就算这是发射台，那么这个办公室只是搭在尾焰导流通道里的临时办公室。发射的时候把办公室的墙打开，桌子椅子什么的搬走。－强重力场下的通讯问题。为什么从黑洞轨道或者地球到登陆星球的通讯几乎只能是单向的Doyle在NASA的会议上提到了登陆12颗行星的第一梯队只能向地球发射一个简单的信号：适合或者不适合居住。Cooper一帮人穿越虫洞之后，显然与地球的通讯也只能是单向的，只能收不能发。Cooper登陆Miller的行星之后，和轨道上的Endurance也失去了联系（黑叔叔23年后与Cooper他们重逢的时候提到了他觉得他们可能已经死掉了，说明23年中没有通讯）。Cooper、TARS跌入黑洞的时候与Endurance也失去了联系。如果他们还是依靠电磁波通讯的话，那么信号电磁波会在强引力场的作用下红移或者蓝移。地球从黑洞星系接收到信号会红移（频率变慢，波长拉长），Endurance在轨道上收取Miller星球上信号也是如此。在强重力场下频率畸变会变得非常严重，以目前的技术类比的话，也许相当于801.11AC／5GB的无线WIFI信号畸变成了AM radio，这使得双向信息传输不可能。但是单向的、模拟式的无线电传输一个布尔值（true or false）还是可以的，第一梯队可以向地球发射一个简单的电平值：高电平就是可以居住，低电平就是不适合——或者更简单：发射了就是适合居住，不发射就是不适合，因为这样简单的通讯协议不受载波频率影响。电影在通讯上的表现很好地遵循了一个规则：如果通讯双方一个处在强重力场下，另一个没有，那么他们就无法通讯（除非只通讯一个布尔值）。现在唯一的问题就是Endurance通过虫洞之后，地球和Endurance为什么只能单向通讯，照理Endurance并未进入强重力场，应该可以双向通讯才对？洗地解释来了：跨星际的通讯需要极强的发射功率，可能需要几万平米的发射天线阵列，这种功率只有地球上才做得到，所以Endurance只能收不能发啦。－Murphy最后成功找到公式以后把计算纸从阳台上扔出去然后说是传统是什么意思？这个没人问，属于本座自问自答。这是由美国物理学家费米创立的传统：在1939年和发现后，费米马上意识到次级中子和的可能性。日他在芝加哥大学体育场的壁球馆试验成功了首座受控核反应堆。在二战期间第一枚的建造过程中（），他是主要领导者之一。日5点30分，原子彈在內華達州的沙漠引爆成功時，費米在原子彈試爆現場附近，在气浪来临之前、之中、之后各洒了一把碎紙片，並根據紙片飛出的距離将该次核爆炸的估算为一万吨。後來證明这与测量结果（两万吨TNT当量）相差不远，在同一个数量级上。恩里科·费米－ 《星际穿越》里布兰德教授写在黑板上的公式是什么公式？能认真到这一步说明你进阶了。传送门：－片尾TARS和Cooper为什么要脱离母船坠入黑洞？丢掉子船就能保证Endurance到达目的地吗？Brand和Cooper决定利用黑洞的引力飞往Edmund的星球，计划是在黑洞附近抛弃一艘船以使得母船可以到达。但是后来Cooper自我牺牲也跳进黑洞了。Brand，Cooper和TARS对这个决定有几句台词，记忆中好像是根据牛顿第三定律，人类要前进必须抛掉点什么（leave something behind）。这几句话当时令我比较困惑。首先牛顿第三定律讲的根本不是那回事。其次，就算套用牛顿第三定律作用力和反作用力的描述，一个自由落体如果只是简单地在轨道上分离成两半，是不会获得额外能量的，如果母船把子船向下“蹬开”倒是可以获得一点冲量，但是这么点能量要逃脱黑洞肯定说不过去。查了一下Wikipedia，发现这个坎还是有科学依据的。