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诺兰的新片《星际穿越》一如既往地好看,他拍电影最成功的地方是让观众不明觉历,然后在观影之后不是吐槽就是分析电影中环环相扣的情节的具体意图,以及在所有细节背后那神秘而巨大的意义。
那么,在这部新片中,那个神秘而巨大的意义指向何方?
所有观众都感到了这个意义,但说不清楚,再加上对爱因斯坦理论以及编剧之一物理学家基普·索恩的虫洞理论的不熟悉,导致很多人觉得其实十分简单的情节并不简单,甚至有点扑朔迷离。很多人希望我写个解释,原因就在于此。
其实,在整个影片中,我们只需要解答三个物理问题,然后,这个故事就可以自圆其说了,你也就看懂了。
第一个物理问题,时间变慢。在爱因斯坦的引力理论中,时间是弯曲的,空间也是弯曲的,它们弯曲的原因是能量和质量。更大的质量密度导致更大的弯曲,在黑洞附近,时间弯曲的表现是时间流动变慢,在那里,秒针动一下,在地球上也许整天整年都过去了。事实上,当库珀和艾米莉亚逃离那个有着巨大海浪的行星后,留在主飞船上的同事黑人罗米尼已经觉得二十多年过去了,头发也开始变得花白。
另外,由于他们一直在黑洞附近,相对他们而言,地球上的时间变得飞快,渐渐地,库珀的女儿墨菲长大了,成为布兰德教授的学生,最后,布兰德也带着未能解开引力方程的遗憾去世了。在去世的时候,他告诉墨菲,所谓A计划即拯救整个地球人的计划并不存在,因为他知道,解开引力的秘密藏在黑洞奇点附近。没有那些量子信息,引力的秘密无法解开,从而人类也就无法离开地球。
时间变慢的另一个重要效应是当库珀落入超立方体时,她的女儿也长大了,也就可以理解他传输的量子信息,这样也就能够解开布兰德没有解开的方程,从而率领人类离开地球。当然,还有一个效应就是库珀在被神秘地推离黑洞之后,会被人类的后代所解救。我们还得再加上一个效应:虽然在地球这一头人类已经繁衍了好几代,而在另一头艾米莉亚才刚刚在她男友的行星上安顿下来,从而库珀还可以驾驶更加先进的飞船再次穿越虫洞与她相会。
通过引力场,时间变慢的效应其实就是走向未来。
综上所述,在时间变慢的问题上,我相信人们说的,诺兰或者索恩没有任何破绽。事实上,索恩在他的新著《星际穿越的科学》中应该仔细计算了每一步。
接下来是那个在土星附近出现的虫洞,这是一个没有“时间变慢”效应那么靠谱的设定,但比最后的超立方体还算靠谱些。
首先,虫洞不是地洞,也不是在我们的三维空间中挖出的一个类似圆柱体的东西。要正确理解虫洞,我们可以先从二维的纸片说起。在一个巨大的两维纸片上,随意选出两个点A和B,比如一个是北京,一个广州,其间的距离超过两千公里。这两个点的距离甚至可以更远,比如一个在地球,另一个在仙女座大星云之中的某个星球上,距离差不多有两百五十万光年,当然,也可以是地球和《星际穿越》中的那个黑洞,距离未知,可能是另一个星系也可能是宇宙的尽头137亿光年。假想有这么一个二维纸片宇宙,假想这个巨大的纸片在一个不存在的三维空间弯曲起来,使得两个点相对。现在,我们在两个点周围分别挖去一个半径一样大的圆形纸片,再用一个半径同样大小的圆柱面将这两个洞连接起来,现在我们获得了一个几何上与一个简单纸片不同的二维世界。
在这个二维世界中,从A点走到B点有两种途径,一种是以前的途径,很远,例如北京到广州的两千公里,或者地球到仙女座星云的二百五十万光年。另一个途径是通过圆柱面,这个圆柱面可短可长,也许只有一公里甚至更短,依赖对这个圆柱面做了什么假设。
这个连接两维宇宙的圆柱面就是虫洞。
这个虫洞不是二维世界中的地洞,因为在二维世界中,地洞就像在二维纸片上用两个平行线段画出的一个长方形,它的边界是两条平行线。进入这个两个平行线的口是一个垂直于两条平行线的线段。而二维虫洞是一个圆柱面,进入圆柱面的口是一个圆。
