上期我們一起探索了《星際穿越》中有趣的三個小問題，那這一期我們繼續來探索星際之旅吧！

一. 什麼是黑洞？影片中的黑洞是怎麼來的？

2019年4月10日，“事件視界望遠鏡”(EHT)專案釋出人類史上首張黑洞照片，由歐洲南方天文臺提供，人類史上第一張黑洞照片揭開了神祕面紗。以下是當時火遍全網的黑洞的照片。

而影片《星際穿越》中曾經出現了史上最接近真正的黑洞的照片。諾蘭導演是有超能力嗎，為什麼他能畫出這麼近似的圖呢？事實上，諾蘭導演與2017年榮獲諾貝爾物理學獎的基普索恩教授一起通過當時所有的資料推導合成計算出來的結果，索恩教授說：“我不確定我所推斷的黑洞是不是真的是這樣，但是我確定百分之九十的推斷是正確的”。的確後來黑洞真實照片與他們合成的十分近似。

那麼黑洞的定義到底是什麼呢？

下圖是影片中出現的黑洞照片

黑洞並不是字面意思的一個洞，而是一個存在於銀河系中心一個完全黑暗的球體，廣義相對論表明，大品質恆星在晚年發生強烈引力坍縮後，會把自身擠壓成一個黑洞。黑洞很特別，它們的品質集中在中心的無體積奇點。而該奇點會強烈彎曲周圍的空間，使得光在一定範圍內無法逃脫出去，所以黑洞是無法通過電磁波直接觀測到。黑洞的表面被稱為事件視界，這是黑洞內外的時空界限。

在某些情況下，黑洞可以間接發光。黑洞產生的強大潮汐作用會把靠近它們的任何物體都給撕碎，這些碎片就會繞著黑洞旋轉，形成一個吸積盤。在吸積盤中的物質不斷螺旋穿過事件視界掉入黑洞的過程中，互相劇烈摩擦的物質就會製造出強大的電磁波，從而使吸積盤發光。

在《星際穿越》中，卡岡圖雅黑洞是一個品質為太陽1億倍的超大品質黑洞，在它周圍有一巨大的發光吸積盤。我們所看到的其實是黑洞周圍的吸積盤，而不是黑洞本身。

黑洞是一種非常神祕的天體。它的體積很小，但密度卻大得驚人，每立方厘米就有幾百億噸甚至更高。由於它的密度大，所以引力也特別強大。不管什麼東西，只要被它吸進去，就別想“爬”出來，連跑得最快的光也逃脫不掉黑洞的巨大引力。光也無法從裡面發射出來，而人要是從腳著地的接近黑洞，引力會將人從腳開始拉伸彎曲，直到不復存在。

在外太空，當你可以聚起非常多的品質，就像在一個超級巨大的恆星，引力就會變得越來越大，越來越大，最終物質對自身施加壓力無法承受，然後一切突然塌陷，併產生一個大爆炸，一些東西被吹走，但剩下的塌陷成一個黑洞。

黑洞繞著它的軸線旋轉，將它周圍的空間的恆星和行星拽到飛快旋轉運動的軌道上，越近，引力就增加的像激流，以至於沒有什麼能逃脫，就像被拖進野獸的心臟，並永遠消失。

二. 什麼是蟲洞？

蟲洞，它們是科幻片的基本特徵，但是它們都基於真正的科學，愛因斯坦的相對論定律，規定了時空的彎曲，他們說蟲洞可能存在，可以存在，所以這一直可以追溯到1916年。蟲洞是時空可以彎曲的特殊途徑。

《星際穿越》裡主要展示的是廣義相對論，也就是引力的理論。蟲洞是從廣義相對論裡得到的。因為星際穿越這部電影是物理學家基普索恩要拍的，主要想在科幻電影裡展示他畢生的研究成果，包括引力、黑洞和蟲洞方面的。他是一個主要研究廣義相對論的物理學家。

整個引力部分都是按照廣義相對論來的，當然加入了一些科幻元素，比如在蟲洞的尺寸上，按照他自己的計算，一個可穿越蟲洞的半徑至少1光年，這顯然沒法編進去，太陽系才1光年呢，按電影裡的航天技術飛1光年要上萬年，這沒法編。所以索恩編了一個高維文明，他們製造了一個高維蟲洞，既然是人工建造的，自然就可以忽略掉自然蟲洞的各種限制。

那什麼是蟲洞呢？打個比方，一張攤平的紙上有A、B兩點，連線兩點的最短距離是直線。有沒有更短距離？當我們把這張紙捲曲起來，用筆把A點捅破，伸出去再把B點捅破，只要紙的捲曲度足夠大，那麼將A點與B點相連的距離就可以比平面上的直線距離更短，甚至短得多。究其原因，是先前的最短距離是對於二維平面來說的，而後來的更短距離利用了第三個維度。

這就說到了維度概念。我們生存於三維空間，這三維分別是長、寬、高。一張忽略厚度的紙則是二維的，即只有長度和寬度，沒有高度。假設紙上有種“二維生物”，它們懂平面幾何學，知道從A點到B點的最短距離是直線。然而有一天，一支空心的筆將捲曲的紙戳穿，把A、B兩點連通，這就是二維世界的蟲洞。“二維生物”發現它後，進入空心筆，從A 點到達B點，便完成了二維世界的“星際穿越”。

相對論認為，時間和空間是緊密關聯的，三維的空間和一維的時間組成的統一整體就是四維時空。我們所在的四維時空充分彎曲，有可能形成存在於更高維度中的蟲洞。穿越蟲洞，就能以遠比通常的直線運動迅疾得多的方式從宇宙的一處到達另一處。

回到過去是否可能？

蟲洞不但是星際穿越的管道，還可能是“時間隧道”。實驗已證明，在強引力場或高速運動狀態下，時間流逝會變慢。卞毓麟解釋說，如果A點和B點相距20光年，而蟲洞讓人用1年時間就從A點到達B點，那麼他就超越了光速。比光運動得更快，使人能夠“追”上已逝去的光景，重見早先的情形，也就是回到了過去。

卞毓麟表示，蟲洞在自然界中是否存在，科學界尚無定論，至少目前還未發現蟲洞存在的證據。通過蟲洞能否回到過去，也是理論物理學界爭論的一個問題。反對者提出“外祖父悖論”：如果一個人回到過去，在他母親出生前殺死外祖父，娶了外祖母，那麼他到底是誰？“回到過去會擾亂因果律，而人們相信因果律是這個世界的普遍規律。《星際穿越》中男主角看到了小時候的女兒和他爭吵的場景，卻無法改變他當時做出的決定，避免了‘外祖父悖論’。