我们已经知道Gargantua是一个高速旋转的黑洞。关键在于，在旋转黑洞的“动圈” （ergosphere）附近，使用“彭罗斯过程”（Penrose process）可以从黑洞中提取能量。简单解释就是，一个物体如果进入“动圈”然后分离成两半，如果分离得当，一部分会坠入黑洞视界，但另一部分可以获得额外的能量并逃逸，这额外的能量来自于黑洞的角动量（）。所以Cooper后来的自我牺牲是值得的，多扔一艘飞船，母船就多一份希望逃逸。Kepp作为大牛，当然知道彭罗斯过程，这个地不用洗！Yeah！回到前面几句关于牛顿第三定律的台词，只能解释为Cooper和TARS在开玩笑，如果真要在片子里认真解释彭罗斯过程好像有点困难。。。－用摩尔斯电码传递黑洞信息靠谱吗？最后一个问题就是Cooper在5D空间用摩尔斯电码给女儿传信息，摩尔斯电码传信息得有多久啊。如果有1G的数据那得传到死，更何况电码记错一位后面就全乱了。这个好像有点离谱。但也不一定离谱。你也不知道Murphy成年的时候，地球上的量子引力论发展到哪一步了。可能公式已经出来了，就差一个系数需要黑洞的数据，那么Cooper就传一个数而已。或者公式类似E＝mc^2之类，其实很简单，但没有黑洞数据是推导不出来的。再或者，Cooper就一句话就能让女儿在研究的道路上少走很多弯路，比如只要说一句“M弦论是对的，好好研究，其他都狗屁”，Murphy就再也不用看其他弦论的论文了，省多少时间。－Cooper从掉进黑洞到5D空间解体然后回到土星轨道，还能赶上他女儿临终，这个时间上有没有硬伤？Cooper偷了战斗机之后再去找Brand，他们两个能在一起吗？Brand和Cooper决定利用黑洞引力去Edmund的星球的时候，Brand提到了黑洞附近时间流速问题，Cooper说管不了那么多了。那么是不是Cooper从掉进黑洞再出来，太阳系过了大概80年（假设Muphy接受到黑洞信息的时候是40岁，死的时候120岁）？数字上是的，但理论上没这么简单。从理论上讲，黑洞视界上的时间膨胀效应是无限大。换言之，黑洞外的人观察Cooper，Cooper永远都不会掉进黑洞。Cooper在通过黑洞视界的一瞬间，他在时间上会加速到宇宙终结的那一天，绝对不是过了80年这么轻描淡写。在他极端逼近黑洞视界的那一刻，他女儿已经老死，地球人类已经完全灭绝且不说，可能太阳都已经燃料耗尽变成了白矮星。。。最后Cooper回到土星轨道，只能解释为Cooper进行了时间旅行。从5D空间出来，5D空间的制造者可以选择让Cooper回到任何一个时间点。实际上Cooper从5D空间向过去传递信息，就是不折不扣的时间旅行（会造成悖论的那种）；其实不管什么东西掉进黑洞，只要再出来（无论是通过5D空间还是别的什么天顶星科技），那就是在时间线上逆行，就是时间旅行。这个口子反正已经开了，那么让Cooper时间旅行回到土星轨道也没什么问题。为什么让Cooper回到Murphy 120岁的那个时空而不是更早或更晚？更早的话，Cooper Station还没有造好，Cooper出了虫洞也没人救。再晚点，Cooper就见不到Murphy最后一面。至于时间旅行的悖论问题，这个话题就比较大了。那么Cooper开着小飞机再去找Brand会发生什么呢？Brand并未掉进黑洞，但是她的时间也已经大大地被减慢了，地球上80年可能只相当于她几天。片尾展示了Brand登陆了Edmund的星球，给Edmund堆了个坟，搭了几个帐篷，最重要的是发型没乱，说明她的殖民才刚刚开始。所以他们还是可以在一起的。