本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，僅反映作者觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
在之前一篇博文中，關於克里斯托弗·諾蘭最新鉅製電影《星際穿越》，我讚揚了這部電影的雄心壯志、視覺效果以及演員們出色的表演。然而，我也批評了影片對星際旅行的描繪，以及情節中充斥著許多看似毫無意義的細節。
也許是因為我稱其某些科學內容“可笑地錯誤”，我的博文引起了基普·索恩的注意，他是加州理工學院的物理學家，擔任該片的科學顧問。索恩寄給我一本他的新書《星際穿越的科學》，並鼓勵我閱讀並重新考慮我的批評。這本書講述了電影創作背後的故事，並對《星際穿越》中許多原本看似荒謬的方面提供了深刻而透徹的解釋。
索恩在對待電影的科學內容時非常公正，他承認哪些地方的藝術自由度很大，哪些地方几乎沒有使用。如果你喜歡這部電影，但覺得其中一些部分令人困惑或不解，《星際穿越的科學》及其提供的視角可能正適合你。
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索恩和我在一次電話採訪中討論了《星際穿越》和他的書。以下是我們對話的文字記錄，為簡潔和清晰起見，已進行編輯。
我想首先說我非常喜歡你的書。它讓我更深刻地體會到，為了使電影的情節合理化，人們付出了多麼巨大的努力。
在我們開始之前，我想先說，我所做的不僅僅是為電影中的科學內容辯護。這個故事很大程度上是從科學基礎上建立起來的，透過我和諾蘭兄弟的頭腦風暴會議。我很少需要在事後去解釋事情。
嗯，如果我錯了請糾正我，但在我看來，並非所有科學在電影中都得到同等對待，其中影片視覺效果背後的科學似乎更受重視。以電影中宇航員訪問的超大質量黑洞“卡岡圖婭”為例。它不僅在美學上令人驚歎，而且在數量上也令人驚歎，因為正如你在書中展示的那樣，它看起來像真實的東西。這發生在你和電影製作人之間反覆推敲的細緻過程中。但在你的書中，你也提到克里斯托弗·諾蘭曾向你提出一個“不可協商”且相當牽強的想法，即讓宇航員訪問一顆圍繞卡岡圖婭執行的行星，在那顆行星上，相對論效應使得那裡的一小時相當於地球上的七年。
你知道，克里斯當時也認為超光速太空旅行是“不可協商的”，但後來這一點被改變了，最終的電影中並沒有出現。他在我們的頭腦風暴中使用了這個詞，但最終經過深入討論，他轉變了想法。我們總能找到某種方法讓事情協同工作，但在超光速旅行這個例子中，我給他列舉了一系列理由，說明我們非常確定物理定律會阻止它發生。我們為此斷斷續續地討論了幾個小時，持續了兩週多的時間，直到他從直覺上意識到我指出的問題是無法克服的。然後他乾脆放棄了超光速旅行的想法，轉向了另一個方向。
關於圍繞卡岡圖婭非常近距離執行的行星之一與地球上的時間流逝之間存在巨大時間差異的問題——問題似乎在於，沒有任何行星能夠承受由此產生的引力。即使是我，也直覺地認為這是不可能的，直到我為此思考了一晚上，並進行了幾個小時的計算。我得出的結論是，這實際上是可能的。黑洞需要高速旋轉，但旋轉速度有可能足夠快，以至於一顆行星在必要的近距離、穩定的圓形軌道上執行時，不會被撕裂。我不會責怪任何人說“嘿，那是不可能的”，除非他們事先看過我的書！除非是那些對廣義相對論非常精通，並且我期望他們會去做計算的人！
我認為，這突顯了你為這部電影所做的繁瑣的數字運算，無論是在頭腦風暴構思，還是在逆向工程情節方面。這對你來說是一個令人沮喪的過程嗎？