现在,我们简单地将以上的图像推广至三维空间。我们在三维空间的A点和B点分别挖去一个球体,然后,用一个三维圆柱面(其边界是球面)连接这两个球体的边界。这样,当我们进入虫洞时,我们进入了一个球体,就像《星际穿越》里土星附近的那个球体一样。
据说,索恩和同事们就这个虫洞写了两个科学论文,一篇关于这个虫洞的物理学,一篇关于这个虫洞的视觉形象。因为这个球体内部通向了另一个宇宙,因此,站在球体外面,我们看到了一些那个宇宙中的星系。当然,那个宇宙也许是另一个星系,也许是我们宇宙的尽头,也许是一个完全不同的宇宙。
尽管通过寻常的路径我们要走上一百亿年(以光的速度)才能到达宇宙尽头的那个黑洞,但我们也可以穿过虫洞抵达那个黑洞和它周围的行星。
虫洞在几何上是靠谱的,物理学上它是否能够存在却一直是一个疑问。因为,它必须是爱因斯坦方程的一个解,要获得这样的解,我们需要负能量。只有负能量才可能把三维空间扭曲,制造出虫洞。目前在我们的认知中,所有物质的能量都是正的,如果产生负能量就会产生斥力。比方说,如果你推一个物体,它的加速方向是相反的。可是,我们在宇宙中还没有见识过负能量。也许负能量压根不存在,也许等到我们将来的技术更加发达了,就像影片中那个生活在五维时空中的智慧体一样,我们能够制造出负能量。
因此,虫洞不像前面的所说的时间变慢,不一定靠谱。
接着,我们来到影片最不靠谱的也是最重要的一段,超立方体。不错,在黑洞附近,一切变慢了,也许一秒相当于地球的一个世纪甚至更长,取决于你离黑洞的表面有多近。可以想象,假如地球那一端有人给黑洞附近的库珀发来电视视频,他可以在几分钟内看到地球一个世纪的历史演变,但是,他不可能看到过去的自己,他只能看到未来,否则就形成了所谓时光旅行。而时光旅行是《星际穿越》中的时光机现象必须的,他看到了过去的自己和过去的墨菲,并通过“引力异常”给他们传达了信息,包括航天秘密地址,包括“Stay”。因此,那个超立方体明显不是靠谱的时间变慢效应。 那是什么效应?引力异常?不是,引力异常只是库珀在用引力波发射的信号。两维时间?当然,没有两维时间,只有三维的墨菲房间以及无数个这个的房间叠加。在这些无数个房间中出现了历史的不同片段。第五维空间?就像库珀和墨菲进入基地后物理学家布兰德告诉他们的那样,存在生活在五维空间中的智慧体?也不是。你只需要停下来想一想,假如你是生活在一个纸片上的生物,不能回到过去,那么,你能够被三维人抓出来回到过去吗?不能,因为三维人本身也回不到过去。
因此,只有一种解答,那是爱的效应,爱超越时间和空间,这是影片中出现不止一次的台词。艾米莉亚在论证为什么应该去她男友到达的行星时这么说过,别人也这么说过。爱让库珀在超立方体中回到女儿房间的背面,而不是地球上任何其他地方,比如广州。爱让机器人塔斯在奇点处莫名其妙获得量子信息,爱让墨菲手表的指针不停接受引力反常。最后,爱让生活在五维中的智慧体将库珀推离黑洞,并让他回到土星附近,那里有他的女儿以及解救他的人。
当然,爱也莫名其妙地让库珀在离开黑洞穿越虫洞时遇上第一次穿越虫洞的自己并与艾米莉亚握手。
同样,爱让见过已经衰老的女儿的库珀重新驾飞船去会见艾米莉亚,也许他们将一道在宇宙的另一端繁衍新人类。
我还没有读过索恩的《星际穿越的科学》,不知道他如何解释超立方体以及时光机现象,但我实在看不到一个符合物理学的解释。当然,如果我们仔细地修改物理学,时光机现象是可以发生的,并且并不导致类似自己回到过去杀死自己的悖论,可是我还是不理解为什么库珀在落到黑洞边缘会那么巧合地见到女儿房间形成的超立方体。也完全不理解生活在五维空间的智慧体——其实是生活在非常非常遥远未来的人类——为何特别关注库珀而不是艾米莉亚。
还有一个问题,也许是诺兰谜题的一部分:是土星附近的人类进化成生活在五维空间中的智慧体,还是艾米莉亚携带的受精卵进化成五维空间的智慧体?