＝＝＝＝＝＝结论《Interstellar》是本座看过的最严谨的科幻片，没有之一。片中对于几个科学问题都花费镜头专门解释，令我这种geek很high，换了其他导演估计就一笔带过了。片中让我感觉很舒服的地方：虫洞形状问题：在进入虫洞之前黑人宇航员专门解释了虫洞为什么在三维空间是球形。其实他不说估计也不会有人专门问。Cooper, Brand和Mann在基地里的讨论：这段讨论不长，但却是全片技术含量最高的一段。Mann提到了目前物理学的根本难题，就是广义相对论和量子力学在重力问题上的不一致性（原话大致是：Because he (Professor Brand) couldn't reconsolidate General Relativity and Quantum Mechanics）。不解决这个问题，Dr Brand在地球上无法达成Plan A的目标（操纵重力以造出廉价的殖民飞船）。要突破这个问题就必须在黑洞视界内取得数据。Cooper问为什么不能这么做，黑人回答这是不可能的，因为“nature prevents a naked singularity”，这来源于宇宙审查假说：。 说通俗点就是黑洞奇点毁坏物理定律，属于宇宙的家丑，所以被藏在黑洞视界背后，而通过了黑洞视界的事物一律是有去无回的，所以也不会有人可以暴露“家丑”（但其实还是可以的，但涉及到时间旅行，后文会提到）。Cooper四人组在冰星球上还谈到了道德问题。Amilia Brand和Cooper从地球的通讯中得知了Professor Brand本来就没计划Plan A能成功，等于骗了所有人（Dr Mann除外）包括美国政府，骗的Cooper骨肉分离，假借Plan A实行Plan B，就为了避免人类灭绝。以坏的手段达成好的目的是道德的吗？这涉及到“实用主义”(utilitarianism)等一系列讨论，但是《Interstellar》的解决方案简单粗暴，干净利落。片子中Dr Mann怎么说的？（大致台词）Unforgivable, Yes. But he (Professor Brand) was willing to sacrifice his own humanity to save the species. 换言之，彻底抛弃了虚伪装逼的道德讨论：我就当千古罪人了怎么着？只要人类可以延续下去，全地球的人类都骂死我也无所谓。虽然片子里没有明说，但我相信Brand作为顶尖的物理学家，做这件事情是毫不犹豫的，这和《三体》里面维德的做派有点像。“失去人性，失去很多。失去兽性，失去一切”。其他有很多片子，比如《Unthinkable》讲对恐怖分子刑讯逼供的，主人公都扭扭捏捏又哭又喊，绕不过这个道德问题，其实说穿了就是不肯牺牲人性：要杀要剐没关系，但圣母是一定要当的。知道Nolan的片子里还有谁肯为了更高阶的目的背骂名么？对了，那就是蝙蝠侠。在此还想说说Dr Mann。这是一个很有特色的角色，Dr Mann在片中被公认为是先遣队12人中最强的，正是他号召了其他11人进行这个神风任务。他对Professor Brand以及整个任务的评价相对其他三人是极端的理性和冷静。和Cooper出去“勘探”，下黑手之前一路上还说了一大段关于恐惧和生存的道理，杀人之前思维依然有条理。Cooper骂他懦夫，他也毫不犹豫地承认了，但依然要下手。所有的这些，是因为他心理素质过硬吗？应该不是，Dr Mann在砸破Cooper的面板之后不忍心看Cooper憋死，先是走开然后又关掉了通讯器，说明他不是那种杀人如麻的心态。Dr Mann并不是单纯的想活命，他依然要达成Plan B。