硬科幻電影《星際穿越》放映之后，掀起了全民揭電影“科學(xué)老底”的運動。為了滿足公眾的好奇心，同時也說明這部電影的科學(xué)可信，這部電影的科學(xué)顧問、國際頂尖黑洞研究專家索恩親自寫了同名書自揭老底。

       這本書是索恩寫給所有人的天文學(xué)通識讀本，揭示電影幕后的科學(xué)事實、有根據(jù)的推測和猜想，試圖解開黑洞、蟲洞、星際旅行等一切奇景的奧妙。

       索恩在《星際穿越》中文版序里回憶道，“在美國，一些權(quán)威人士總喜歡在每一部科幻電影剛剛上映時就對其吹毛求疵，傲慢地向人們指出電影存在這樣或者那樣的科學(xué)問題。《星際穿越》也未能幸免。人們從電影上映的第一周就開始挑刺，大多數(shù)人甚至不知道這本書的存在。華納兄弟娛樂公司禁止我們在電影上映前為書做廣告，這可能是因為擔(dān)心書的廣告會帶給人們‘電影太科學(xué)，對普通人來說難懂無趣’的印象。但是華納兄弟允許我們在電影全球上映的同時打出廣告。很多傲慢的評論者在寫下批評數(shù)天后發(fā)現(xiàn)了這本書，在讀過本書后，他們發(fā)現(xiàn)了自己的錯誤。我很驚訝他們中只有極少數(shù)承認了自己的錯誤，但我很高興還是有人這么做了。”

       澎湃新聞經(jīng)授權(quán)摘編該書“一場華夢，九年曲折：電影《星際穿越》的創(chuàng)生”部分書摘，分享給那些希望理解這個奇妙宇宙的讀者。

我最杰出的好萊塢搭檔

        一段失敗的羅曼史最后發(fā)展成了開創(chuàng)性的友誼和合作關(guān)系，這段經(jīng)歷便是《星際穿越》這部電影的種子。

        1980年9月， 我 的 朋 友 卡 爾 ? 薩 根（CarlSagan）給我打了個電話。他知道我是一個單身父親，獨自撫養(yǎng)著十幾歲的女兒，在南加州過著單身漢生活，并且在從事理論物理專業(yè)的工作。

        卡爾打電話給我，建議我參加一次相親——與琳達·奧布斯特一起參加一場首映活動。那是為卡爾即將上映的一部系列劇《宇宙》舉辦的。

        琳達是一位睿智漂亮的編輯，在《紐約時報雜志》（New York Times Magazine）工作，主要負責(zé)“反主流文化和自然科學(xué)”板塊，當(dāng)時剛剛搬到洛杉磯——她其實極不情愿到這兒來，但無奈拗不過她丈夫，不過這也加速了他們的離婚。這一切糟糕事情中的唯一亮點是 ：琳達開始嘗試步入電影圈，參與構(gòu)思一部名為《閃舞》（Flashdance）的電影。

        《宇宙》的首映禮在格里菲斯天文臺（Griffith Observatory）舉辦，是一次正裝活動，但我愚蠢地穿了一件淺藍色燕尾服。洛杉磯所有有頭有臉的人那天都在場！我雖然顯得格格不入，但是卻度過了非常愉快的時光。

        在此后的兩年中，我和琳達時斷時續(xù)地約會，但關(guān)系卻沒有更進一步的發(fā)展。雖然，她的激情迷住了我，但也使我身心俱疲。當(dāng)時，我已經(jīng)在猶豫這種疲憊是否值得，但無奈決定權(quán)不在我這一邊。也許是因為我的絲絨襯衫和雙面針織的肥大休閑褲，琳達很快就對我失去了興趣，但是有一些更好的事情卻正在發(fā)生 ：來自不同世界的兩個完全不同類型的人建立起了一段持久的、富有創(chuàng)造性的友誼和合作關(guān)系。

        時間快進到 2005年10月，在我與琳達時不時進行的一次晚餐聚會中，我們從近期的宇宙學(xué)發(fā)現(xiàn)聊到了左翼政治，又從美味的食物一直聊到了電影制作的變化無常。彼時，琳達已經(jīng)是好萊塢頗有才藝和成就的制作人（作品有《閃舞》《漁王》《超時空接觸》《十日拍拖手冊》），而我也已經(jīng)結(jié)婚。我的太太卡羅爾?溫斯坦（Carolee Winstein）已經(jīng)成了琳達的好友。我在物理學(xué)界做得也還算不錯。

