本來沒計劃寫一篇解密的文章,不過看到網上不靠譜的太多了,又因為花了很長時間看了索恩的那本《星際穿越中的科學》,所以還是寫一寫吧。

首先,忘掉影院翻譯的“五維空間”,千萬別再說五維空間了,人家不是五維空間,而是五維時空。

五維時空是什麼東西?我們能感知的宇宙是四維時空,五維時空比我們多了一個空間的維度。

想象時空是彎曲的(如果不是彎曲的,你在《星際穿越》裡看到的絕大多數物理現象都沒有了),一個平面如果彎曲,必須是在一個立體的空間裡邊,不然因為彎曲而帶來的凹凸是什麼呢?四維的時空是彎曲的,必然也在一個更高維的超宇宙中。

這是一個想象,或許真的有五維時空的超宇宙,我們的宇宙只是其中一個彎曲的膜,也或許沒有,只是便於我們想象。但是千萬別再說五維空間了,這個電影裡的設定是五維時空。

其次,這部片子廣相和黑洞的大牛索恩參與的非常深入,所以挑錯的人要注意了,千萬不要被大臉。索恩這個人有強迫症,他保證沒有特殊理由電影裡設定的合理性,這就如同你看一部基於“理性預期”的電影,你開始狂噴,但是這個電影的創作者是小羅伯特盧卡斯。。。。

是啊,潮汐力為啥沒有撕裂第一個星球,為什麼那裡浪能這麼高,為什麼吸積盤沒有考慮多普勒效應,黑洞的引力能不能足夠大以至於時間減緩到這個程度,為什麼主角在跌入視界之後沒有等到被潮汐力撕裂就撞上了一個奇點……這些東西的都是可能的。

為什麼你們認為不可能的東西,而索恩都能給說圓了?因為你們的思路不同:

你們的思路是:這種事情的發生需要太苛刻的條件,所以它們不可能發生。

索恩的思路是:假設這種事情發生了,我們來看看它需要滿足什麼苛刻的條件。

這個思路其實從索恩第一次想蟲洞和時空旅行的時候就表現出來了。當時卡爾薩根將《接觸》的朱迪福斯特透過黑洞送往了天琴座,索恩告訴他,黑洞不可能,蟲洞倒是可能,但是蟲洞是不穩定的,所以也不可能。然而後來他換了一種思路,假設有一個神級文明,沒有任何技術限制,唯一的限制就是自然規律,他們怎麼實現蟲洞的開啟和穩定?這個思路其實就是“假設這種事情發生了,我們來看看它需要滿足什麼苛刻的條件。”

在《星際穿越》的拍攝中,諾蘭經常為了敘事的需要堅持某種設定,例如時間的延緩是該星球的一小時是地球的七年,索恩一開始的態度是不行不行,這個做不到,然而他回去又算了算,發現假如黑洞的轉速達到非常非常接近所能允許的最大轉速(這個時候在視界上隨著黑洞旋轉的像非常非常接近光速),諾蘭需要的條件就達到了;在比如,為了保證這個星球不被潮汐力撕裂,黑洞的質量被設定的足夠大,是我們太陽的100billion倍(而你拿太陽的質量帶進入算肯定不對);還有引力引力彈弓所需要的星體和位置,竟然全部都能夠滿足。這些可能嗎?可能。雖然也許太苛刻,但是科學上是可能的。所以這部電影遵循了兩條規則:

1、所有事件都遵循現有的科學理論;

2、所有超過現有科學理論的部分都是合理的推測(不和現有理論衝突)。

最後,作為科幻片,諾蘭也有一些自己的設定,這些設定就和《盜夢空間》一樣,遵循清晰的準則:

3、所有四維時空(三維空間)存在的物質,從人體到光,都無法逆時間維度而變化(不能回到過去);