再结合前面在基地中的说辞，我得出的结论是他已经完全抛弃了人类的那一套道德准则，行事逻辑就是自己要活命，人类也要延续下去，过程中牺牲几个人无所谓，有点《三体》里面星际人类的意思。Dr Mann彻底想通了，自己在一颗冰星球上苟延残喘，人类在母星上已经快绝种了，人类唯一的希望就是货舱里几千个冷冻受精卵，在这种情况下地球道德准则顶的屁用。他下手了，但是毕竟还没有做到位，让Cooper捡了条命， 自己又操之过急了，飞船还没对接好，他就一路关掉各种系统警报强行开仓。嗯，我这算是给Dr Mann洗地了么。。。Cooper和TARS坠入黑洞取得数据：进了黑洞有去无回这件事其实也是矛盾的，因为信息不能被凭空消灭掉，霍金的解释是被黑洞吞噬的信息最终会随着霍金辐射重新释放出来。影片的解决方案是让Cooper在高维时空向过去传递信息，这涉及到了时间旅行一系列的议题，时间旅行这个问题很大，涉及到了外祖父悖论三大主流解决方案。。。在这里就不谈了。值得一提的是Cooper坠入黑洞那一段有一个不到一秒的镜头：在下坠过程中黑洞“地平线”的圆弧急剧向上弯曲，包围了宇宙的星空。这个是有根据的，在此页面有详细讨论：。要注意的是，电影版本的坠入黑洞视觉效果虽有根据，但并不是最正确的视觉效果；更正确的效果是整个宇宙在宇航员的腰部位置向上卷成一个桶形，但视觉上看起来难以理解。个人觉得还是电影版的效果更容易理解一点，坠入黑洞就像坠入一个深井，所有的星空缩成一个井口大小的光圈。。。光是这一个不到一秒的镜头就令本座心服口服，我相信一般观众都未必会注意到这段。为什么我注意到了这段？因为我就是冲着这个去的，哇哈哈哈洗地完毕～～ 最后，对Cooper到达singularity以后的剧情的槽不要吐，现有的科学无法解释在黑洞核心会发生什么。脑洞怎么开都是可以的，就算Cooper在核心遇到海绵宝宝都是合理的。=======以上那句是玩笑。上映已经快两个礼拜，《Interstellar》被喷得也够多。剧情复杂的科幻片都是这样，《Inception》也是如此。其中不乏一帮文科生看不懂恼羞成怒。这就涉及到一个根本性的问题：你会不会看电影？去电影院看电影，如果你不是为了在黑暗中摸妹子醉翁之意不在酒，那你也就是为了去娱乐一下吧。作为合格的观众，为了最大程度的娱乐，看电影之前要做好一件事，这件事叫：suspend belief。 这是一个你和导演之间的交易。导演说，你姑且无条件地相信我作的一些假设，不管这些假设有多么荒诞多么假；基于这些假设，我给你讲个好故事。看《Star Trek》，你就得相信不同的外星人恰巧样子就长得和人差不多。看《Star Wars》，你就得相信有原力这回事。看《The Matrix》，你就得相信电脑喜欢把人做电池而不是直接飞到大气层外用太阳能电池板。看《Inception》，你就得相信手提箱造梦机挂上点滴就能给你洗脑。看《Interstellar》，你就得相信人类能造星系级飞船但是种不好田。看《Avengers》。。。漫威说啥你就得信。去看魔术表演，你知道魔术师明目张胆地骗你但你还是心甘情愿地掏钱。你可以吼一句：“你做的都是假的，你根本就不能把那美女锯成两半再拼起来”。你猜这场子里谁是傻＝逼？魔术师强不强，取决于观众明知他在玩障眼法的情况下，能否把不可能的情况玩得天衣无缝。故事讲得好不好，取决于在假设的前提下，情节能不能自圆其说，而不是假设是否荒诞。分清哪些是“假设”，哪些是“假设所引出的情节”，是一个合格观影者的基本素质。
11.21:补充了飞船“对接”第一颗星球时的轨道能量问题。
