星际穿越

“文津图书奖”获奖图书。一部媲美《时间简史》的巨著，同名电影幕后惟一科学顾问、诺贝尔物理学奖得主、天体物理学巨擎基普索恩巨献。

基普索恩写给所有人的天文学通识读本，揭示电影幕后的科学事实、有根据的推测和猜想，解开黑洞、虫洞、星际旅行等一切奇景的奥妙。

国家天文台8位天体物理学科学家权威翻译。国家天文台苟利军、王岚、李然、尔欣中、王乔、李楠、王杰、谢利智8位科学家重磅担纲翻译，文字优美，将这本ji富科学内涵的图书演绎得ji为通俗易懂和精彩。

史上zui豪华推荐人阵容，好莱坞顶级导演克里斯托弗诺兰、北京天文馆馆长朱进专文作序，欧阳自远等3大院士、张双南等4位科学家、《三体》作者刘慈欣联袂推荐：知名天体化学与地球化学家、中国月球探测工程首/席科学家、中国科学院院士、发展中国家科学院院士、国际宇航科学院院士欧阳自远，知名高能天体物理学家、中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所研究员、清华大学物理系教授李惕碚，知名天体物理学家、中国科学院院士、中国科学院国家天文台研究员武向平，知名天体物理学家、中国科学院粒子天体物理实验室主任、中国科学院高能物理研究所研究员、“慧眼”天文卫星首/席科学家张双南，国家天文台研究员及宇宙暗物质与暗能量研究团组首/席科学家、国内shou个暗能量射电探测项目“天籁计划”首/席科学家陈学雷，加州理工学院物理学教授、美国物理学会会士、LIGO科学合作组织（LSC）核心成员陈雁北，中国当代zui知名的科幻作家、畅销书《三体》作家刘慈欣，北京大学心理与认知科学学院教授、博士生导师魏坤琳鼎力推荐，带你探索宇宙奥秘。

全彩四色精美印刷，炫酷视效，带你穿越时空、遨游宇宙！史上zui惊艳、zui走心的科普巨制！

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湛庐文化出品。

 

在《星际穿越》之后，这一系列问题全世界都在问！本书将会告诉你答案！

为什么黑洞会吞噬一切，甚至连光都不能幸免？

为什么虫洞不是一个洞，而是一个球？

又是什么神奇的力量，让米勒星球上的一小时等于地上七年？

zui简明清晰的时间与空间理论入门读本。基普索恩教授，电影《星际穿越》的惟一科学顾问，以浅显易懂的语言一一破解了宇宙中让人瞠目结舌的奇景——大爆炸、黑洞、时空弯曲、潮汐力、虫洞、引力弹弓、星际旅行等，解释了所有推动剧情的天体物理学理论，还就内容的真实性将书中的科学知识分为三种：科学事实、有根据的推测和猜想，并做了明确的标注，以帮助我们解开所有剧情设计与时空旅行之谜！

《星际穿越》是继《时间简史》之后天体物理学领域的又一里程碑式著作。

基普·索恩

诺贝尔物理学奖得主，全球ding尖理论物理学家，当今世界研究相对论天体物理学领域的领/导者之一。

致力于宇宙时空弯曲的研究，创建了全球知名的LIGO项目。

本科毕业于加州理工学院，在普林斯顿大学攻读博士期间师从于全球ding尖物理学家约翰·惠勒。毕业后回到加州理工学院任教，30岁时便成为该校历史上zui年轻的教授之一。

好莱坞烧脑巨制《星际穿越》惟一科学顾问，电影科学性的zui强保证。

推荐序1 请温柔地走进科学的良夜

推荐序2 星际穿越，不确定性的美妙

中文版序 科学的力量

译者序   探秘人类知识的未知疆域

前言 科学，美丽而迷人

 

引言 一场华梦，九年曲折：电影《星际穿越》的创生

【琳达·奥布斯特】最杰出的好莱坞搭档

【史蒂文·斯皮尔伯格】谁是最初的导演？

【乔纳森·诺兰】一波三折的编剧遴选

【克里斯托弗·诺兰】意外接棒的好莱坞ding尖导演

【保罗·富兰克林、奥利弗·詹姆斯、尤金妮娅·冯·腾泽尔曼】视觉特效的缔造者们

【马修·麦康纳、安妮·海瑟薇、迈克尔·凯恩、杰茜卡·查斯坦】精彩“穿越”背后的好莱坞巨星们

 

第一部分  宇宙奥秘，穿越之钥

 

01 宇宙的终极真相

大爆炸，宇宙诞生

万亿星系与黑洞

太阳系

恒星的死亡：白矮星、中子星和黑洞

宇宙中的电场、磁场与引力场

 

02主宰宇宙宿命的法则

揭秘物理世界的四大定律

科学事实、有根据的推测和猜想

 