在創作過程中，唯一可能令人沮喪的事情是關於超光速的討論，只是在尋找我們能夠用同一種語言交流的方式。我與克里斯以及在他之前的編劇喬納的互動，實際上是非常愉快的。這是最棒意義上的頭腦風暴，一位藝術家和一位科學家共同面對一個複雜的問題，試圖在一個正在成形的故事背景下產生想法，尋找有趣的科學想法，從而將故事引向某些方向。在兩個背景截然不同的人之間找到共同點——一位藝術家透過自學對宇宙和自然規律有著驚人的直覺，但沒有真正的訓練，而我，一位受過更正規訓練的科學家——這真是太有趣了。
除此之外，我主要的挫敗感是，我們未能更早地出版我的書，以至於在最初的一兩週裡，很多人在沒有看過這本書的情況下就對電影的科學性發表評論。
這聽起來很熟悉。我第一次看這部電影時，主要的批評之一是，卡岡圖婭周圍的吸積盤能量足夠強大，可以為繞其執行的行星提供光和熱，但又不會太熱太亮，以至於會使宇航員暴露在致命的X射線和伽馬射線中。但你在書中解釋了，這並非像看起來那麼難以置信。
卡岡圖婭的吸積盤是貧血的，這意味著它不像天文學家可以看到和研究的黑洞吸積盤那樣危險。它的溫度與太陽表面溫度相當。以我們目前的技術，如果吸積盤位於某些星系中心的超大質量黑洞周圍，天文學家實際上無法看到這種溫度的吸積盤。相反，天文學家看到的吸積盤能量更高，併發出大量的X射線。
早在 20 世紀 70 年代初，我就與伊戈爾·諾維科夫一起研究出了薄吸積盤的相對論理論，所以我非常瞭解這一點。對於天文學家看到的那些高能量吸積盤，吸積是一種穩態，氣體流向吸積盤並向下流向黑洞。你可以計算出溫度分佈以及它在何處發射硬 X 射線和軟 X 射線。在電影中，吸積盤圍繞黑洞執行，而不是吸積到黑洞上。你在電影中看不到任何氣體流向黑洞是有原因的，因為如果存在這種流動，它會烤焦宇航員。卡岡圖婭的吸積盤是過去吸積盤的殘餘物。它處於靜止狀態並正在冷卻。
這是一個至關重要的細節，實際上與克里斯的電影製作觀點相吻合。克里斯想要的是在宇航員可以看到的光波長範圍內具有視覺衝擊力的東西。這就是他得到的——一種在光學上發光，但又不會太熱以至於散發出大量危險的高能輻射的東西。不過，我想說的是，這種特殊的靜止和冷卻的吸積盤不會長時間處於這種狀態。但是，哈，電影所需要的只是在宇航員訪問期間黑洞周圍有一個安全、明亮的環境，而這個吸積盤滿足了這一點。
還有其他科學合理性與電影製作人想要的東西相吻合的例子嗎？
我在書中討論過一個例子，其中一顆行星——米勒星球，就是那顆離卡岡圖婭非常近的行星——有巨大的海浪威脅著宇航員。我在書中沒有使用這個詞，但這些波浪似乎是孤立子，孤立波。它們不會破碎，而且它們可能來自水域較深的區域。對它們的一種可能的解釋是，它們類似於潮汐湧，潮汐湧可以隨著潮汐的上漲而沿著河流的漫長而平緩的河道向上奔湧。
正如我在書中描述的那樣，我設想這顆行星是潮汐鎖定的，始終保持同一面朝向黑洞，這樣潮汐力就不會將其撕裂。但它潮汐鎖定的時間並不長，它相對較晚才被置於軌道上，因此它實際上相對於潮汐鎖定位置略微來回擺動，因此在行星表面的海洋中產生了巨大的潮汐。而這些潮汐力非常巨大，以至於產生了你在電影中看到的巨浪。幸運的是，在電影的對話中我們瞭解到，這些海浪大約每隔一小時出現一次。碰巧的是，行星來回振盪以產生如此巨大海浪的週期也需要一個小時。我不得不承認，直到劇本中確定了海浪的大小和一小時的週期後，我才意識到這一點。
你是否遇到過或對這部電影有任何基於科學的批評？
我在其他地方說過，但電影中有一點在物理定律方面讓我感到困擾，那就是冰的強度不足以支撐在訪問過的行星之一上看到的結構。不過，大多數提到這一點的地方往往忽略了我的宣告的後半部分，那就是如果冰的強度是這部電影中最嚴重的錯誤，那我們就做得相當不錯了！
沒錯。在某種程度上，這可以被視為一種榮譽勳章，一些觀眾對這部電影的認真程度甚至達到了會擔心其部分科學內容是否正確的地步。但你認為人們對電影的科學依據感到不安是否是沒抓住重點？