4、引力波可以逆時間維度而變化(可以回到過去)。

這兩個設定有趣在哪裡?在於他給人絕望又給你希望。太絕望了不願意看,太有希望了也沒勁,如果觀眾一開始就期待,反正一切可以透過穿越時空解決,他們一點也緊張不起來;太絕望了,緊張了半天,心情得不到舒緩。這裡邊的微妙,需要仔細掂量。想想《盜夢空間》的設定:

a、在夢中被殺死的人會醒來;

b、但是服用了高強度催眠劑的人不會醒來,而是跌入limbo;

c、在limbo的人會迷失自己,忘掉蒙和現實的區別,最終成為傻逼。只有意識到這是夢境並主動殺死自己的人才能回來。

一樣遵循這個原則:假如死了就會醒來,成本太低了,觀眾緊張不起來,所以必須找個藉口讓他們死了醒不來;而這個醒不來又不能太絕望,畢竟大部分商業片的觀眾不希望主角最後變成瘋子或者痴呆。

好吧,前言說完了,開始從頭解析劇情吧。這個解析主要是基於索恩的解釋,但是很多地方都是曖昧的,索恩只是提到了一種解釋,還有更多的解釋我也沒看懂,尤其是結尾的超立方體。所以裡邊也有我個人的解析,這個解析的關鍵不是多麼科學,而是能把劇情中的問題給說圓了。

在近未來,植物紛紛患上了“枯萎病”。枯萎病其實在現在也有,但是現在的枯萎病,致死率強的一般只針對某一種植物;針對所有植物的則致死率不強,在近未來的枯萎病則既有很強的致死率,也有很大的傳染性,所以人類面臨了災難。例如植物的死亡破壞了原有的碳平衡,再例如沒有植物保持水土,沙塵暴肆虐。

漸漸的,人們發現,透過生物技術無法阻止枯萎病(我也不知道為啥,總得為去太空找個理由吧),所以開始考慮太空移民。然而以人類的技術,根本達不到。

某年,nasa開始觀測到引力異常現象,尤其是土星附近的時空扭曲,他們逐漸意識到,那裡有一個蟲洞。蟲洞是不能自然存在的,因為它們極為不穩定,只能存在10的負多少次方秒,只有注入大量的能量為負的物質才能保持蟲洞的存在(想象蟲洞使得進入他的光發散,而質量彎曲光線,使得經過它的光聚合,所以只有質量為負的東西才能使光發散。當然這是想象,真正的結論在愛因斯坦方程裡,這個打死我也看不懂,然而這個解析的目的是給每一個問題一個看似是答案的答案,所以就這麼想象吧)。

所以nasa意識到這誰一個更高階的文明送給他們的,一個合理的外推就是,他們知道了地球的災難,於是給他們創造了一條通往其他星系的生路(因此其他星系必然有適合人類居住的星球,送佛送到西嘛),於是在馬特達蒙的帶領下(馬特達蒙的存在是這部片子的一個謎團,因為沒有關於他的任何宣傳,本來以為是個露一面的小角色,沒想到戲份還很高),十多個科學家分頭去探索蟲洞對面的星系,如果找到適合人類居中的星球,就傳送訊號,如果找不到,就直接犧牲了。這些科學家都是道德極為高尚的人。很久以後,他們收到了三個訊號。

如果找到宜居的星球,有兩種方式可以拯救人類這個種族:第一種當然就是全部人類一起移民;第二種是很小的幾個人類移民,但是他們帶著裝有人類生殖細胞的試管,到了之後開始大規模繁衍人類,而在地球上的其他人就被拋棄了。一個有道德的科學家當然需要選擇第一種方案,然而問題是如何利用現有的資源把如此多的人一起送過去。

邁克爾凱恩透過引力異常推測到是神級文明從更高維的宇宙向我們的膜宇宙發射了一種場,他們可以利用物理法則張開蟲洞,使得他明白了利用量子引力的可能性,這種場甚至可以改變我們膜宇宙的引力常數G。所以基礎物理學可以,也需要發展,以便獲得全體移民的可能性。

