神人无功
未来某年，地球人口暴涨。300亿？600亿？不知道。反正人们很怀念只有60亿的时代。沙尘暴肆虐，植物大部分已经灭种。植物少了，氧气也开始稀薄。全人类将在至多50年时间里，在窒息或饥饿中灭绝。
美国前宇航员库珀被征召回去参加拯救人类的“拉撒路计划”，在宇宙中寻找适合人类生存的星球。他被告知有两个计划：A：把人类转移过去；B：只运送几百个受精卵到新星球“殖民”，以这种方式延续人类。但是这样的星球很远，所以他们只能穿过超时空的“虫洞”，用大约10年的时间来完成常规几百年的旅程。
当飞船到达第一个目标星球时，宇航员发现根本不具备适合人类生存的条件。更悲摧的是，他们这时才知道，计划A根本就是一个骗局。主持这项计划的布兰德教授因为一个引力方程无解，根本不可能把地球人类转移出来。因此，他们只能飞往第二个目标星球去完成计划B。
新的航程开始了，由于燃料不足，库珀把自己当作反作用力反方向飞回地球，以给布兰德教授的女儿——年轻漂亮的小布兰德教授的飞行舱有足够的作用力到达目的地。回到地球时，库珀由于穿越黑洞时的“钟慢效应”，比他离开地球时只有10岁的女儿墨菲还要年轻。可是现在他在一个五维空间里，能看见女儿却无法交流。着急的是，他已经解开了老布兰德的引力方程——计划A可以实现！
对家人和人类的爱使他终于想出办法，把方程解传输给了已在美国航天局工作的墨菲。待到库珀最终被转移到人类建造的“库珀空间站”时，中年的他终于在病房里见到了耄耋之年的女儿墨菲。在女儿的鼓励下，库珀又重登征程，去会合执行计划B的小布兰德。
这就是最近上映的美国科幻片《星际穿越》里的故事。除了豪华的导演和演员阵容，编剧是本片一大亮点：第一编剧是当下世界一流的天体物理学家基普?索恩。
索恩也许大家不熟，霍金总知道吧——那位坐在轮椅上的物理大师。索恩就是霍金的好友，而且还是“赌友”。上世纪这俩人开了两个“赌局”——天鹅X-1星是否傍有一个黑洞，黑洞信息是否守恒，两次都以霍金失败而告终。
由这样一位内行操刀剧本，足值的科学含量使这部电影成为“硬科幻”。有人说这部影片“既催泪又烧脑”。“催泪”嘛，多准备几张纸巾就行；而“烧脑”，我们就不得不预习一下功课。
穿越时空的隧道
“虫洞”是索恩的导师惠勒在1957年首次使用的概念，尽管这个理论早在1935年由爱因斯坦已经提出。好比一个苹果上的一条小虫，要从苹果的一端到达另一端，它只能沿着苹果表面爬过一条弧线的路径。恰好它又是一条蛀虫，它就蛀出一个“虫洞”，直线到达目的地。更奇异的是，苹果表面是一个二维空间(长宽)，而“虫洞”却是三维空间(长宽高)。
至于宇宙航行呢？相对论已经证明空间是弯曲的，从任何一个星球发出一束光线，只要时间足够长，它一定会回到这个星球。因此，在四维时空(三维空间加一维时间)航行，从星球A到达星球B，最短的航线是一条弧线。但空间曲线并不是平滑的，如果在某处有一个质量特别密集的“黑洞”，就会形成一个漏斗形的凹陷。
假设星球A旁有一个黑洞A，星球B旁有一个黑洞B，这两个黑洞就象两条蛀虫在常规的弧线航线上“蛀”出两个凹陷，最后两个黑洞接通，就形成了一个五维时空的“虫洞”。
通过“虫洞”这个“时空隧道”，原本漫长的旅程就变得几乎可以即时到达。影片中老布兰德教授形象地比喻：一张平铺的白纸上的两个点，连接它们需要一条漫长的直线。如果把这张纸对叠过来，让两个点重合，那么从此点到彼点就只有两张纸的厚度。
黑洞也是惠勒提出的概念(这个奇思妙想的家伙)，尽管理论和实验远在概念提出前。1915年，德国物理学家史瓦西就根据相对论推导出一个“史瓦西半径”，认为任何天体，只要它的质量被压缩到这个半径之内，则内部或从外部进入的任何物质，哪怕是一束光线，都无法从中逃逸。比如说地球，如果压缩成一个只有几厘米直径的小乒乓球，也会成为一个黑洞。
现在天体物理学的理论和实验已经证明，茫茫宇宙，有无数质量足够大的恒星，当它们的燃料耗尽的时候，由于强大的球心引力，星球坍缩至小于史瓦西半径，就成了无数个黑洞。已有大量的间接观测证据证明黑洞的存在。
爱因斯坦的广义相对论的方法论特征就是物理学几何化，用几何形状来描述以前用代数量表述的物理原理。我们投掷的一颗手榴弹成抛物线最后落到地上，牛顿力学解释为引力现象。而爱因斯坦则说，这是因为地球的质量造成的空间弯曲，手榴弹不过是走了最短的路径。空间的曲率由质量决定，质量越大，曲率就越大。