脑洞了一下Ranger可能的推进方式再来修改这个答案的时候，系里的泰国小哥带来了Kip Thorne的新书The Science of Interstellar，于是我毫不犹豫的霸占了一下午的时间，基本通读了所有关键部分，现在可以更好地回答这个问题了。11.14：补充了潮汐锁定的影响；Thorne关于旋转黑洞的估算（Kerr黑洞）自己偷懒来晚了，非常同意目前排名第一的答主关于“看科幻的正确方式就是为其洗地”的观点，他的回答也涵盖了本片的大多数争议部分，不过我还是想把其中几条进行扩充，方便想深入了解的读者们。（介绍部分比较啰嗦，可以直接看黑体部分，结论直接看黑体+下划线）1，第一个星球的巨浪我听到的第一个关于这个巨浪的吐槽来自一位师妹“水那么浅，哪来的那么高的巨浪啊？”。这个问题很好回答，因为来自黑洞的潮汐力早就把这个星球表面的“水壳”拉长成一个椭球了：这是地球潮汐成因的夸张图示，图中椭圆的尖端没有朝向月球是为了说明潮汐加速效应，这里按下不表。这个椭球的原因很简单，点质量/球状质量的引力按照平方反比率衰减，靠近黑洞的水受到的引力更大，为了平衡会被“拉”到离黑洞更近的位置。。。且慢！这么一说，水被拉起之后里黑洞更近，受到的黑洞引力更大，同时离星球更远，受到星球的引力更小，岂不是会被黑洞吸走？这让我想起，因为大家忽略了星球绕黑洞运动时产生的离心力，这才是和黑洞引力平衡的力（从星球参考系看），wiki上有个很好的图：上半部分表示黑洞对星球的总引力，越到右侧（离黑洞近的一侧）越大，下半部分表示减去离心力后的潮汐力，最后潮汐力的分布是：那么想简单估算一下潮汐的高度，只要知道地心和地表处的黑洞引力差就行了：这里实际是最大值，也就是星球表面位于离黑洞最近点和最远点两处的值，其他位置则随着到地心连线到地心与黑洞连线的投影长度变化，这个力的力场和地球的引力场叠加，使得地球表面（近似球面）不再是等势面。假如我们定义水面最低处（其实就是到地心连线同地心到黑洞连线垂直的那个大圆）为势能0点，“潮汐力场”在潮汐最高处的地表位置的势是：如果潮汐高度为h，也就是上升h达到势能0点，单位质量引力要消耗gh的功去抵消U_f，于是潮汐高度h是：假如地球需要1km的潮汐，那么地球到太阳的距离需要差不多缩短到现在的1/20.这其实已经差不多在太阳表面了。切换到影片里的黑洞，这个链接提到视界大小和地球轨道半径差不多，假设是史瓦西黑洞的话（没有自转），这个黑洞质量应该是太阳的5000万倍,“只”产生1km高的潮汐的话，地球到它中心的距离应该是20倍目前地球到太阳的距离,而这个距离还是比地球和黑洞之间的洛希极限（潮汐力=重力时地球到黑洞的距离，这个时候地球要是不够结实就散架了，这里是1.35AU左右，比视界半径大一点而已）。所以，结论是：产生1km的潮汐没问题，星球也不会散架，但浪不会来的那么突然，除非有特殊的地形制约（参见钱塘江入海口）。补充：评论中有人提到了潮汐锁定，其实这一点反而可以更好地解释这个巨浪。Kip Thorne在新书里也提到了。因为潮汐锁定并不是完美的锁定，即使是月球，也会在锁定位置附近晃动，这种晃动贡献了天平动（天平動）的一部分。根据Thorne的估算，晃动的周期差不多是一小时，如果幅度足够大的话，这意味着潮汐的频率也会高很多，来势完全可以更凶猛。另外，即使是月球微弱的引潮力，都可以导致地球的固体部分发生形变，也就是固体潮（），幅度可以达到几十厘米。对于片中的星球Miller，黑洞的潮汐力带来的很可能是大规模的地壳形变，强烈的海地地震会引起更具破坏力的海啸。在地球上都能达到10m级高度的海啸，在Miller上有更强烈的地震作动力，再加上黑洞潮汐力的加成，形成滔天巨浪也就不难理解了。