本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者观点，不一定代表《大众科学》的观点
在之前一篇博文中，关于克里斯托弗·诺兰最新巨制电影《星际穿越》，我赞扬了这部电影的雄心壮志、视觉效果以及演员们出色的表演。然而，我也批评了影片对星际旅行的描绘，以及情节中充斥着许多看似毫无意义的细节。
也许是因为我称其某些科学内容“可笑地错误”，我的博文引起了基普·索恩的注意，他是加州理工学院的物理学家，担任该片的科学顾问。索恩寄给我一本他的新书《星际穿越的科学》，并鼓励我阅读并重新考虑我的批评。这本书讲述了电影创作背后的故事，并对《星际穿越》中许多原本看似荒谬的方面提供了深刻而透彻的解释。
索恩在对待电影的科学内容时非常公正，他承认哪些地方的艺术自由度很大，哪些地方几乎没有使用。如果你喜欢这部电影，但觉得其中一些部分令人困惑或不解，《星际穿越的科学》及其提供的视角可能正适合你。
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索恩和我在一次电话采访中讨论了《星际穿越》和他的书。以下是我们对话的文字记录，为简洁和清晰起见，已进行编辑。
我想首先说我非常喜欢你的书。它让我更深刻地体会到，为了使电影的情节合理化，人们付出了多么巨大的努力。
在我们开始之前，我想先说，我所做的不仅仅是为电影中的科学内容辩护。这个故事很大程度上是从科学基础上建立起来的，通过我和诺兰兄弟的头脑风暴会议。我很少需要在事后去解释事情。
嗯，如果我错了请纠正我，但在我看来，并非所有科学在电影中都得到同等对待，其中影片视觉效果背后的科学似乎更受重视。以电影中宇航员访问的超大质量黑洞“卡冈图娅”为例。它不仅在美学上令人惊叹，而且在数量上也令人惊叹，因为正如你在书中展示的那样，它看起来像真实的东西。这发生在你和电影制作人之间反复推敲的细致过程中。但在你的书中，你也提到克里斯托弗·诺兰曾向你提出一个“不可协商”且相当牵强的想法，即让宇航员访问一颗围绕卡冈图娅运行的行星，在那颗行星上，相对论效应使得那里的一小时相当于地球上的七年。
你知道，克里斯当时也认为超光速太空旅行是“不可协商的”，但后来这一点被改变了，最终的电影中并没有出现。他在我们的头脑风暴中使用了这个词，但最终经过深入讨论，他转变了想法。我们总能找到某种方法让事情协同工作，但在超光速旅行这个例子中，我给他列举了一系列理由，说明我们非常确定物理定律会阻止它发生。我们为此断断续续地讨论了几个小时，持续了两周多的时间，直到他从直觉上意识到我指出的问题是无法克服的。然后他干脆放弃了超光速旅行的想法，转向了另一个方向。
关于围绕卡冈图娅非常近距离运行的行星之一与地球上的时间流逝之间存在巨大时间差异的问题——问题似乎在于，没有任何行星能够承受由此产生的引力。即使是我，也直觉地认为这是不可能的，直到我为此思考了一晚上，并进行了几个小时的计算。我得出的结论是，这实际上是可能的。黑洞需要高速旋转，但旋转速度有可能足够快，以至于一颗行星在必要的近距离、稳定的圆形轨道上运行时，不会被撕裂。我不会责怪任何人说“嘿，那是不可能的”，除非他们事先看过我的书！除非是那些对广义相对论非常精通，并且我期望他们会去做计算的人！
我认为，这突显了你为这部电影所做的繁琐的数字运算，无论是在头脑风暴构思，还是在逆向工程情节方面。这对你来说是一个令人沮丧的过程吗？