03 弯曲时空和潮汐力

爱因斯坦的时间弯曲理论

弯曲的空间：超体和我们的宇宙膜

潮汐力，米勒星球巨浪的来源

 

04黑洞，光都无法逃逸的牢笼

蹦床上的蚂蚁，黑洞弯曲的空间

视界困住的信号，黑洞弯曲的时间

无可抵抗的空间“漩涡”

精确刻画黑洞附近的弯曲时空

从宇宙中观测到的黑洞外貌

“踩着彼此的肩膀”的黑洞发现史

 

第二部分 卡冈都亚，黑洞中的巨人

 

05黑洞卡冈都亚的构造

1亿倍太阳质量，米勒星球被撕碎的临界点

“天上一时，地上七年”，自旋速率大揭秘

卡冈都亚的结构奥妙

火壳，被禁锢的光线

 

0六引力弹弓

21世纪科技都无法解决的加速困境

驶往米勒星球的弹弓之旅

星系中心的中等质量黑洞，最佳弹射弹弓

超级文明的航行轨迹

“卡西尼”号，现实中的“巡逻者”号

 

07打造黑洞卡冈都亚

黑洞阴影及其火环

无自旋黑洞的引力透镜效应

快速自旋黑洞的引力透镜效应

制造《星际穿越》中黑洞和虫洞的视觉特效

引力弹弓旅程中的景象

 

08瑰丽奇美的吸积盘与喷流

类星体，小天体里的大能量

能量发动机——黑洞与吸积盘

喷流：从回旋空间中提取能量

吸积盘从何处来？潮汐力撕裂恒星

卡冈都亚的吸积盘与丢失的喷流

 

09事故是进化途中的第一步

 

第三部分  地球大灾难

 

10 毁灭人类文明的枯萎病

库珀的世界——只比活命好一点儿

何种灾变才是罪魁祸首

泛型枯萎病，所有生物的终极杀手

 

11 氧气危机

可呼吸氧气的生产与破坏

海洋翻动，所有人都将死于二氧化碳中毒

 

12 星际旅行, 寻求地外生命支持

最近的恒星离我们有多远？

21世纪技术条件下的旅行时间

未来的技术

热核聚变推进系统的实现时间表——22世纪晚期？

激光束与光帆技术的实现时间表——22世纪？

双黑洞的引力弹弓

 

 

第四部分  虫洞，超太空跳跃的桥梁

 

13虫洞，危险与希望的并存体

苹果，虫洞之名的灵感源

福拉姆虫洞，最早的虫洞

虫洞的塌缩

《超时空接触》，一个可穿越虫洞的疯狂构想

可穿行虫洞应该是什么样子

虫洞是否可以像天体一样在宇宙中自然存在

超级发达文明，可穿行虫洞的惟一希望？

一个极度未知的领域

 

14《星际穿越》中虫洞的可视化

虫洞的引力和时间弯曲

3大“把手”，虫洞形态各异的根源

“把手”如何影响虫洞的外观

虫洞长短，穿越景象各异的决定者

虫洞的透镜宽度，引力透镜效应大不同

《星际穿越》中动人心魄的虫洞

穿越虫洞之旅

 

15引力波如何发现虫洞

LIGO发现引力波暴

当一颗中子星围绕黑洞公转时?

引力波源，虫洞的另一端

诺兰缘何弃用引力波？

引力波以及探测引力波的仪器?

“宇宙弯曲的一面”

原初引力波，宇宙诞生一瞥

 

第五部分 探索黑洞卡冈都亚的周边

 

1六米勒星球，未被吞噬的幸存者

米勒星球的运行轨道?

时间变慢与潮汐力形变

空间回旋，米勒星球速度的制衡要素

米勒星球上的巨浪

米勒星球的“一生”

从米勒星球遥望卡冈都亚

 

17 黑洞卡冈都亚振动之谜

未被罗米利展示的重要数据

共振频率，驾驭引力异常的关键

 

18 第二选择，曼恩星球

曼恩星球，一个缺少太阳的世界

通向曼恩星球的旅程

冰云，到达曼恩星球

是谁打造了曼恩博士的地质数据

 

19“永恒”号的夹缝求生

潮汐力与“永恒”号的设计

曼恩星球上方轨道处的真实爆炸

 

第六部分 极端物理

 

20第四维度和第五维度

作为第四维度的时间

超体：真实还是虚构？

第五维度

 

21预示未来人类的超体生物

二维膜与三维超体的碰撞

当五维世界的超体生物穿过我们的三维膜时

超体生物的特征和他们的引力

《星际穿越》中的超体生物

 

22限制引力

五维空间的引力难题

膜外维度是卷曲的吗

膜外维度：反德西塔（AdS）弯曲

AdS三明治：超体中的充足空间

危险：三明治是不稳定的

穿越AdS层

 