邁克爾凱恩透過一個方程來描述物理定理,並與這些引力異常、與黑洞、與更高維的超宇宙相容,然而這個方程裡的很多函式都只能是一個抽象函式,他需要猜測這些函式的具體形式,這很難。他猜測的結果在廣義相對論和量子力學之間是不相容的。黑洞的形成是廣義相對論預言的,然而當質量集中到一個奇點,廣義相對論就失效了,量子力學和廣義相對論融合的奧秘,在奇點中,然而他無法觀測奇點,也就得不到量子引力論的具體函式形式。

很多年之後,在收到三個具體訊號之後,nasa決定派出新的探索隊,然而這時候nasa已經今非昔比,連一個真正飛過的宇航員都沒有。正在他們決定倉促出發的時候,馬修麥康納這個昔日nasa的優秀宇航員忽然找上門來了。

馬修之所以找上門來是因為他們家臥室裡的引力異常現象。他們家經常發生書自己掉落等現象(墨菲認為是書架裡有個幽靈)。有時候還有拖拉機失靈現象發生。索恩認為拖拉機失靈是因為gps導航的失靈。很多人說相對論這種東西離我們的生活太遠,不能創造生產力,是物理學家自娛自樂,事實上gps是相對論應用的一大體現,由於地球引力帶來的時間減緩對地面和衛星軌道是不同的,如果二者採取同一個時間,gps就會失靈,所以gps之所以這麼靈,是根據廣義相對論修正過時間的結果。而這次引力異常,使得gps不靈了。

後來,馬修和墨菲發現這些引力異常是有目的的,他們發現引力把沙塵排列出摩斯電碼,翻譯出來是一個座標,他們來到這個座標(多麼像《第三類接觸》!),才知道這裡是nasa。

nasa的人認為馬修是神級文明選中並引導過來的,正好填補了他們宇航員的空缺,為了拯救人類馬修當然上路了。

於是他們去往土星(為什麼神級文明把蟲洞放在土星,讓人類花兩年時間才過去?很簡單,為了致敬《2001太空漫遊》)。

飛船是十二個艙圍繞一箇中心的控制艙組成,這種設計可能有三種功效:第一是減緩潮汐力;第二是可以透過離心力模擬重力;第三,這個飛船或許是在空間站或者太空船塢裡分節建造的。

蟲洞是三維空間扭曲而聯通兩個遙遠地點的管道,想象一張紙扭曲,聯通兩點的管道是一個圓柱,這個圓柱是三維的,在二維空間每一個切面都是一個圓;蟲洞是思維的超圓柱,在三維空間的每一個切面都是一個球。馬修麥康納獲得蟲洞的知識來自於二維紙的類比,所以他一開始沒有意識到這一點。

這個星系圍繞一個巨大的黑洞旋轉,黑洞的質量驚人,轉速也很快,黑洞視界大概相當於地球繞太陽的軌道,黑洞旋轉周圍的瓦斯噴塑熱和光,形成了巨大的吸積盤,為圍繞周圍的星球提供能量。吸積盤其實是平鋪在赤道面的,但是由於黑洞對光的扭曲,我們同是在上面和下面看到了背面吸積盤的兩個像,這讓黑洞有點像《攻殼》裡的笑臉男,我曾使用過的頭像;為了不讓觀眾太過迷惑,吸積盤的形狀不能太過詭異,所以諾蘭把黑洞的轉速調低,並且忽略了多普勒效應。

第一個星球是個水星球,這個星球距離黑洞視界非常非常近,時間的扭曲也非常厲害,必須速戰速決,然而他們沒有預料到巨大的海浪。這些海浪在黑洞巨大潮汐力的作用下,鋪天蓋地的湧來(另一個解釋是潮汐力雖然沒有把星球撕裂,但是使得地質活動非常劇烈,形成巨大的海嘯)。耽誤了很長時間,墨菲已經長大了。