我認為對於像這樣的電影，你可以從多種角度來看待，如果有人想深入研究並尋找科學上的缺陷，我認為這完全合理。
我堅持認為，我相信克里斯也會堅持認為，在很大程度上，真實的科學可以為電影帶來精彩的想法，在大多數情況下，這些想法可能比編劇憑空捏造出來的東西更好。你知道，這是克里斯第一次渴望製作一部具有真正科學準確性的電影。他的電影一直都有自己的內在邏輯。他總是為每一部電影制定一套連貫的規則，說明什麼可以發生，什麼不能發生，這是他與觀眾之間協議的一部分。但這是第一部規則集與已知的自然規律密切相關的電影，並且從中產生了一些真正精彩的東西。真正的科學可以成為偉大電影製作的絕佳基礎。
我應該補充一點，電影的某些部分所涉及的科學超出了我們目前的知識前沿。時間旅行就是一個例子。關於物理定律是否允許時間倒流，已經進行了大量的研究，我們得到了一些有趣的結果，但沒有確定的答案。在那個領域，克里斯制定了他自己的規則集，去年年初他向我描述時，我們對此進行了詳細的討論。這是一個我可以找到科學依據的規則集，但它也是一個受物理定律約束較少的規則集，因為我們還不瞭解該領域的物理定律！
你知道，我之前關於《星際穿越》的文章重點根本不是要攻擊科學性，而是想說蟲洞和曲速引擎以及其他奇異的想法可能不是我們通往星辰的最佳途徑。事實上，一些非常德高望重的科學家似乎認為星際旅行非常困難，以至於實際上是不可能的。你怎麼看？你認為我們的後代或我們自己有一天會離開太陽系嗎？如果會，我們將如何做到？
我非常肯定我們會的，如果我們這個物種能夠存活那麼久。我在書中有一章專門討論星際旅行，並舉例說明了如何進行星際航行。核脈衝推進、雷射驅動的光帆、雙黑洞彈弓等等。儘管這些方法可能很粗糙且遙不可及，但它們讓我相信，人類星際旅行的時代終將到來。但這還需要很長時間，非常長的時間——至少還要幾個世紀。
那麼，對於這些遙不可及的提議，是否可以說，在某些方面，它們比蟲洞或曲速引擎的概念更合理甚至更容易實現？
我認為物理定律很可能禁止曲速引擎和可穿越的蟲洞。過去 25 年來，為確定其可能性而進行的研究都指向了負面方向，但這扇門並沒有完全關閉。因此，這裡有兩個問題。一是物理定律可能禁止它，但是，天哪，如果它們不禁止，那就太好了！另一個是，製造曲速引擎或可穿越蟲洞所需的技術，遠遠遠遠超過雷射帆或核脈衝火箭所需的技術，因此我不贊成投入任何大量資源來嘗試開發它。
現在，你可能會花費少量資金——數萬或數十萬美元——在這方面，但這沒什麼問題。同行評審，至少在美國和歐洲，其力度足以避免數百萬或數十億美元被花費在這些事情上的風險。蟲洞所需的技術與我們目前和可信的近期能力相去甚遠，以至於投入大量資金幾乎肯定會是徹底的浪費。
那麼，如果蟲洞如此遙不可及，為什麼還要關注它們呢？如果有人真的受到這部電影的啟發，並想親自為將像星際旅行這樣瘋狂的事情更接近現實做出貢獻，他們應該怎麼做？
在很大程度上，我在這裡的動機是試圖利用這部電影作為誘餌，讓那些原本對科學不太感興趣的人對科學產生好奇，透過讓他們接觸到像蟲洞這樣奇異而奇特的現象。電影是誘餌，而這本書是我想要用來進一步吸引他們的鉤子，讓他們深入挖掘並學習一些新東西。如果他們還年輕，也許他們會考慮從事科學事業，而不是金融或法律。如果他們年紀較大，我仍然認為，更大部分的公民掌握足夠的科學知識來理解科學的力量和侷限性，是非常重要的。
這實際上是為了激勵其他人學習足夠的自然規律以及工程和技術知識，以便他們能夠利用這些規律為我們的社會做出一些真正的貢獻，也許最終是朝著星際旅行，以及目前是行星際旅行的方向努力。最核心的事情是激發人們對此的興趣，以便他們專注於真正的科學和技術，並利用這些工具在我們的世界中做出重大改變。