在创作过程中，唯一可能令人沮丧的事情是关于超光速的讨论，只是在寻找我们能够用同一种语言交流的方式。我与克里斯以及在他之前的编剧乔纳的互动，实际上是非常愉快的。这是最棒意义上的头脑风暴，一位艺术家和一位科学家共同面对一个复杂的问题，试图在一个正在成形的故事背景下产生想法，寻找有趣的科学想法，从而将故事引向某些方向。在两个背景截然不同的人之间找到共同点——一位艺术家通过自学对宇宙和自然规律有着惊人的直觉，但没有真正的训练，而我，一位受过更正规训练的科学家——这真是太有趣了。
除此之外，我主要的挫败感是，我们未能更早地出版我的书，以至于在最初的一两周里，很多人在没有看过这本书的情况下就对电影的科学性发表评论。
这听起来很熟悉。我第一次看这部电影时，主要的批评之一是，卡冈图娅周围的吸积盘能量足够强大，可以为绕其运行的行星提供光和热，但又不会太热太亮，以至于会使宇航员暴露在致命的X射线和伽马射线中。但你在书中解释了，这并非像看起来那么难以置信。
卡冈图娅的吸积盘是贫血的，这意味着它不像天文学家可以看到和研究的黑洞吸积盘那样危险。它的温度与太阳表面温度相当。以我们目前的技术，如果吸积盘位于某些星系中心的超大质量黑洞周围，天文学家实际上无法看到这种温度的吸积盘。相反，天文学家看到的吸积盘能量更高，并发出大量的X射线。
早在 20 世纪 70 年代初，我就与伊戈尔·诺维科夫一起研究出了薄吸积盘的相对论理论，所以我非常了解这一点。对于天文学家看到的那些高能量吸积盘，吸积是一种稳态，气体流向吸积盘并向下流向黑洞。你可以计算出温度分布以及它在何处发射硬 X 射线和软 X 射线。在电影中，吸积盘围绕黑洞运行，而不是吸积到黑洞上。你在电影中看不到任何气体流向黑洞是有原因的，因为如果存在这种流动，它会烤焦宇航员。卡冈图娅的吸积盘是过去吸积盘的残余物。它处于静止状态并正在冷却。
这是一个至关重要的细节，实际上与克里斯的电影制作观点相吻合。克里斯想要的是在宇航员可以看到的光波长范围内具有视觉冲击力的东西。这就是他得到的——一种在光学上发光，但又不会太热以至于散发出大量危险的高能辐射的东西。不过，我想说的是，这种特殊的静止和冷却的吸积盘不会长时间处于这种状态。但是，哈，电影所需要的只是在宇航员访问期间黑洞周围有一个安全、明亮的环境，而这个吸积盘满足了这一点。
还有其他科学合理性与电影制作人想要的东西相吻合的例子吗？
我在书中讨论过一个例子，其中一颗行星——米勒星球，就是那颗离卡冈图娅非常近的行星——有巨大的海浪威胁着宇航员。我在书中没有使用这个词，但这些波浪似乎是孤立子，孤立波。它们不会破碎，而且它们可能来自水域较深的区域。对它们的一种可能的解释是，它们类似于潮汐涌，潮汐涌可以随着潮汐的上涨而沿着河流的漫长而平缓的河道向上奔涌。
正如我在书中描述的那样，我设想这颗行星是潮汐锁定的，始终保持同一面朝向黑洞，这样潮汐力就不会将其撕裂。但它潮汐锁定的时间并不长，它相对较晚才被置于轨道上，因此它实际上相对于潮汐锁定位置略微来回摆动，因此在行星表面的海洋中产生了巨大的潮汐。而这些潮汐力非常巨大，以至于产生了你在电影中看到的巨浪。幸运的是，在电影的对话中我们了解到，这些海浪大约每隔一小时出现一次。碰巧的是，行星来回振荡以产生如此巨大海浪的周期也需要一个小时。我不得不承认，直到剧本中确定了海浪的大小和一小时的周期后，我才意识到这一点。
你是否遇到过或对这部电影有任何基于科学的批评？
我在其他地方说过，但电影中有一点在物理定律方面让我感到困扰，那就是冰的强度不足以支撑在访问过的行星之一上看到的结构。不过，大多数提到这一点的地方往往忽略了我的声明的后半部分，那就是如果冰的强度是这部电影中最严重的错误，那我们就做得相当不错了！
没错。在某种程度上，这可以被视为一种荣誉勋章，一些观众对这部电影的认真程度甚至达到了会担心其部分科学内容是否正确的地步。但你认为人们对电影的科学依据感到不安是否是没抓住重点？