最后的最后,那个方程的解是怎么回事?为什么藏在黑洞的奇点附近?那个解是人类离开地球所需要的?还是人类进化成五维智慧体所需要的?还是超立方所需要的?当然,这是又一轮循环。
那么,在这部新片中,那个神秘而巨大的意义指向何方?
所有观众都感到了这个意义,但说不清楚,再加上对爱因斯坦理论以及编剧之一物理学家基普·索恩的虫洞理论的不熟悉,导致很多人觉得其实十分简单的情节并不简单,甚至有点扑朔迷离。很多人希望我写个解释,原因就在于此。
其实,在整个影片中,我们只需要解答三个物理问题,然后,这个故事就可以自圆其说了,你也就看懂了。
第一个物理问题,时间变慢。在爱因斯坦的引力理论中,时间是弯曲的,空间也是弯曲的,它们弯曲的原因是能量和质量。更大的质量密度导致更大的弯曲,在黑洞附近,时间弯曲的表现是时间流动变慢,在那里,秒针动一下,在地球上也许整天整年都过去了。事实上,当库珀和艾米莉亚逃离那个有着巨大海浪的行星后,留在主飞船上的同事黑人罗米尼已经觉得二十多年过去了,头发也开始变得花白。
另外,由于他们一直在黑洞附近,相对他们而言,地球上的时间变得飞快,渐渐地,库珀的女儿墨菲长大了,成为布兰德教授的学生,最后,布兰德也带着未能解开引力方程的遗憾去世了。在去世的时候,他告诉墨菲,所谓A计划即拯救整个地球人的计划并不存在,因为他知道,解开引力的秘密藏在黑洞奇点附近。没有那些量子信息,引力的秘密无法解开,从而人类也就无法离开地球。
时间变慢的另一个重要效应是当库珀落入超立方体时,她的女儿也长大了,也就可以理解他传输的量子信息,这样也就能够解开布兰德没有解开的方程,从而率领人类离开地球。当然,还有一个效应就是库珀在被神秘地推离黑洞之后,会被人类的后代所解救。我们还得再加上一个效应:虽然在地球这一头人类已经繁衍了好几代,而在另一头艾米莉亚才刚刚在她男友的行星上安顿下来,从而库珀还可以驾驶更加先进的飞船再次穿越虫洞与她相会。
通过引力场,时间变慢的效应其实就是走向未来。
综上所述,在时间变慢的问题上,我相信人们说的,诺兰或者索恩没有任何破绽。事实上,索恩在他的新著《星际穿越的科学》中应该仔细计算了每一步。
接下来是那个在土星附近出现的虫洞,这是一个没有“时间变慢”效应那么靠谱的设定,但比最后的超立方体还算靠谱些。
首先,虫洞不是地洞,也不是在我们的三维空间中挖出的一个类似圆柱体的东西。要正确理解虫洞,我们可以先从二维的纸片说起。在一个巨大的两维纸片上,随意选出两个点A和B,比如一个是北京,一个广州,其间的距离超过两千公里。这两个点的距离甚至可以更远,比如一个在地球,另一个在仙女座大星云之中的某个星球上,距离差不多有两百五十万光年,当然,也可以是地球和《星际穿越》中的那个黑洞,距离未知,可能是另一个星系也可能是宇宙的尽头137亿光年。假想有这么一个二维纸片宇宙,假想这个巨大的纸片在一个不存在的三维空间弯曲起来,使得两个点相对。现在,我们在两个点周围分别挖去一个半径一样大的圆形纸片,再用一个半径同样大小的圆柱面将这两个洞连接起来,现在我们获得了一个几何上与一个简单纸片不同的二维世界。
在这个二维世界中,从A点走到B点有两种途径,一种是以前的途径,很远,例如北京到广州的两千公里,或者地球到仙女座星云的二百五十万光年。另一个途径是通过圆柱面,这个圆柱面可短可长,也许只有一公里甚至更短,依赖对这个圆柱面做了什么假设。
这个连接两维宇宙的圆柱面就是虫洞。
这个虫洞不是二维世界中的地洞,因为在二维世界中,地洞就像在二维纸片上用两个平行线段画出的一个长方形,它的边界是两条平行线。进入这个两个平行线的口是一个垂直于两条平行线的线段。而二维虫洞是一个圆柱面,进入圆柱面的口是一个圆。
现在,我们简单地将以上的图像推广至三维空间。我们在三维空间的A点和B点分别挖去一个球体,然后,用一个三维圆柱面(其边界是球面)连接这两个球体的边界。这样,当我们进入虫洞时,我们进入了一个球体,就像《星际穿越》里土星附近的那个球体一样。