23引力异常，墨菲口中的“幽灵”

火神星，水星轨道异常进动的幻象

“暗物质”，星系之间相互绕转轨道的异常

宇宙加速膨胀的异常

条形码式灰尘，《星际穿越》中的引力异常

 

24 布兰德教授的方程

墨菲和教授两人的笔记以及黑板

第五维度，引力异常的来源

超体场，引力强度的控制因素

虫洞必须连通！

保护我们的宇宙不被摧毁

教授方程的终极答案

 

25奇点和量子引力

量子定律，一切宇宙问题的解

奇点：量子引力的领地

基普vs霍金，裸奇点的赌局

黑洞内的BKL奇点

黑洞的下落奇点与外飞奇点

 

第七部分  穿越之门已经开启

 

2六临界轨道，“火山口”的边缘

潮汐力，使“永恒”号挣脱曼恩星球

临界轨道和火山类比

火山的含义：引力能和圆周运动能

临界轨道：离心力和引力的平衡

边缘处的灾难：塔斯和库珀的弹出

驶向埃德蒙兹星球

 

27 进入黑洞卡冈都亚：落入视界的库珀与塔斯

为什么让库珀掉入黑洞

穿过视界——永无对等的信号收发

下落奇点vs外飞奇点，击中“巡逻者”号的最佳选择

库珀在卡冈都亚内部看到了什么

被超立方体营救

 

28  超立方体

点－线－平面－立方体－超立方体

库珀被运送到超立方体中

停靠：墨菲卧室的景象

诺兰复杂化的超立方体

 

29 向过去传递信息

向电影《星际穿越》的观众传递规则

克里斯托弗·诺兰关于时间旅行的规则

传递信息给墨菲  

没有超体的时间旅行

有超体存在的时间旅行  

给墨菲传递信息——一个物理学家的解释

穿过第五维度接触布兰德

 

30发射太空殖民飞船

科学的指引

 

 

附录1在哪里可以获得更多信息

附录2技术札记

致 谢

请温柔地走进科学的良夜

克里斯托弗·诺兰

好莱坞顶级导演

在制作《星际穿越》这部电影的过程中，我最开心的一件事情就是认识了基普·索恩。他澎湃的科学热情在我们第一次见面时就强烈地感染着我，而且他十分严谨，不愿提出任何不成熟的意见。对于我向他提出的编剧方面的问题，他的处理总是冷静而慎重，并且总是遵循着科学定律。在试图让我保持科学理性的道路上，他从未对我的异想天开表示过不耐烦（虽然我在两个星期中对超光速的挑战曾使他温柔地叹了一口气）。

基普知道自己的角色并非科学“警察”，而是编剧的合作者。所以，他从学术期刊和论文中寻求解决问题的方案，那些问题通常是一些我把自己绕进去的死角。基普还教会了我领悟科学真谛的良方，告诉我科学在面对自然界的意外时，总是极具包容性的。这种态度使他从讲故事者的角度体味到了故事进入未知领域和遭遇悖论时带来的种种可能。

这本书充分展现了基普丰富的想象力，还有他对于科学普及的不懈热情，这使得我们这些不如他聪明和博学的人也能品尝到科学的乐趣。他希望人们能够理解宇宙的真相，并为此而激动。这本书编排得深入浅出，所有人都看得懂，而读者也可以不断地深入自己感兴趣的科学问题。

无疑，每一个人都将经历我在试图跟上基普的敏捷头脑时所获得的无限乐趣。

星际穿越，不确定性的美妙

朱进

北京天文馆馆长

无垠的宇宙，代表着不断挑战我们想象极限的时间和空间。在地球上，看上去科学技术正在经历一个前所未有的加速发展时期。甚至，已经有人开始担心在不远的将来，拥有自主智能的机器人会取代地球人类。

尽管如此，人类仍然是以地球和地球附近的空间作为基地，通过天文观测的手段去了解地球之外的宇宙。到目前为止，人类离开地球最远的距离以光速计量的话还不到两秒钟，而人类发出的走得最远的探测器，经过了将近40年的时间也才走了不到1天，那只是我们所处的太阳系的大约500分之一的距离，而我们的太阳系，只是银河系里上千亿个恒星系统中的一个。银河系又只是宇宙中上千亿个星系中的一员。

在如此众多的天体系统里，如果只有我们所生存的地球这一个行星上具有高等生命，那么这实在是令人难以相信的。随着天文观测手段的不断提高，我们有可能探测到地外生命的存在。然而，如果严格地遵循我们目前公认的物理理论，那么人类在我们可以预见的未来其实是不太可能离开太阳系的。不过理论的各种可能仍然给我们留下了无限的想象空间，特别值得关注的是高维空间存在的可能性。

