黑洞的超強大引力會導致時間的減慢，使在黑洞旁邊待上一會兒的飛船就相當於在正常引力下過去了23年。這是一個很淺顯很普及的科學常識……

有關電影《星際穿越》中的這個問題，其實是有理論依據的，那就是愛因斯坦的廣義相對論。這部電影的劇本初稿是由著名天體物理學家基普·索恩教授撰寫，他是當今廣義相對論領域的大咖，主導建造了發現引力波的鐳射干涉引力波天文臺（LIGO），他是本片的唯一科學顧問。因此，《星際穿越》的科學性是有保證的，這是一部硬科幻，影片中很多科學元素值得我們去深入思考。

廣義相對論告訴我們，遠離引力場的觀察者會發現處在引力場中的時鐘走得比自己的時鐘要慢，並且引力場越強，時間就越慢，這就是所謂的引力時間膨脹效應。因為大質量天體扭曲了周圍的時間和空間，使得不同引力場之間的時間流逝速率變得不一樣。

在電影中，庫珀等人先去了米勒行星，也就是有滔天巨浪的那顆星球。這顆行星比較特殊，因為它繞著一個黑洞（卡岡都亞）公轉。由於黑洞的引力場極為強大，米勒行星又十分靠近黑洞，從而使這顆星球上的時間流逝速率遠慢於地球上。根據影片的設定，米勒行星上的1小時相當於地球上的7年。

為了避免這樣顯著的引力時間膨脹效應，庫珀讓永恆號宇宙飛船也繞著黑洞公轉，但距離黑洞較遠，這樣宇宙飛船上的時間流逝速率能夠與地球上保持同步。然後，庫珀等人駕駛徘徊者號登陸米勒行星，他們打算速戰速決以節省時間。然而，當他們登陸行星時遭遇了滔天巨浪，不但損失了一條性命，而且還浪費了三個多小時的時間。於是，當他們回到永恆號上時，那裡的時間已經過去了23年，地球上的時間也是如此。

因巨浪星Miller位於一個黑洞附近，在巨大引力的作用下，它周圍的時空被扭曲拉伸，所以時間變化緩慢，1小時等於地球上7年。

問題1：為什麼引力扭曲拉伸時空後時間會變慢？我的理解。在三維空間宏觀尺度下，物質的運動可以看做是模擬線性關係。而標準模型微觀尺度下，粒子的運動則是量子化的，擁有一個最小單位，會從A處忽然消失，再在B處出現，整個位移過程可以看作為隱形跳躍式的，即量子化是一份一份的。假設時空未受到引力的作用下是一張各向均勻的二維網格，當一個質量足夠大的物質存在於該網格某一處時，會使它周圍的時空彎曲，進而拉伸時間維度，導致g1節點到g2節點之間的距離變長，量子沿箭頭所指方向運動時相對於未彎曲拉伸的節點要走更遠的路程，所以感覺上時間變慢了。具體如下圖所示：引力不同於電磁力，不是電子相互牽拉的強作用力，而是任何具有質量的物質會使它周圍的時空彎曲，進入該區域的其它物質在不考慮其它作用力的情況下，總是沿著該彎曲空間的測地線運動。這樣在三維空間中，看上去物體在往地球的地心方向墜落。這就是引力。

問題2：在不同參考系下時間的快慢是否與細胞代謝速度無關？回到上面庫珀與艾米莉亞等人駕駛飛船從巨浪星迴到持久號軌道艙後黑人科學家Romilly告訴他們已經過了23年這一幕。可以看到Romilly已經鬍鬚發白老了很多，但庫珀與艾米莉亞卻依然還很年輕，未見又衰老跡象，說明他們之前才過了3個多小時。這裡我的疑惑就是，是否庫珀與艾米莉亞的壽命比Romilly要長23年，還是他們回到持久號軌道艙後和Romilly的壽命一樣？

問題3：為什麼黑洞中完全閉合的空間時間是靜止的？由於黑洞的超大質量，接近奇點的區域引力變得無限大，導致該區域的時空完全扭曲倒閉合狀態，空間的曲率無限聚集到一個點上，時間維已不復存在，所以時間也就靜止了。

首先需要說明一點，時間和空間應該是一體的，統稱為“時空”，兩者要分割開來分析十分之複雜。

1、在愛因斯坦看來，地球上的重力加速度“等效於”無引力狀態下具有重力g大小的慣性加速度，因此也可以說引力場“等效於”加速度。在黑洞中，由於黑洞的奇點具有非常大的引力場，因此其加速度也非常之大，這也就決定了越是靠近黑洞其時間流動速度就越慢。 如果要解釋為什麼引力場會引起時間變快或者變慢，這用幾句話是無法解釋清楚的。籠統來說，你所獲得的越多，那麼你其他地方所具有的東西就越少。你具有的速度越高，那麼你所具有的時間越少。在時空裡，你所具有的加速度越大，你所經歷的時間就越少。這是是愛因斯坦相對論的通俗解釋。