        在一次晚餐中，琳達跟我說了她的一個想法。她構(gòu)思了一部科幻電影，想讓我?guī)退吨T實踐。這將是她二度涉足科幻電影 ：之前，她曾與卡爾?薩根合作拍攝電影《超時空接觸》。

        我從未想象過自己會參與一部電影的制作，在好萊塢與琳達一起冒險更是我做夢也沒想過的。但是與琳達的合作很吸引我，特別是她提到了蟲洞——一個由我開創(chuàng)研究的天體物理學(xué)概念，所以她輕而易舉就拉我入伙了，并進行了一場頭腦風(fēng)暴。

        在接下來的 4 個月里，通過吃飯討論、電子郵件和電話聯(lián)系，我們粗略制定了電影的雛形——它包含了蟲洞、黑洞、引力波、一個五維的宇宙，以及人類和更高維度空間里生物的緣分。

        但最重要的是，在我們的想象中，這部大片將根植于實實在在的科學(xué)，而且是人類認知的最前沿，甚至超過人類認知的科學(xué)。這部電影的導(dǎo)演、編劇和制片人都應(yīng)對科學(xué)持有敬意，并且能從中尋求靈感，徹底地、令人信服地將科學(xué)融入電影素材中。這部電影應(yīng)給觀眾呈現(xiàn)出宇宙中物理定律能夠或可能創(chuàng)造的神奇事物，以及在掌握這些物理定律之后，人類可以成就的偉大事業(yè)。這部電影可以激發(fā)很多觀眾去了解科學(xué)，甚至可能讓他們從此走向科學(xué)事業(yè)。

        9年后，《星際穿越》這部電影實現(xiàn)了我們的所有想象。但是這一過程有如電影《寶林歷險記》一般頗為曲折，曾有數(shù)次我們的夢想幾近坍塌。我們一度找到了電影界的傳奇人物史蒂文 ? 斯皮爾伯格，但后來又錯失了與他合作的機會。我們還找到了一位非常優(yōu)秀的年輕編劇喬納森 ? 諾蘭，然而在非常關(guān)鍵的階段，我們卻又兩次錯失了機會——每次都導(dǎo)致了長達數(shù)月的進度停滯。在兩年半的時間里，這部影片無人問津，也沒有導(dǎo)演。最后，奇跡般地，它在喬納森的哥哥、最杰出的新生代導(dǎo)演克里斯托弗 ? 諾蘭的手中復(fù)活并煥發(fā)出了新的生機。

誰是最初的導(dǎo)演？        

        2006年2月，在我們已經(jīng)為這部電影琢磨了4個月的時候，琳達和托德 ? 費爾德曼（Todd Feldman）共進了一次午餐。托德是斯皮爾伯格在創(chuàng)新藝人經(jīng)紀公司（Creative Artists Agency）的經(jīng)紀人。當(dāng)費爾德曼問起她當(dāng)時正在籌備的電影時，琳達談到了與我的合作，談到了我們對于一部從頭到尾包含真正科學(xué)元素的科幻電影的憧憬——我們關(guān)于《星際穿越》的夢。費爾德曼聽后也非常興奮，他認為斯皮爾伯格可能會感興趣，并且敦促琳達當(dāng)天就把一份劇本大綱給他（他要的劇本大綱應(yīng)是一個大約 20 頁或更長篇幅的有關(guān)故事和人物的介紹）。

        當(dāng)時，我們寫下的所有東西也只有幾封電子郵件，以及幾次晚餐討論時所做的筆記而已。所以我們以旋風(fēng)般的速度工作了幾天，精心制作出了一份長達 8 頁的劇本大綱。我們對這份劇本大綱非常自豪，并把它寄了出去。幾天之后，琳達發(fā)郵件給我 ：        

        斯皮爾伯格已經(jīng)讀了，并且非常感興趣。我們可能需要和他見一面。好戲開始了，愿意來嗎？

        我當(dāng)然愿意！但是就在一個星期之后、具體見面時間都還未來得及安排時，琳達就打來了電話：“斯皮爾伯格要簽下我們的電影！”她欣喜若狂，我也一樣。“這種事情從來沒有在好萊塢發(fā)生過，”琳達告訴我，“從來沒有！”但是，它的確發(fā)生了。