2014年风靡全球的影片《星际穿越》为我们的想象给出了一个非常有趣而且专业的描述。大家现在看到的这部作品，则是基普·索恩教授专门为我们奉献的针对影片中诸多科学问题的深入解释。

感谢湛庐文化将这部优秀的科普作品引进中国。特别要感谢中国科学院国家天文台苟利军博士和其他多位工作在相关科研领域第一线的年轻天文学家们为我们带来专业的中文翻译。这是我见到的极少数由国内一线专业科研人员合作翻译的国外科普图书，相信他们为此付出的巨大努力会使读者更好地了解和欣赏原作，而我也借此机会向他们表示崇高的敬意！

 

黑洞、虫洞、弯曲、五维、时间旅行······这是一场科学的飨宴，更是一场关于人类命运的探寻。在基普·索恩搭建的这个物理世界中，人类虽渺小、无奈，却不忘初心，执着追梦。zui终，超体生物解救了库珀，皆大欢喜。不过在现实中，人类的命运自然掌握在自己的手中，而那密码，恰在宇宙深处。

 欧阳自远

知名天体化学与地球化学家，中国月球探测工程首任首/席科学家

中国科学院院士，发展中国家科学院院士，国际宇航科学院院士

 

《星际穿越》一书的作者系广义相对论的知名资/深学者，又是电影《星际穿越》的编剧和科学顾问，中文版翻译团组由活跃在天文、引力物理和宇宙学前沿的青年学者组成，译文流畅准确，编排印制考究。这是在爱因斯坦建立广义相对论一百周年·之际献给科学爱好者和专业工作者的一份难得的礼物。

李惕碚

知名高能天体物理学家，中国科学院院士

中国科学院高能物理研究所研究员，清华大学天文系教授

 

人类一直对星空充满幻想，而《星际穿越》给幻想插上了可以飞行的翅膀，让我们穿过神秘莫测的时空隧道，飞向另一个绚丽多姿的世界。通俗的语言、精美的图画、严密的逻辑，引/领我们一起“星际穿越”，遨游超ji震撼的引力王国。

武向平

知名天体物理学家，中国科学院院士

中国科学院国家天文台研究员

 

中国人都喜欢揭老底。硬科幻电影《星际穿越》放映之后，更是掀起了全民揭电影“科学老底”的运动。为了满足公众的好奇心，同时也说明这部电影科学可信，.电影的科学顾问、国际ding尖黑洞研究专家索恩亲自写了这本书“自揭老底＂。译者也是活跃在黑洞研究领域的杰出学者，比如苟利军在测量黑洞自转方面的成就便是国际ling/先的。

                                                                     张双南

                              知名天体物理学家，中国科学院粒子天体物理实验室主任

中国科学院高能物理研究所研究员，“慧眼”天文卫星首/席科学家

 

 

基普·索恩教授不仅是广义相对论和黑洞物理领域的世界权威，而且也正是由于他的努力，大众才shou次在电影《星际穿越》中欣赏到了黑洞、虫洞、高维空间等现代物理学中zui奇妙概念的逼真展现。可以说，就算是专业研究者，若不读此书，也无法理解电影中为了真实展现这些奇妙概念所做的种种细致考虑。

陈学雷

中国科学院国家天文台研究员及宇宙暗物质与暗能量研究团组首/席科学家

国内shou个暗能量射电探测项目“天籁计划”首/席科学家

 

飞离地球，穿越虫洞，探索黑洞的奥秘，超越时空的限制，寻找人类新的家园-电影《星际穿越》描绘了一个缤纷、神奇的幻想世界。本书记述了理论物理大师索恩教授从zui初提出电影的想法到后来密切参与电影改编和制作的整个过程，再现了索恩教授对电影中科学问题所做的周密思考。作为科普工作者，他在本书中用精彩的图片和通俗的文字，把当代物理学中zui前沿的问题和大胆的猜想展现在读者面前。

陈雁北

加州理工学院物理学教授，美国物理学会会士，

LIGO科学合作组织（LSC）核心成员

 

基普·索恩教授不仅是天体物理学领域的巨匠，更是位艺术大师。在他逻辑严密的计算和对模拟效果的孜孜追求下，就连掷地有声的硬科学也变得如此柔情、如此绚丽、·让人着迷。当科学的严谨遇上真性情，令人惊叹的化学反应自然会生生不息。

刘慈欣

中国当代zui知名的科幻作家，畅销书《三体》作者

 

 

对我而言，人的神经系统是否真有能力像电影中一样在超/高速情况下精/确地控制飞船？有太多有关宇宙和人的问题，一直让我着迷，而今终于等到了这本书的翻译和出版。如此伟大的科学家“较真”出如此伟大的一本书，非常值得一读。