在此過程中,黑人研究了黑洞,按照索恩的的設定,他是研究黑洞的震動,並且發現觀測資料和模型的差異。但是更詳細的資料還是需要觀測奇點。

第二個星球是馬特達蒙的星球,不要問我他為什麼要殺死馬修,我也沒看明白,他到底是怕死還是要實施planb?不過這哥們已經瘋了,對接不成功就敢開啟艙門,最後掛了。

在地球上,邁克爾凱恩死了,臨死之前告訴墨菲他解出了方程,然而無法統一光相和量子力學,所以失敗了。墨菲認為他對了一半,另一半需要透過研究奇點獲得答案。墨菲的嫂子和侄子得了塵肺病,需要趕緊搬家,但那時墨菲的哥哥忽然瘋了,打死也不讓搬家,於是墨菲放火燒了哥哥的田地,調虎離山,趕緊接嫂子和侄子走,走之前去臥室書架前linger了一下。這一段和太空的平行剪輯,真的是很爛很爛。

在太空,馬修成功對接了,然而飛船已經被黑洞的引力捕獲,正在跌入視界之內,如何衝破視界,索恩講了很多,但是諾蘭認為觀眾肯定聽不懂,所以他簡化為“牛頓第三定律”。機器人(很多人說致敬2001的方碑,我覺得有點扯,其實諾蘭只是看不慣擬人化的機器人,創造了一個只考慮實用的機器人,這個機器人是可以作為飛船的一個部件插入的,有點像《星戰》裡的r2d2)為了幫助逃脫黑洞引力和探索奇點被髮射,馬修也選擇了發射。

馬修選擇發射是因為黑人還是誰告訴他,這是一個溫和的黑洞。黑洞中心的奇點非常兇殘,但是後來科學家發現,其實黑洞裡還有兩個奇點,一個奇點是在你之前跌入黑洞的物質壓成的,還有一個就是在你之後跌入黑洞的物質壓成的,這兩個奇點形成的速度非常快,以至於潮汐力還沒有漲到無窮大,你就與他相遇了,在相遇的時候,你受到的潮汐力是有限的數,雖然這一點的導數是無窮的。

這個設定又是索恩式的思路,這有可能嗎?科學上是有可能的,雖然可能性太低了,但是它起碼沒有違背科學。所以馬修跌入了奇點。

跌入奇點之後就是諾蘭兄弟的腦洞了。由於奇點是未知的,他們可以隨便想,索恩說只要不拍地獄和撒旦就行了。這倆兄弟弄出來一個超立方體。

這個超立方體,是本片最大的亮點,也是最大的謎團。我也沒有想明白。有兩種可能:第一,這是一個真實的高維時空在我們宇宙的切面;第二,這是未來人類為馬修做的一個作業系統,正如同你的資料在硬碟並不是存放在一個資料夾之內的一個資料夾,只是為了便於你操作而畫出來資料夾一樣,這玩意也是便於馬修操作引力造出來的。

總之未來的人類在奇點裡放了一個超立方體。按照弟弟的說法,超立方體使得馬修從我們的宇宙中抽離出來了,就像把一個立方體放在二維的平面上,一個二維的小人進入了這個立方體,隨著這個立方體的運動,他進入了一個更高的維度。但是由於他是一個二維的人,他看不到更高的維度,只能看到更高維度在地位的切面,例如,他看到無窮多的平面,正如馬修看到無窮的空間。

超宇宙和我們宇宙的不同在於,由於時空的扭曲,超宇宙運動一段路程遠遠小於我們,所以在沒有超光速的情況下,超立方體帶著馬修回到了地球,並對接到馬修女兒的臥室。然而這個臥室呈現給馬修的,是無窮的空間。

假設你是二維的馬修,你被超立方體帶來了二維女兒的房間,你看到的女兒的房間仍然是二維的,只不過你可以上下移動了,所以你會看到無窮個二維的女兒的房間,假設時空是三維的,那麼就有無窮個女兒的房間沿著z軸排列,從而組成這個立方體,這個z軸,就是時間軸。