        之后我向琳達坦白，我只看過斯皮爾伯格導(dǎo)演的一部電影——當(dāng)然是《E.T.》，之所以這樣是因為作為一個成年人，我一直對電影不是特別感興趣。所以她給了我一份“家庭作業(yè)”，名為“基普必看的斯皮爾伯格導(dǎo)演的電影”。

        一個月之后的2006年3月27日，我們和斯皮爾伯格進行了第一次會面 ——或者說史 蒂文，我已經(jīng)開始這么稱呼他了。我們在他位于伯班克的電影制作公司安培林娛樂（Amblin） 的核心地帶見面， 那是一個舒適的會議室。

        在會議中，我向史蒂文和琳達提出了兩條準則 ：

        1. 影片中的情節(jié)不能違背已成定論的物理定律，也不能違背已牢固確立的我們對宇宙的認知。

        2. 對尚不明確的物理定律和對宇宙的猜想（通常十分瘋狂）要源自于真正的科學(xué)。猜想的依據(jù)至少要被一些“備受尊敬”的科學(xué)家認可。        

        史蒂文對此很認同，并且接受琳達的建議，召集了一組科學(xué)家和我們集思廣益，組織起一個《星際穿越》研討會。這個研討會于6月2日在加州理工學(xué)院舉行。會議室就在我辦公室外走廊的另一端。

        那是一次長達8個小時的會議，14位科學(xué)家興奮地暢所欲言（包括太空生物學(xué)家、行星科學(xué)家、理論物理學(xué)家、宇宙學(xué)家、心理學(xué)家和一位空間政策專家），與會的還有琳達、史蒂文、史蒂文的父親阿諾德（Arnold）和我。我們聚到一起，雖筋疲力盡，卻收獲了大量的新思路，并否定了一些不成熟的舊想法。這幫助琳達和我修改并豐富了我們最初的劇本大綱。

        由于還有其他事情要做，所以我們花了6個月時間才完成電影的劇本大綱。到 2007 年 1 月，我們的劇本大綱已經(jīng)長達37頁，此外還有16頁關(guān)于電影所涉及科學(xué)的介紹。

一波三折的編劇遴選        

        與此同時，琳達和史蒂文開始物色編劇。這是一個漫長的過程，最終，他們把目光聚集在了喬納森?諾蘭這個年僅31歲的年輕導(dǎo)演身上。他剛和哥哥克里斯托弗合作過兩部影片——《致命魔術(shù)》和《蝙蝠俠前傳 3 ：黑暗騎士崛起》，而且都是大熱影片。

        喬納森（他的朋友叫他喬納）雖然對科學(xué)知識的了解非常少，但他聰明，富有好奇心，又很好學(xué)。他花了幾個月時間啃書本，以便了解關(guān)于《星際穿越》的所有科學(xué)知識。同時，他還提出了很多尖銳的問題。他為我們的電影提出了許多重大、新奇的想法，我們欣然接受。

        與喬納一起工作是一件讓人愉快的事情。很多個中午，他和我在加州理工學(xué)院的教工俱樂部中一起開動腦筋討論關(guān)于影片的科學(xué)問題，通常會長達兩三個小時。喬納總是帶著很多新主意和問題來與我共進午餐。有些問題我可能當(dāng)場就能回答 ：“這在科學(xué)上是可能的，但那個不行……”但我的回答有時也是否定的。此時，喬納就會敦促我多想想 ：“為什么？如果那樣將會如何？”但是我反應(yīng)比較慢，有時就算到了該睡覺時也沒有理出個頭緒來。但在半夜，當(dāng)人的本能反應(yīng)被抑制時，我通常能找到一些方法使他想要的東西成立，或者找到一種替代方法達到他的最終目的。慢慢地，我開始變得善于在半睡半醒的時候進行創(chuàng)造性思考。

        第二天一早，我通常會整理半夜寫下的那些不太清楚的筆記，“破譯”它們，并將之寫到發(fā)給喬納的郵件里。他可能會給我打電話、發(fā)電子郵件或者再約一次午餐，這樣我們便能整合思路。通過這種方式，當(dāng)我們探討到引力異常（gravitational anomalies）以及如何利用它使人類飛離地球的時候，我恰好在當(dāng)前知識領(lǐng)域的認知范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一些方法，讓這些異常現(xiàn)象在科學(xué)上成為可能。

        在關(guān)鍵時刻，我們常常把琳達拉進來。她非常善于批判我們的想法，然后引領(lǐng)我們轉(zhuǎn)向新的方向。在與我們一起為電影開動腦筋的同時，她還運用自己的神奇魔力阻止派拉蒙電影公司的干涉，好讓我們保有創(chuàng)新自主權(quán)。此外，她也在計劃下一步，即把《星際穿越》變成一部真正的電影。