2、時間是相對的，這麼說吧，運動速度不同，其人感知時間流逝的速度也不同。對於靜止的人而言，運動速度快的人在靜止的人

看來其所經歷的時間是比較慢的，這就意味著時間並不是固定的，不同人對於時間感知也是不一樣的。每個人是一個時間座標系，只不過在低速運動的世界裡，這種感知幾乎可以忽略不計。

3、因為黑洞中引力場幾乎可以說是無限大，因此黑洞中的人時間流速幾乎可以說是靜止的。實際上，黑洞視界內外是兩個空間，在視界內所有的物理定律都會失效，因此說來，黑洞中時間究竟是如何運轉，可以說一直都是一個未解之謎。根據量子力學和相對論推論出來的結果是，如果有一個人掉落黑洞，那麼可能的結果就是視界外的我們看到的是這個人被黑洞的引力潮汐所碾碎，而如果這個人非常堅挺不被碾碎，他掉落黑洞中又是活著的。這個人同時具有兩種狀態，既是死了，又是活的。

總而言之，在黑洞視界內部，所有的物理定律都會失效。這也就是為何主角掉落在黑洞中卻可以穿越時間和空間，又合理的緣故。

我不想以科學的角度來解釋星際穿越中的時間膨脹，因為本人知識面確實滄海一粟！。只能談一下影片觀後感。

影片當中主人公進入到了一個區域，時間變得慢了，而外界時間依然，這是個相對的論點，你處於時間慢的區域，而外界時間是正常的還是比你快速的呢？這有點類似做猜疑鏈了。

我個人的理解是，如果有時間膨脹的存在，那麼這是兩個不相通的世界，不可能隨意跨越，或者說實體不可以隨意跨越，因為在你跨越的屏障的那一刻，兩方都是虛無，會被撕裂，會變成0。

時間的概念是誰告訴我們的呢？是我們自己告訴自己的，是我們把分秒小時定義為了時間，是否在高等文明當中，他們可以把時間定義為一個量，一個數據，一個尺寸，一個度也都是有可能。

而影片當中的時間區域，我認為和我們所處的維度不同，一旦跨越維度，則面臨物是人非的另一種存在，或者，是意識形態。片中老爸竭盡全力的傳達資訊給女兒，可以認定為是堅強而目標單一的執著體現，所幸的是，女兒收到了，而現實可能是這種形式是存在的，卻是永遠無法傳遞到另一個維度。

一個人生活了一輩子，彌留之際會閃現一生當中的經歷，在這種時刻，或許我們就在對面看著自己閃現這一生。

理論上說，這是愛因斯坦廣義相對論的具體表現；通俗地說，有人穿越時空了。

不用把穿越時空這個詞看得多麼神秘多麼高大上，事實上按照相對論的觀點，我們每時每刻都在穿越時空。時間的流易對每個人來說都是不一樣，只要你在運動或處於引力場附近，你的時間就會膨脹變慢。只是在低速和低引力情況下，這個膨脹效應等同於沒有，所以我們無法感覺到。但在近光速和超大質量物體附近，這個效應就很明顯了。

《星際穿越》的設定是，永恆號飛船載著庫珀等人來到了黑洞卡岡都亞，一顆名叫米勒的行星在周長10億公里的軌道上繞卡岡都亞高速執行，1.7個小時就執行一週。庫珀等人乘坐小飛船巡邏者號降落到米勒星球，由於米勒星球幾乎就在黑洞視界附近，受到的引力極其巨大，時間膨脹效應非常明顯，以致於一個小時就相當於地球上的7年。所以當他們過了幾個小時回到永恆號的時候，留在永恆號上的船員已經苦苦等待了23年，他們已經穿越到23年後的未來！

有人說，永恆號上的船員也在黑洞附近啊，他的時間也應該變慢啊？引力時間膨脹效應是急劇增加的，離黑洞視界越近，時間變得越慢，到了視界上，時間就變得無限漫長。但只要稍微離引力場遠一點，時間膨脹效應就變得很不明顯了，只有在非常靠近黑洞視界的地方，才會有這種一個小時等於7年的膨脹效應。

所以這也是電影裡最讓人難以理解的，如此靠近黑洞視界的地方，竟然還有行星存在。不過這部電影的科學顧問，著名黑洞物理學家基普•索恩說，這是完全有可能的，但他也承認，巡邏者號降落到米勒星球時，壯觀的黑洞卡岡都亞懸在空中的場景確實不是真實大小，不是太大了，而是縮小了！真實的景象應該是黑洞佔據了半個天空，而為了電影表現需要，導演把它縮小到了只有月亮的20倍大。