2.想产生1h=7年的效果，星球必须到离黑洞非常近的位置，而那么近已经没有稳定轨道了吗？引力产生的时间膨胀可以简化为（无自转黑洞）：r_sch代表黑洞的史瓦西半径，所以要产生1h=7年的效果，时间需要膨胀6万倍，所以上面的r~1.r_sch，基本就在视界表面了不过因为星球本身也在相对黑叔叔所在空间站运动，所以还会有个狭义相对论的时间膨胀，假如空间站飞的很慢，这两个效应叠加的时间膨胀是：这个式子来自wiki：，由于本人也没认真学过广相，所以还望各位大牛验证。这样一来，这个星球只需要呆在差不多1.5倍史瓦西半径处就可以产生1h=7年的效果，依然在洛希极限之外，也不会被撕碎。那么这么近会不会有稳定轨道呢？Innermost Stable Circular Orbit，是只有广义相对论才会出现的名词，简而言之就是距离视界比较近的时候引力已经和牛顿理论出现不少偏差，最终导致距离太近的轨道不稳定，但这个值和黑洞自转有关，自转越快（和公转天体的公转方向相同的话），这个稳定轨道的最小值就越小，差不多是这么个关系：这里用了自然单位制，M=GM/c^2，所以r=6M代表r=3r_sch，而黑洞自转达到最大可能值（可以理解为黑洞表面速度达到光速）的80%，稳定轨道的最小值就可以在1.5个视界半径以内，所以依然可能有稳定轨道。补充：上面的计算有很多不严谨的地方，譬如用史瓦西黑洞（无自转）去推断片中的Kerr黑洞（自转黑洞）的情形。Thorne在他书中给出的结果比我要极端，譬如为了达到1h=7年同时保证稳定轨道，黑洞自转速率只能比理论上限慢一千亿分之一！只是这样一来黑洞从视觉上会有很大的不对称性，为了不让观众犯糊涂，影片中的黑洞图像是基于60%最大自转绘制的。3.影片中的黑洞图像非常好的表现了广义相对论效应，但是对狭义相对论效应缺乏表现。在另一篇回答 里也提到过，当时我觉得这可以由吸积盘足够亮，能谱足够宽解释影片中没有体现吸积盘视觉上的（左右）不对称。不过读到Thorne的书，顿时觉得自己被打脸：特效组刻意没有表现这个效应让大多数观众不被迷惑。好吧，看来这个错误是板上钉钉了。那么狭义相对论的效应具体是怎样的呢？大家可以想象一个朝向你移动的球形光源，由于相对论性多普勒效应，向你飞来的光子频率升高，也就是变蓝。同时，你单位时间接收到得光子也会增多（类似普通的多普勒效应，你可以把每个光子等效成一个波峰），所以这个光源还会变得更亮。相反，背向光源一侧看到的情形就是这个光源变暗变红。如果光源的速度相当接近光速，大部分的能量就会集中辐射到光源的前方，如同一束很窄的光束，所以叫做相对论聚束效应（relativistic beaming）。这个效应作用在吸积盘上，得到的情形差不多是这样的：假设这个盘是逆时针旋转，我们又是从下往上看盘的侧面的话，盘的能量/光谱分布对我们来说差不多就是这个样子的。具体到电影中的情形，除了弯曲，我们应该能看到右侧的的盘更蓝更亮，左侧更红更暗一些。4.飞船依靠自身动力就可以进入第一颗星球的轨道？这里不得不说是个BUG，前面提到过，第一颗星球有着非常高的时间膨胀，意味着其必然非常靠近黑洞视界。而我们的飞船刚从虫洞中出来的时候，距离黑洞还是相当远的。这两个轨道之间的能量差，因为黑洞的存在，可以达到变态的程度。用人造卫星的例子打个比方，一个质量为m的卫星围绕一个质量M的中心天体做圆周运动，轨道半径为r，取无穷远处为势能零点，总能量（引力势能+动能）为（我知道又有人吐槽我只会牛顿力学了。。。）