        到 2007年11月，喬納、琳達、史蒂文和我基本就故事結(jié)構(gòu)達成了共識。整個故事經(jīng)過了大面積修改，融合了琳達和我的最初劇本大綱、喬納的偉大創(chuàng)意以及從我們的討論中產(chǎn)生的許多新想法。然后，喬納就開始全力投入劇本寫作的工作。但是，2007年11月5日，美國作家協(xié)會號召罷工。喬納被禁止繼續(xù)寫作，隨后就消失了。

        我一下就慌了。我們所有的辛苦工作、我們的夢想難道就這樣付之東流了？我詢問琳達，她勸我要有耐心，但她自己顯然也非常沮喪。她把這一切都生動地寫進了她的書《好萊塢不眠夜》（Sleepless in Hollywood）中的第 6 章，題目是“大災(zāi)難”。

        罷工持續(xù)了3個月，于2008年2月12日結(jié)束。此時，喬納回來了，接著寫他的劇本，并且與琳達和我進行了密集的討論。在隨后的16個月中，他創(chuàng)作出了一份詳細的劇本大綱，并先后修改了3遍。每一次完成的時候，我們都邀請史蒂文加入討論。史蒂文總會提出些尖銳的問題，這通常會持續(xù)一個小時或更久。然后，他會給出很多建議、要求以及修改的指令。他并不怎么親自動手，但他卻很周到、犀利、有創(chuàng)意，有時還很嚴格。

        2009年6月，喬納把劇本草稿的第 3 版給了史蒂文，然后就又“消失”了——在很久以前，他就接下了電影《蝙蝠俠前傳3：黑暗騎士崛起》的劇本寫作工作，卻拖延了一月又一月，把時間都花在了《星際穿越》上。這時他不能再拖延，于是我們就沒有編劇了。雪上加霜的是，喬納的父親此時也身患重病。喬納在他父親最后的幾個月時間里，一直陪伴在倫敦，直到當(dāng)年的12月份。經(jīng)過這個漫長的沉寂，我越發(fā)擔(dān)心史蒂文會因此失去興趣。

        但史蒂文和我們一樣在等待——等待喬納的回歸。雖然他和琳達完全可以請其他人完成劇本，但他們十分看重喬納的才華，所以他們一直在等待。

        2010年2月，喬納終于回來了。3月3日，史蒂文、琳達、喬納和我進行了一次頗有成效的會面，主要討論9個月前的第3版劇本。我感到一絲欣喜。終于，我們又回到了正軌。

        時間不知不覺就到了6月9日，喬納已經(jīng)在全力修改第 4 版劇本。而此時，我卻收到琳達的一封郵件 ：

        史蒂文的協(xié)議現(xiàn)在出了點兒問題。我在想辦法。

        ……

黑洞，光都無法逃逸的牢籠        

        黑洞卡岡都亞在《星際穿越》這部電影中扮演著重要角色。我們將在本章介紹黑洞的一些基本知識，并在下一章著重研究卡岡都亞。

        首先，請記住一個看似古怪的事實 ：黑洞就是由彎曲的空間和彎曲的時間構(gòu)成的，除此無他。

蹦床上的螞蟻，黑洞彎曲的空間        

        假設(shè)你是一只螞蟻，生活在一張兒童蹦床上——就是那種由高高立柱支撐起來的橡皮膜。此時，一塊很重的石頭落在其上，把橡皮膜拉向下方（見圖 4-1）。不過，你是一只失明了的螞蟻，看不見立柱、石塊或者彎曲的橡皮膜。但你是一只聰明的螞蟻，你懷疑自己生活與其中的整個宇宙（橡皮膜）是彎曲的。為了驗證橡皮膜的形態(tài)，你先在橡皮膜上方靠外圍的區(qū)域繞了一圈，并測量了圓圈的周長，然后你從這個圓圈的一頭穿過中心點徑直爬到另一頭，并測量了圓圈的直徑。如果你所在的世界是平直的，那么圓圈的周長和直徑的比值應(yīng)該正好等于圓周率，即 π（3.14159...）。可是在蹦床上，你發(fā)現(xiàn)圓圈的周長比直徑還要小得多。這讓你肯定，你的宇宙是高度彎曲的！