据说,索恩和同事们就这个虫洞写了两个科学论文,一篇关于这个虫洞的物理学,一篇关于这个虫洞的视觉形象。因为这个球体内部通向了另一个宇宙,因此,站在球体外面,我们看到了一些那个宇宙中的星系。当然,那个宇宙也许是另一个星系,也许是我们宇宙的尽头,也许是一个完全不同的宇宙。
尽管通过寻常的路径我们要走上一百亿年(以光的速度)才能到达宇宙尽头的那个黑洞,但我们也可以穿过虫洞抵达那个黑洞和它周围的行星。
虫洞在几何上是靠谱的,物理学上它是否能够存在却一直是一个疑问。因为,它必须是爱因斯坦方程的一个解,要获得这样的解,我们需要负能量。只有负能量才可能把三维空间扭曲,制造出虫洞。目前在我们的认知中,所有物质的能量都是正的,如果产生负能量就会产生斥力。比方说,如果你推一个物体,它的加速方向是相反的。可是,我们在宇宙中还没有见识过负能量。也许负能量压根不存在,也许等到我们将来的技术更加发达了,就像影片中那个生活在五维时空中的智慧体一样,我们能够制造出负能量。
因此,虫洞不像前面的所说的时间变慢,不一定靠谱。
接着,我们来到影片最不靠谱的也是最重要的一段,超立方体。不错,在黑洞附近,一切变慢了,也许一秒相当于地球的一个世纪甚至更长,取决于你离黑洞的表面有多近。可以想象,假如地球那一端有人给黑洞附近的库珀发来电视视频,他可以在几分钟内看到地球一个世纪的历史演变,但是,他不可能看到过去的自己,他只能看到未来,否则就形成了所谓时光旅行。而时光旅行是《星际穿越》中的时光机现象必须的,他看到了过去的自己和过去的墨菲,并通过“引力异常”给他们传达了信息,包括航天秘密地址,包括“Stay”。因此,那个超立方体明显不是靠谱的时间变慢效应。 那是什么效应?引力异常?不是,引力异常只是库珀在用引力波发射的信号。两维时间?当然,没有两维时间,只有三维的墨菲房间以及无数个这个的房间叠加。在这些无数个房间中出现了历史的不同片段。第五维空间?就像库珀和墨菲进入基地后物理学家布兰德告诉他们的那样,存在生活在五维空间中的智慧体?也不是。你只需要停下来想一想,假如你是生活在一个纸片上的生物,不能回到过去,那么,你能够被三维人抓出来回到过去吗?不能,因为三维人本身也回不到过去。
因此,只有一种解答,那是爱的效应,爱超越时间和空间,这是影片中出现不止一次的台词。艾米莉亚在论证为什么应该去她男友到达的行星时这么说过,别人也这么说过。爱让库珀在超立方体中回到女儿房间的背面,而不是地球上任何其他地方,比如广州。爱让机器人塔斯在奇点处莫名其妙获得量子信息,爱让墨菲手表的指针不停接受引力反常。最后,爱让生活在五维中的智慧体将库珀推离黑洞,并让他回到土星附近,那里有他的女儿以及解救他的人。
当然,爱也莫名其妙地让库珀在离开黑洞穿越虫洞时遇上第一次穿越虫洞的自己并与艾米莉亚握手。
同样,爱让见过已经衰老的女儿的库珀重新驾飞船去会见艾米莉亚,也许他们将一道在宇宙的另一端繁衍新人类。
我还没有读过索恩的《星际穿越的科学》,不知道他如何解释超立方体以及时光机现象,但我实在看不到一个符合物理学的解释。当然,如果我们仔细地修改物理学,时光机现象是可以发生的,并且并不导致类似自己回到过去杀死自己的悖论,可是我还是不理解为什么库珀在落到黑洞边缘会那么巧合地见到女儿房间形成的超立方体。也完全不理解生活在五维空间的智慧体——其实是生活在非常非常遥远未来的人类——为何特别关注库珀而不是艾米莉亚。
还有一个问题,也许是诺兰谜题的一部分:是土星附近的人类进化成生活在五维空间中的智慧体,还是艾米莉亚携带的受精卵进化成五维空间的智慧体?
最后的最后,那个方程的解是怎么回事?为什么藏在黑洞的奇点附近?那个解是人类离开地球所需要的?还是人类进化成五维智慧体所需要的?还是超立方所需要的?当然,这是又一轮循环。