魏坤琳

北京大学心理与认知科学学院教授、博士生导师

一场华梦，九年曲折：电影《星际穿越》的创生

 

琳达·奥布斯特（LYNDA OBST）

在一次晚餐中，琳达跟我说了她的一个想法。她构思了一部科幻电影，

想让我帮她付诸实践。这将是她二度涉足科幻电影 ：之前，她曾与卡

尔·萨根合作拍摄电影《超时空接触》。

 

我最杰出的好莱坞搭档

一段失败的罗曼史最后发展成了开创性的友谊和合作关系，这段经历便是《星际穿越》这部电影的种子。

1980年9月，我的朋友卡尔·萨根（Carl Sagan）给我打了个电话。他知道我是一个单身父亲，独自抚养着十几岁的女儿，在南加州过着单身汉生活，并且在从事理论物理专业的工作。

卡尔打电话给我，建议我参加一次相亲——与琳达·奥布斯特一起参加一场首映活动。那是为卡尔即将上映的一部系列剧《宇宙》举办的。

琳达是一位睿智漂亮的编辑，在《纽约时报杂志》（New York Times Magazine）工作，主要负责“反主流文化和自然科学”版块，当时刚刚搬到洛杉矶——她其实极不情愿到这儿来，但无奈拗不过她丈夫，不过这也加速了他们的离婚。这一切糟糕事情中的惟一亮点是 ：琳达开始尝试步入电影圈，参与构思一部名为《闪舞》（Flashdance）的电影。

《宇宙》的首映礼在格里菲斯天文台（Griffith Observatory）举办，是一次正装

活动，但我愚蠢地穿了一件浅蓝色燕尾服。洛杉矶所有有头有脸的人那天都在场！我虽然显得格格不入，但是却度过了非常愉快的时光。

在此后的两年中，我和琳达时断时续地约会，但关系却没有更进一步的发展。虽然，她的激情迷住了我，但也使我身心俱疲。当时，我已经在犹豫这种疲惫是否值得，但无奈决定权不在我这一边。也许是因为我的丝绒衬衫和双面针织的肥大休闲裤，琳达很快就对我失去了兴趣，但是有一些更好的事情却正在发生 ：来自不同世界的两个完全不同类型的人建立起了一段持久的、富有创造性的友谊和合作关系。

时间快进到2005年10月，在我与琳达时不时进行的一次晚餐聚会中，我们从近期的宇宙学发现聊到了左翼政治，又从美味的食物一直聊到了电影制作的变化无常。彼时，琳达已经是好莱坞颇有才艺和成就的制作人（作品有《闪舞》 渔王》《超时空接触》十日拍拖手册》），而我也已经结婚。我的太太卡罗尔·温斯坦（Carolee Winstein）已经成了琳达的好友。我在物理学界做得也还算不错。

在一次晚餐中，琳达跟我说了她的一个想法。她构思了一部科幻电影，想让我帮她付诸实践。这将是她二度涉足科幻电影 ：之前，她曾与卡尔·萨根合作拍摄电影《超时空接触》。

我从未想象过自己会参与一部电影的制作，在好莱坞与琳达一起冒险更是我做梦也没想过的。但是与琳达的合作很吸引我，特别是她提到了虫洞—— 一个由我开创研究的天体物理学概念，所以她轻而易举就拉我入伙了，并进行了一场头脑风暴。

在接下来的4个月里，通过吃饭讨论、电子邮件和电话联系，我们粗略制定了电影的雏形——它包含了虫洞、黑洞、引力波、一个五维的宇宙，以及人类和更高维度空间里生物的缘分。

但最重要的是，在我们的想象中，这部大片将根植于实实在在的科学，而且是人类认知的最前沿，甚至超过人类认知的科学。这部电影的导演、编剧和制片人都应对科学持有敬意，并且能从中寻求灵感，彻底地、令人信服地将科学融入电影素材中。这部电影应给观众呈现出宇宙中物理定律能够或可能创造的神奇事物，以及在掌握这些物理定律之后，人类可以成就的伟大事业。这部电影可以激发很多观众去了解科学，甚至可能让他们从此走向科学事业。

9年后，《星际穿越》这部电影实现了我们的所有想象。但是这一过程有如电影《宝林历险记》一般颇为曲折，曾有数次我们的梦想几近坍塌。我们一度找到了电影界的传奇人物史蒂文·斯皮尔伯格，但后来又错失了与他合作的机会。我们还找到了一位非常优秀的年轻编剧乔纳森·诺兰，然而在非常关键的阶段，我们却又两次错失了机会——每次都导致了长达数月的进度停滞。在两年半的时间里，这部影片无人问津，也没有导演。最后，奇迹般地，它在乔纳森的哥哥、最杰出的新生代导演克里斯托弗·诺兰的手中复活并焕发出了新的生机。