：考虑到黑洞的情形，假如r刚好是史瓦西半径（r=2GM/c^2)，那么这个能量是： 所以我们的飞船起先在距离黑洞两个史瓦西半径的位置，要想到达Miller星球，需要想办法把八分之一的自身质量变成“负能量”，假设ranger上有足够反物质进行湮灭的话，倒是有这个可能。Thorne在书里提到的办法是利用一个中等质量黑洞的引力把飞船“拽”慢下来，这个的确可行，只是飞船必须得距离这个小黑洞足够近，所以这个黑洞也得比较大才能产生比较小的潮汐力不把飞船撕碎。据说Nolan为了不让观众迷糊把这个中等质量黑洞换成了中子星，可惜电影里完全没有看到相关描述，所以可能是被剪掉了。5. Ranger到底使用了什么样的动力？（跑题部分）先说结论：依据现有技术，在地球上能达到影片中ranger水平的最有可能的是 化学火箭+变循环冲压发动机。影片中则更接近化学火箭+电化学火箭/电火箭，但几乎可以肯定需要核聚变提供能量。首先，关于人类的火箭技术，一个让人伤心的事实是，目前还没有只靠单级火箭就可以把有效载荷送上太空的例子。这幅图非常好的给出了发动机效率（Specific Impulse，比冲）和可工作速度区间的关系。比冲，简单来说就是单位重量（注意大家一般用重量）的燃料可以产生的冲量。由于冲量的单位是kg*m/s，而重量单位是kg*m/s^2，所以比冲的单位是秒，所以比冲=450s的意思就是1kg燃料可以产生450*9.8=4410kg*m/s的动量。因为火箭发动机的向后排出的质量几乎完全由燃料（还原剂+氧化剂）组成，所以这就意味着1kg燃料以4410m/s的（有效）速度向后喷出，这个速度超过音速十倍，接近爆轰波在TNT中的传播速度（6900m/s)，已经是很让人震惊的数据了，但是，即使如此，火箭发动机的比冲依然在上述引擎中垫底，为何？因为它自带氧化剂啊！跟它相比，别的引擎的排出气体（工质）有相当一部分是来自外界的氧化剂。比如比冲最高的大涵道比（风扇流量：涡轮流量）涡轮风扇发动机，除了内部的核心机靠燃烧排气做功之外，外面还有个大风扇，只靠吸进空气再加速就能产生非常可观的推力，所以这类引擎的效率非常高，卓越的经济性让它成为了大型民航客机的唯一选择。那影片里的ranger是不是可以做成涡轮风扇（or更简单的涡喷）发动机和火箭发动机的结合？我看不行。因为无论是涡喷还是涡扇，都太重了。为了达到足够的推力，都有一套笨重的涡轮压气机用来吸进足量的空气，燃烧室后面又有一组高温涡轮消耗一部分推力用来驱动压气机工作。用更简单的参数描述，就是推重比太低，即使是目前最先进的量产型涡扇，用于F35的PW-F135，在加力状态下也就能达到接近12的推重比，而火箭发动机，比如现在常用作商用的RD180（就是普京威胁要向美帝禁运的玩意儿之一），推重比能达到78，而苏联人为了登月搞出来的NK33，更是有逆天级的136，这个记录多年来未被打破，直到最近SpaceX的Merlin D才有可能达到更高的159。所以，我认为更可行的是冲压发动机（ramjet）和火箭发动机的结合。这已经不是什么新鲜事了，苏联人很早就在超音速反舰导弹上使用了火箭助推+冲压发动机巡航的组合。尤其是最新的P800 宝石，已经实现了将冲压发动机和火箭发动机融为一体，从外形上已经看不出助推器的存在了冲压发动机取消了复杂的涡轮结构，直接利用进气道的锥面压缩空气，大大减轻了重量。通常认为，冲压发动机的推重比可以达到20-30（来源：），比涡扇高很多，接近“低端”火箭发动机的推重比。只是为了有效压缩进气，冲压发动机需要达到较高的速度（2到3马赫）才开始工作，所以需要火箭发动机作为助推器。