        在無自旋的黑洞周圍，空間彎曲和蹦床類似。取黑洞的赤道面切片，你就會得到一個二維的表面。從高維空間（超體）中看，這個表面的彎曲方式和蹦床一樣。圖 4-2 展示了黑洞彎曲的空間，看起來與圖 4-1 一樣，只是我們移去了立柱和螞蟻，并在黑洞中心用奇點代替了石頭。我手繪的草圖

        奇點是一個非常小的區(qū)域，在那里二維表面變成了一個點，所以空間才會產(chǎn)生“無限扭曲”。在奇點處，潮汐力無限強大，任何已知物體都會被拉伸和擠壓到無法存在。在第25章、第27章和第28章中，我們會看到卡岡都亞的奇點與此處略有不同，而且還會知道為何不同。

        蹦床的彎曲是由石頭的重量產(chǎn)生的。 你 可能會猜想，類似地，黑洞的空間彎曲也來自奇點。但并非如此。事實上，黑洞的空間彎曲是由引起空間彎曲的巨大能量造成的。這正是我想強調(diào)的。雖然這看起來像是自我循環(huán)，但卻包含著更深刻的含義。

        正如準備射箭時拉開一張硬弓需要很多能量一樣，若想使空間彎曲也需要大量能量。而正如彎曲的弓儲存了彎曲能量一樣（直到松開弦，能量才會從弓傳送到箭上），彎曲能量也儲存在黑洞的彎曲空間中。對黑洞來說，彎曲能量是如此巨大，以至于它本身就可以產(chǎn)生空間彎曲。

        空間彎曲這種非線性、自我循環(huán)式的行為違反了我們的日常經(jīng)驗，卻正是愛因斯坦相對論物理定律的一個基本特性。這有點兒像科幻小說中的人物回到過去并孕育了自己的情節(jié)。

        這種自我循環(huán)式的空間彎曲并不在太陽系內(nèi)發(fā)生。空間彎曲在整個太陽系中都顯得非常小，這種能量也微不足道，遠達不到產(chǎn)生循環(huán)式彎曲的級別。太陽系內(nèi)幾乎所有的空間彎曲都是由質(zhì)量——太陽的質(zhì)量、地球的質(zhì)量、其他行星的質(zhì)量直接產(chǎn)生的。相反，黑洞的空間彎曲則完全由彎曲自身造成。

視界困住的信號，黑洞彎曲的時間        

        如果你是第一次聽說黑洞，那你可能首先想到的是它的引力，而不是它彎曲的空間。

        如果我?guī)е粋€微波發(fā)射器（microwave transmitter）落入黑洞，當(dāng)我穿過視界后，將不可避免地被拉向下方的黑洞奇點。不管我怎樣嘗試，我發(fā)出的所有信號也會和我一樣被拉向下方。任何處在視界上方的人都無法看到我穿過視界后發(fā)出的信號。我和信號都被困在了黑洞中（關(guān)于這一現(xiàn)象在電影《星際穿越》中的呈現(xiàn)，請看第27章）。

        困住我的實際上是黑洞的時間彎曲。假設(shè)我?guī)е鸺龂娚湟嬖诤诙瓷戏奖P旋，我越靠近視界，我的時間流逝將變得越慢。在視界處，時間流逝將停滯。根據(jù)愛因斯坦的時間彎曲理論，我感受到的引力拉伸將趨于無窮大。        

        在視界內(nèi)發(fā)生了什么？時間在那里將被極度彎曲，以至于你會認為時間的流逝方向與某個空間方向重合了 ：時間將向下流逝，指向奇點。事實上，時間之所以向下流逝，正是因為沒有東西能離開黑洞。所有東西都被無可避免地拉向未來。在黑洞內(nèi)部，未來指向奇點，遠離視界，因此，一切都被無可避免地拉向下方，無法離開。        

無可抵抗的空間“漩渦 ”        

        黑洞可以自旋，就好像地球會自轉(zhuǎn)一樣。自旋的黑洞會拉動它周圍的空間進行一種漩渦式的回旋運動（見圖4-4）。就好像颶風(fēng)中的空氣在靠近黑洞中心的地方時空間回旋會變得越來越快，而越向外遠離黑洞的地方會回旋得越慢一樣，任何落向黑洞視界的東西，都會被回旋的空間拉著，不停地繞著黑洞做回旋運動，如同被颶風(fēng)捕獲和拖拽著的一根稻草。在視界附近，這種拖拽將變得無法抗拒。