 

史蒂文·斯皮尔伯格（STEVEN SPIELBERG）

我当然愿意！但是就在一个星期之后、具体见面时间都

还未来得及安排时，琳达就打来了电话：斯皮尔伯格要

签下我们的电影！”她欣喜若狂，我也一样。“这种事

情从来没有在好莱坞发生过，”琳达告诉我，“从来没

有！”但是，它的确发生了。

 

谁是最初的导演？

 

200六年2月，在我们已经为这部电影琢磨了4个月的时候，琳达和托德·费尔德曼（Todd Feldman）共进了一次午餐。托德是斯皮尔伯格在创新艺人经纪公司（Creative Artists Agency）的经纪人。当费尔德曼问起她当时正在筹备的电影时，琳达谈到了与我的合作，谈到了我们对于一部从头到尾包含真正科学元素的科幻电影的憧憬——我们关于《星际穿越》的梦。费尔德曼听后也非常兴奋，他认为斯皮尔伯格可能会感兴趣，并且敦促琳达当天就把一份剧本大纲给他（他要的剧本大纲应是一个大约20页或更长篇幅的有关故事和人物的介绍）。

当时，我们写下的所有东西也只有几封电子邮件，以及几次晚餐讨论时所做的笔记而已。所以我们以旋风般的速度工作了几天，精心制作出了一份长达8页的剧本大纲。我们对这份剧本大纲非常自豪，并把它寄了出去。几天之后，琳达发邮件给我 ：

 

斯皮尔伯格已经读了，并且非常感兴趣。我们可能需要和他见一面。好戏

开始了，愿意来吗？

琳达

我当然愿意！但是就在一个星期之后、具体见面时间都还未来得及安排时，琳达就打来了电话：斯皮尔伯格要签下我们的电影！”她欣喜若狂，我也一样。“这种事情从来没有在好莱坞发生过，”琳达告诉我，从来没有！”但是，它的确发生了。

之后我向琳达坦白，我只看过斯皮尔伯格导演的一部电影——当然是《E.T.》，之所以这样是因为作为一个成年人，我一直对电影不是特别感兴趣。所以她给了我一份“家庭作业”，名为“基普必看的斯皮尔伯格导演的电影”。

一个月之后的200六年3月27日，我们和斯皮尔伯格进行了第一次会面 ——或者说史 蒂文，我已经开始这么称呼他了。我们在他位于伯班克的电影制作公司安培林娱乐（Amblin） 的核心地带见面， 那是一个舒适的会议室。

在会议中，我向史蒂文和琳达提出了两条准则 ：

1. 影片中的情节不能违背已成定论的物理定律，也不能违背已牢固确

立的我们对宇宙的认知。

2. 对尚不明确的物理定律和对宇宙的猜想（通常十分疯狂）要源自于

真正的科学。猜想的依据至少要被一些“备受尊敬”的科学家认可。

 

史蒂文对此很认同，并且接受琳达的建议，召集了一组科学家和我们集思广益，组织起一个《星际穿越》研讨会。这个研讨会于六月2日在加州理工学院举行。会议室就在我办公室外走廊的另一端。

那是一次长达8个小时的会议，14位科学家兴奋地畅所欲言（包括太空生物学家、行星科学家、理论物理学家、宇宙学家、心理学家和一位空间政策专家），与会的还有琳达、史蒂文、史蒂文的父亲阿诺德（Arnold）和我。我们聚到一起，虽筋疲力尽，却收获了大量的新思路，并否定了一些不成熟的旧想法。这帮助琳达和我修改并丰富了我们最初的剧本大纲。

由于还有其他事情要做，所以我们花了六个月时间才完成电影的剧本大纲。到2007年1月，我们的剧本大纲已经长达37页，此外还有1六页关于电影所涉及科学的介绍。

 

乔纳森·诺兰（JONATHAN NOLAN）

但史蒂文和我们一样在等待——等待乔纳的回归。虽然

他和琳达完全可以请其他人完成剧本，但他们十分看重

乔纳的才华，所以他们一直在等待。时间不知不觉就到了

六月9日，乔纳已经在全力修改第4版剧本。而此时，

我却收到琳达的一封邮件 ：史蒂文的协议现在出了点儿

问题。我在想办法。

 

一波三折的编剧遴选

 

与此同时，琳达和史蒂文开始物色编剧。这是一个漫长的过程，最终，他们把目光聚集在了乔纳森·诺兰这个年仅31岁的年轻导演身上。他刚和哥哥克里斯托弗合作过两部影片——《致命魔术》和《蝙蝠侠前传3：黑暗骑士崛起》，而且都是大热影片。