只是普通的冲压发动机虽然可以在5马赫的区间工作，但速度继续升高就会感到吃力：为了保证稳定的燃烧，进气口进入的超音速气体要降到亚音速才进入燃烧室，速度更高的话，亚音速燃烧可能就无法保证。超（音速）燃（烧）冲压发动机（Scramjet）直接绕过这个问题，直接想办法在超音速流场中进行燃烧！这真是一个疯狂的想法，从某种角度说，这种燃烧简直就是可控的连续爆炸，挑战到了燃烧学的极限！目前超燃冲压发动机成功的例子不多，公开报道中最快的应该是NASA的X-43：在2004年11月的测试中达到了9.65马赫，接近3km/s，虽然比第一宇宙速度慢很多，但至少可以望其项背。某些资料中甚至提出超燃冲压发动机的极限速度可能高达24马赫，也就是&7km/s，这个时候火箭发动机再次启动，就可以轻松达到轨道速度。片中ranger外形和这个很类似，除了下方的大斜面可以为超燃冲压发动机的进气进行提前压缩之外，类似乘波体的造型也让Ranger可以水平着陆而不需要降落伞。所以在我看来，在目前的地球上想造出类似ranger的航天器，比较靠谱的设计是：使用液氢液氧火箭发动机，用于起飞及最后的加速。中间主要使用变循环冲压发动机：低速时作为普通冲压发动机，超过5马赫切换为超燃冲压发动机，一直工作到20马赫以上的速度。当然，变循环冲压发动机技术上是否可以实现是个问题，但总比可控核聚变之类来的简单。这个方案的缺点是基本只在地球上可行，因为你也搞不清楚外星的大气成分如何，所以只是提供一种思路，对本电影没啥帮助。。。。其他的回答里有人提到了离子推进器，这种看上去非常酷炫的发动机利用电磁场加速离子（通常是氩，氙或者氪的离子，因为最外层的单电子很容易被剥离），由于喷出的离子束可以由电磁场约束在一个小角度内，只有很少的能量被浪费在热运动中，这种发动机的效率（比冲）高达6000以上，部分可以超过10000。随之而来的缺点，就是小的可怜的推力：譬如在Deep Space 1上使用的NSTAR发动机，最大推力只有92毫牛顿，即使是NASA正在试验中的NEXT，最大推力也仅为670毫牛顿，也就能举起一个鸡蛋，这还不包括发动机本身。不过近年来有一种可变比冲离子推进器（VASIMR）的设计，在功率不变的情况下可以在高比冲/低推力和低比冲/高推力之间调节，目前造出来的200千瓦样机的推力可以达到惊人的5牛顿！所以，电火箭想要做为起飞的动力，没有几百几千兆瓦的动力源是不太可能的了，还是等可控核聚变成功后再说吧。最后扯一点关于Aerospike火箭发动机的事情。它和普通的火箭发动机没有本质区别，优点在于大范围的高度是英雄，也就是在不同的高度均能保持比较高的效率。普通火箭发动机如果工作在较高的环境压强下，喷气的有效截面会受到压缩而变小，不仅损失效率，而且会造成火焰不稳定。相反，在高空稀薄的空气中，气体又会过于发散导致大量能量浪费在非推力方向上。图中的Aerospike是所谓的线性设计，也就是很多小喷口被分成两排。低空时火焰会仅仅贴在“喷管”的墙壁上，墙壁会起到一定的引流+稳定作用，同时底部平面会反射一部分火焰弥补推力损失。高空时火焰会发散到比较大的角度，但由于小喷口本身就是向内倾斜的，所以推力损失不会太大。这里有个youtube视频，算是当年Aerospike的商业宣传吧在我看来，Aerospike的另一个好处就是这种扁平的喷口外形使得它更容易和之前提到的超燃冲压发动机结合在一起。最后开个脑洞，在那张对比发动机比冲的图里，最上面的虚线是液氢液氧燃料理论上的最高比冲，如果燃烧学进步，使得人们可以轻易控制火焰的方向的话，意味着化学火箭也能达到离子火箭的比冲，那么只使用化学火箭达到ranger的性能也是轻而易举。}