超立方體也是這樣,不同的是,這時候切面不是二維的,而是一個三維空間,無窮的三維空間組成了一個立體像棋盤,裡邊有無數縱橫交錯的三維長條。這些長條是一個立方體不斷向六個方向延伸形成的,這個延伸就是時間,這樣就形成了無數個長條狀的長方體,兩個長方體相交的話,就組成了四面牆,再和第三個垂直於這兩個長方體的長方體相交,就組成了六面檣,這六面檣的小房間,就是馬修所在的地方。

注意,長方體以真實時間的速度運動,也就是對於馬修來說,當他凝視一面牆,那面牆所代表的空間不斷被下一秒所代表的空間替代,對於馬修來說,他就可以看到一個運動的空間,這個空間的時間流逝和真實的世界是一樣的。不同的是,在這裡是下一個時間點的立方體替代上一個時間點的立方體。時間在這裡實體化了。

按照諾蘭法則,馬修無法突破這個實體化的維度,不能回到過去,光也不能。但是馬修發現他努力拍牆面,檣對面的書會掉落。是因為他改變了物體的時間線。一個時間線就是連線物體所有事件的線,把一個點在時間上的軌跡連線起來是一個時間線,把世界上所有點的時間軌跡連線起來就有無數條時間線,於是就有整個世界的時間線。

馬修拍掉書的機理是:馬修改變了書的時間線,於是改變了下一個要到來的立方體內書的位置,隨著時間的流逝,下一個立方體到來,於是在馬修看來,正是他拍掉了書。

馬修之所以能夠改變時間線,是因為引力波的存在,從人類到光都無法透過時間維度逆向而行,但是引力波可以。於是馬修透過改變手錶(本年度最佳植入廣告,可惜太貴了買不起)指標的頻率傳遞資料,女兒終於找到了函式的真正形式。

這個時候馬修就被送到了土星軌道。按照電影的設定,超立方體的時間是不被減緩的。因此最後所有的時間減緩都在逃脫黑洞時產生,因此馬修進入土星已經是好幾十年後了,安妮海瑟薇其實也剛剛登陸。

然而這裡有一個非常費解的問題:馬修是如何被送回來的?為什麼他送回來的時候會和過去的飛船相交,然而他的起點和終點都是未來?雖然這個橋段非常有詩意,但是。。。。

一個可能的解釋是,馬修仍然被超立方體送到土星軌道,只不過送的時候不小心穿了一下蟲洞,由於超立方體能夠把時空分解成沿時間延伸的無數空間,在碰到蟲洞的時候,也把他周圍的時空分解了,所以未來的馬修在未來超立方體分解未來的蟲洞時,看到了過去他們飛船在過去蟲洞飛行的像。

最後,為什麼未來的人類要把馬修放在土星軌道上?因為這裡距離人類的太空站最近,可以最快的被人類解救。那麼,為什麼不直接把他放在人類的太空站?

這個問題其實和為什麼把蟲洞放在土星、為什麼選中馬修的女兒是一個問題,也和以下問題是一個問題:

如果沒有資料就解不開方程,如果解不開方程就無法進化到未來人類,就無法回來幫助過去的人類,也就沒有資料,那麼這個迴圈就是無中生有的:就像未來的李白告訴過去的李白一首《將進酒》,而他之所以知道這首詩,是因為過去的李白寫了,而過去的李白之所以寫,是因為未來的李白告訴他了,那麼這首詩到底是誰寫的?

阿西莫夫《永恆的終結》是最早也是最深討論這個問題的科幻小說。在那裡,未來的人們為了不改變歷史,拼命嚴格按照過去的歷史行動,某人的回憶錄裡有和誰進行了什麼談話,他們就命令那個誰把談話背下來,字啊回憶錄記載的時間和他去談,而如果回憶沒有記載的人,一個都不許出現。

所以未來的人要改變過去,其實不是改變過去,而是嚴格按照過去,促成這個過去。對於兩邊的人類來說,都是宿命論。

當然從邏輯上來說有太多問題了。但你不是第一個發現這些問題的,也不會有可能解開這些問題(平行宇宙保持了邏輯上的自洽,但是太沒勁了,平行宇宙是最沒勁的!)

完。