乔纳森（他的朋友叫他乔纳）虽然对科学知识的了解非常少，但他聪明，富有好奇心，又很好学。他花了几个月时间啃书本，以便了解关于《星际穿越》的所有科学知识。同时，他还提出了很多尖锐的问题。他为我们的电影提出了许多重大、新奇的想法，我们欣然接受。

与乔纳一起工作是一件让人愉快的事情。很多个中午，他和我在加州理工学院的教工俱乐部中一起开动脑筋讨论关于影片的科学问题，通常会长达两三个小时。乔纳总是带着很多新主意和问题来与我共进午餐。有些问题我可能当场就能回答 ：“这在科学上是可能的，但那个不行……”但我的回答有时也是否定的。此时，乔纳就会敦促我多想想 ： 为什么？如果那样将会如何？”但是我反应比较慢，有时就算到了该睡觉时也没有理出个头绪来。但在半夜，当人的本能反应被抑制时，我通常能找到一些方法使他想要的东西成立，或者找到一种替代方法达到他的最终目的。慢慢地，我开始变得善于在半睡半醒的时候进行创造性

思考。

第二天一早，我通常会整理半夜写下的那些不太清楚的笔记，“破译”它们，并将之写到发给乔纳的邮件里。他可能会给我打电话、发电子邮件或者再约一次午餐，这样我们便能整合思路。通过这种方式，当我们探讨到引力异常（gravitational anomalies）以及如何利用它使人类飞离地球的时候，我恰好在当前知识领域的认知范围内发现了一些方法，让这些异常现象在科学上成为可能。

在关键时刻，我们常常把琳达拉进来。她非常善于批判我们的想法，然后引领我们转向新的方向。在与我们一起为电影开动脑筋的同时，她还运用自己的神奇魔力阻止派拉蒙电影公司的干涉，好让我们保有创新自主权。此外，她也在计划下一步，即把《星际穿越》变成一部真正的电影。

到2007年11月，乔纳、琳达、史蒂文和我基本就故事结构达成了共识。整个故事经过了大面积修改，融合了琳达和我的最初剧本大纲、乔纳的伟大创意以及从我们的讨论中产生的许多新想法。然后，乔纳就开始全力投入剧本写作的工作。但是，2007年11月5日，美国作家协会号召罢工。乔纳被禁止继续写作，随后就消失了。

我一下就慌了。我们所有的辛苦工作、我们的梦想难道就这样付之东流了？我询问琳达，她劝我要有耐心，但她自己显然也非常沮丧。她把这一切都生动地写进了她的书《好莱坞不眠夜》（Sleepless in Hollywood）中的第六章，题目是“大灾难”。

罢工持续了3个月，于2008 年2月12日结束。此时，乔纳回来了，接着写他的剧本，并且与琳达和我进行了密集的讨论。在随后的1六个月中，他创作出了一份详细的剧本大纲，并先后修改了3遍。每一次完成的时候，我们都邀请史蒂文加入讨论。史蒂文总会提出些尖锐的问题，这通常会持续一个小时或更久。然后，他会给出很多建议、要求以及修改的指令。他并不怎么亲自动手，但他却很周到、犀利、有创意，有时还很严格。

2009年六月，乔纳把剧本草稿的第3版给了史蒂文，然后就又“消失”了——在很久以前，他就接下了电影《蝙蝠侠前传3：黑暗骑士崛起》的剧本写作工作，却拖延了一月又一月，把时间都花在了《星际穿越》上。这时他不能再拖延，于是我们就没有编剧了。雪上加霜的是，乔纳的父亲此时也身患重病。乔纳在他父亲最后的几个月时间里，一直陪伴在伦敦，直到当年的12月份。经过这个漫长的沉寂，我越发担心史蒂文会因此失去兴趣。

但史蒂文和我们一样在等待——等待乔纳的回归。虽然他和琳达完全可以请其他人完成剧本，但他们十分看重乔纳的才华，所以他们一直在等待。

2010年2月，乔纳终于回来了。3月3日，史蒂文、琳达、乔纳和我进行了一次颇有成效的会面，主要讨论9个月前的第3版剧本。我感到一丝欣喜。终于，我们又回到了正轨。

时间不知不觉就到了六月9日，乔纳已经在全力修改第4版剧本。而此时，我

却收到琳达的一封邮件 ：

史蒂文的协议现在出了点儿问题。我在想办法。

……

黑洞，光都无法逃逸的牢笼

 

黑洞卡冈都亚在《星际穿越》这部电影中扮演着重要角色。我们将在本章介绍黑洞的一些基本知识，并在下一章着重研究卡冈都亚。

首先，请记住一个看似古怪的事实 ：黑洞就是由弯曲的空间和弯曲的时间构成的，除此无他。

 

蹦床上的蚂蚁，黑洞弯曲的空间

 