我认为对于像这样的电影，你可以从多种角度来看待，如果有人想深入研究并寻找科学上的缺陷，我认为这完全合理。
我坚持认为，我相信克里斯也会坚持认为，在很大程度上，真实的科学可以为电影带来精彩的想法，在大多数情况下，这些想法可能比编剧凭空捏造出来的东西更好。你知道，这是克里斯第一次渴望制作一部具有真正科学准确性的电影。他的电影一直都有自己的内在逻辑。他总是为每一部电影制定一套连贯的规则，说明什么可以发生，什么不能发生，这是他与观众之间协议的一部分。但这是第一部规则集与已知的自然规律密切相关的电影，并且从中产生了一些真正精彩的东西。真正的科学可以成为伟大电影制作的绝佳基础。
我应该补充一点，电影的某些部分所涉及的科学超出了我们目前的知识前沿。时间旅行就是一个例子。关于物理定律是否允许时间倒流，已经进行了大量的研究，我们得到了一些有趣的结果，但没有确定的答案。在那个领域，克里斯制定了他自己的规则集，去年年初他向我描述时，我们对此进行了详细的讨论。这是一个我可以找到科学依据的规则集，但它也是一个受物理定律约束较少的规则集，因为我们还不了解该领域的物理定律！
你知道，我之前关于《星际穿越》的文章重点根本不是要攻击科学性，而是想说虫洞和曲速引擎以及其他奇异的想法可能不是我们通往星辰的最佳途径。事实上，一些非常德高望重的科学家似乎认为星际旅行非常困难，以至于实际上是不可能的。你怎么看？你认为我们的后代或我们自己有一天会离开太阳系吗？如果会，我们将如何做到？
我非常肯定我们会的，如果我们这个物种能够存活那么久。我在书中有一章专门讨论星际旅行，并举例说明了如何进行星际航行。核脉冲推进、激光驱动的光帆、双黑洞弹弓等等。尽管这些方法可能很粗糙且遥不可及，但它们让我相信，人类星际旅行的时代终将到来。但这还需要很长时间，非常长的时间——至少还要几个世纪。
那么，对于这些遥不可及的提议，是否可以说，在某些方面，它们比虫洞或曲速引擎的概念更合理甚至更容易实现？
我认为物理定律很可能禁止曲速引擎和可穿越的虫洞。过去 25 年来，为确定其可能性而进行的研究都指向了负面方向，但这扇门并没有完全关闭。因此，这里有两个问题。一是物理定律可能禁止它，但是，天哪，如果它们不禁止，那就太好了！另一个是，制造曲速引擎或可穿越虫洞所需的技术，远远远远超过激光帆或核脉冲火箭所需的技术，因此我不赞成投入任何大量资源来尝试开发它。
现在，你可能会花费少量资金——数万或数十万美元——在这方面，但这没什么问题。同行评审，至少在美国和欧洲，其力度足以避免数百万或数十亿美元被花费在这些事情上的风险。虫洞所需的技术与我们目前和可信的近期能力相去甚远，以至于投入大量资金几乎肯定会是彻底的浪费。
那么，如果虫洞如此遥不可及，为什么还要关注它们呢？如果有人真的受到这部电影的启发，并想亲自为将像星际旅行这样疯狂的事情更接近现实做出贡献，他们应该怎么做？
在很大程度上，我在这里的动机是试图利用这部电影作为诱饵，让那些原本对科学不太感兴趣的人对科学产生好奇，通过让他们接触到像虫洞这样奇异而奇特的现象。电影是诱饵，而这本书是我想要用来进一步吸引他们的钩子，让他们深入挖掘并学习一些新东西。如果他们还年轻，也许他们会考虑从事科学事业，而不是金融或法律。如果他们年纪较大，我仍然认为，更大部分的公民掌握足够的科学知识来理解科学的力量和局限性，是非常重要的。
这实际上是为了激励其他人学习足够的自然规律以及工程和技术知识，以便他们能够利用这些规律为我们的社会做出一些真正的贡献，也许最终是朝着星际旅行，以及目前是行星际旅行的方向努力。最核心的事情是激发人们对此的兴趣，以便他们专注于真正的科学和技术，并利用这些工具在我们的世界中做出重大改变。