所以引力强和空间曲率大，在爱因斯坦看来是两个等价的说法。但后一个说法能解释前一个说法不能解释的现象。比如说，太阳遮挡住的背后的一颗恒星，由于太阳的质量造成的空间弯曲，它的光线会转着弯绕过太阳，照射到我们的眼睛让我们看见。这个预言已经在1919年的天文观测中被证实。
空间和时间在相对论上还是互相纠缠在一起的，而不是互相独立的。空间曲率加大与时间变慢是一物两面。就像一条有弹性的水管，把它弯成弧形时，时间就如水管的长度一样，同时也被拉长。一栋100层的大楼，住在1层的比住在100层的更接近地心，因此，引力更大，空间曲率更大，手表也更慢，所以1层会比100层的人更长寿。别小看这点差别，卫星定位如果不区分1层的时钟和100层的时钟，其导航就可能谬之千里。
宇航员进入黑洞、穿越“虫洞”会是什么情形？由于巨大的引力和空间曲率，时钟就会变得很慢很慢。穿过“虫洞”的库珀和小布兰德落到“虫洞”附近一个表面都是水的星球，由于“虫洞”造成的巨弯空间，他们的1小时就等于在空中飞船上的7年。所以他们花了几小时再回到飞船，在那里等候的宇航员已经长了23岁。
“凡是可能的它就一定会发生”
在宏观世界，我们能观察到的至多是四维时空，多一维都是不可想象的。库珀回地球见女儿的五维空间是怎么回事呢？这样来想象吧：第五维空间是一条线，这条线的每一点上都系着一个四维时空球。所以，宏观世界的一个书架在五维空间的库珀那里就是无数个书架，而且是不同时间点的书架。
打个比方吧。比如蚂蚁只有二维空间感觉，有一天他们集合去搬运一只呆在地上的蚂蚱。可是没想到这只蚂蚱是活的，当无数蚂蚁都看见蚂蚱的时候，蚂蚱腾空一跃，就在众目睽睽下消失了。因为蚂蚁看不到第三维空间，这对他们来说就是一个从有变无的“灵异事件”。然后一只蚂蚁物理学家提出，这个世界还有一个第三维空间，蚂蚱就是通过这个空间逃逸的。这个事件就得到了合理的解释，尽管它们还是无法想象。
实际上探索微观世界的量子力学和超弦理论，都需要超过四维时空的多维时空，才能解释这个世界的物理现象。比如超弦理论就需要10维或11维的时空。
引力是人类最早观察到、又是现在最解释不清楚的一种现象。按照量子力学理论，每一种力都是通过一种叫玻色子的基本粒子传递的。现在传递另外三种力(电磁力、强力和弱力)的玻色子都被实验观测所证实了，唯有引力玻色子始终不曾露面。会不会是存在于第五维空间呢？理论上是可能的。影片中的库珀，最后就是通过引力波影响四维时空中的墨菲手表，把方程解传输过去的。可爱的墨菲从小就探索“幽灵”的存在。不同世界的信息交通，常人一定当作“幽灵”，但墨菲这不寻常的脑袋愿意接受它的合理性。这点救了整个人类！
10岁的墨菲问爸爸：“怎么用一个坏的东西(墨菲定律)做我的名字？”
“墨菲定律”又叫“风险定律”，简单的就如影片中库珀所说：“凡是可能的它就一定会发生。”在技术领域它告诫人们，无论概率多小的事故、风险和灾难，你都不能有侥幸心理，都必须有防范的设计。一台载重10吨的电梯，你不能只用10吨负荷的钢缆，在电梯门口挂一个限重牌就了事。还要考虑到有人可能违规超载，所以要用20吨的钢缆。即便这样还要考虑钢缆还可能因其他原因而断，因此箱轨上要有卡箱机制；又可能卡不住，所以底部还要有缓冲弹簧……
墨菲这个名字是很意味深长的。库珀这个人物代表了好莱坞电影中常有的英雄元素，是个积极向上、勇于探索、充满爱心、不畏牺牲的正能量。墨菲定律本来是一个消极的原理，但库珀却做了积极的理解。用我们现在常说的话就是：“一切皆有可能。”长大的墨菲也体会到了这一点，才有了父女连手拯救人类这个大团圆的结局。
我说这部电影是“硬科幻”，并不等于说这一切都可以真实发生。毕竟还是“科幻”。用现在所有物理理论来分析，这一切都是不可能的。比如“虫洞”，现在还是各种各样的数学模型，更不要说实验证实。按现在的理论，任何物体包括人都不可能囫囵地从黑洞出来。打开“虫洞”并且从“虫洞”中穿越出来，理论上需要负质量和负能量。现在也是玄之又玄的理论问题。
总之，用现成的理论，可以从影片中挑出成百上千个毛病。但是世事难料。100年前物理学界都还把“量子”概念当作一个怪物来围剿，现在它已经变成了我们的电脑、手机、激光、互联网、核能……
来源：法治周末