假设你是一只蚂蚁，生活在一张儿童蹦床上——就是那种由高高立柱支撑起来的橡皮膜。此时，一块很重的石头落在其上，把橡皮膜拉向下方（见图4-1）。不过，你是一只失明了的蚂蚁，看不见立柱、石块或者弯曲的橡皮膜。但你是一只聪明的蚂蚁，你怀疑自己生活与其中的整个宇宙（橡皮膜）是弯曲的。为了验证橡皮膜的形态，你先在橡皮膜上方靠外围的区域绕了一圈，并测量了圆圈的周长，然后你从这个圆圈的一头穿过中心点径直爬到另一头，并测量了圆圈的直径。如果你所在的世界是平直的，那么圆圈的周长和直径的比值应该正好等于圆周率，即 π（3.14159…）。可是在蹦床上，你发现圆圈的周长比直径还要小得多。这让你肯定，你的宇宙是高度弯曲的！

 

在无自旋的黑洞周围，空间弯曲和蹦床类似。取黑洞的赤道面切片，你就会得到一个二维的表面。从高维空间（超体）中看，这个表面的弯曲方式和蹦床一样。图4-2展示了黑洞弯曲的空间，看起来与图4-1一样，只是我们移去了立柱和蚂蚁，并在黑洞中心用奇点代替了石头。

 

 

奇点是一个非常小的区域，在那里二维表面变成了一个点，所以空间才会产生“无限扭曲”。在奇点处，潮汐力无限强大，任何已知物体都会被拉伸和挤压到无法存在。在第25章、第27章和第28 章中，我们会看到卡冈都亚的奇点与此处略有不同，而且还会知道为何不同。

蹦床的弯曲是由石头的重量产生的。 你可能会猜想， 类似地， 黑洞的空间弯曲也来自奇点。但并非如此。事实上，黑洞的空间弯曲是由引起空间弯曲的巨大能量造成的。这正是我想强调的。虽然这看起来像是自我循环，但却包含着更深刻的含义。

正如准备射箭时拉开一张硬弓需要很多能量一样，若想使空间弯曲也需要大量能量。而正如弯曲的弓储存了弯曲能量一样（直到松开弦，能量才会从弓传送到箭上），弯曲能量也储存在黑洞的弯曲空间中。对黑洞来说，弯曲能量是如此巨大，以至于它本身就可以产生空间弯曲。

空间弯曲这种非线性、自我循环式的行为违反了我们的日常经验，却正是爱因斯坦相对论物理定律的一个基本特性。这有点儿像科幻小说中的人物回到过去并孕育了自己的情节。

这种自我循环式的空间弯曲并不在太阳系内发生。空间弯曲在整个太阳系中都显得非常小，这种能量也微不足道，远达不到产生循环式弯曲的级别。太阳系内几乎所有的空间弯曲都是由质量——太阳的质量、地球的质量、其他行星的质量直接产生的。相反，黑洞的空间弯曲则完全由弯曲自身造成。

 

视界困住的信号，黑洞弯曲的时间

 

如果你是第一次听说黑洞，那你可能首先想到的是它的引力，而不是它弯曲的空间（见图4-3）。

 

如果我带着一个微波发射器（microwave transmitter）落入黑洞，当我穿过视界后，将不可避免地被拉向下方的黑洞奇点。不管我怎样尝试，我发出的所有信号也会和我一样被拉向下方。任何处在视界上方的人都无法看到我穿过视界后发出的信号。我和信号都被困在了黑洞中（关于这一现象在电影《星际穿越》中的呈现，请看第27章）。

困住我的实际上是黑洞的时间弯曲。假设我带着火箭喷射引擎在黑洞上方盘旋，我越靠近视界，我的时间流逝将变得越慢。在视界处，时间流逝将停滞。根据爱因斯坦的时间弯曲理论，我感受到的引力拉伸将趋于无穷大。

在视界内发生了什么？时间在那里将被极度弯曲，以至于你会认为时间的流逝方向与某个空间方向重合了 ：时间将向下流逝，指向奇点。事实上，时间之所以向下流逝，正是因为没有东西能离开

黑洞。所有东西都被无可避免地拉向未来。在黑洞内部，未来指向奇点，远离视界，因此，一切都被无可避免地拉向下方，无法离开。

 

无可抵抗的空间“漩涡 ”

 

黑洞可以自旋，就好像地球会自转一样。自旋的黑洞会拉动它周围的空间进行一种漩涡式的回旋运动（见图4-4）。就好像飓风中的空气在靠近黑洞中心的地方时空间回旋会变得越来越快，而越向外远离黑洞的地方会回旋得越慢一样，任何落向黑洞视界的东西，都会被回旋的空间拉着，不停地绕着黑洞做回旋运动，如同被飓风捕获和拖拽着的一根稻草。在视界附近，这种拖拽将变得无法抗拒。