本文发表在《大众科学》的前博客网络中，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
克里斯托弗·诺兰的新电影《星际穿越》讲述了一个近未来故事，宇航员们离开垂死的地球前往土星，然后通过虫洞前往另一个星系，所有这一切都是为了寻找人类可以称之为家园的地方。
这是一部华丽而雄心勃勃的作品，由星光熠熠的演员阵容奉献了精彩的表演，并辅以高保真的视觉效果和激动人心的配乐。在超大IMAX屏幕上观看奢华的70毫米格式影片时，你会感觉自己和船员们身临其境，在充满敌意的外星球上攀爬，并进行大胆的轨道机动。当他们被迫面对为了进行相对论旅程而做出的个人牺牲时，你可能会瞬间感到眼中有沙子。在诺兰的电影中，爱真的能征服一切——即使是超大质量黑洞的致命引力场和星辰之间的巨大鸿沟。我建议你去看一下。
但是，如果你看电影是为了感受它们对你心灵的影响，而不是对你情感的影响，那么这部电影可能会让你感觉不那么激动。尽管这部电影被大肆宣传为贴近现实——加州理工学院的物理学家基普·索恩撰写了故事的初稿，并担任了这部电影的顾问和制片人——《星际穿越》中的一些科学知识是可笑的错误。更令人遗憾的是，但同样具有破坏性的是，故事中一些与科学无关的部分缺乏内部自洽性，甚至不可能是错误的。
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关于这部电影的科学缺陷，已经有很多文章指出其天体物理学、行星科学和轨道力学方面的基本问题，这些问题构成了关键情节的基础。同样多的墨水已经被泼洒（或像素被烧毁）用于说明这些细节不应该妨碍一个好故事，这部电影不是为科学家启迪而制作的，而是为了娱乐普通大众。我将避免在这里总结这些论点，从而让你免于厌倦（以及剧透）。相反，我只想说，至少对我而言，这部电影最大的缺陷是，它与所有其他太空歌剧电影一样：它自相矛盾地将星际旅行描述为既荒谬的容易又不可能的困难。
这种矛盾源于电影的核心情节装置：虫洞，一个穿越时空的隧道，如果穿越这个隧道，就可以在遥远的地点之间进行几乎瞬时的旅行。阿尔伯特·爱因斯坦和他的合作者内森·罗森在1935年首次普及了这一概念，但此后，虫洞在科幻小说中得到了最大的曝光，因为它们在理论上提供了一种以超光速将脆弱的、有形的角色在宇宙中穿梭的方法。例如，将一端放置在土星轨道上，另一端放置在仙女座星系的中心，像马修·麦康纳这样的棱角分明的英雄就可以在几分钟内完成星系间的穿越，而光本身——最快的东西——需要超过500万年的往返时间。这是简单、吸引人、令人信服的部分。
困难的部分在于，除了具有明确推测性的方程外，没有任何证据表明虫洞实际存在，更不用说如果我们发现它们可以操控或穿越它们了。根据索恩和其他人的理论工作，要使虫洞稳定到可以使用的程度，就需要存在和操纵另一种我们几乎没有实际证据的完全假设的东西： “奇异”物质——即具有负质量和能量的物质。因此，要到达星辰，我们所要做的就是依靠两个不同的实体，我们都不知道如何创造或操纵它们，并且事实上它们可能只是数学上的海市蜃楼，就像M.C.埃舍尔版画中不可能的楼梯一样。所有其他超光速旅行方案——曲速驱动、超空间跳跃等等——也有类似挑战现实的要求。
足以说明，超光速旅行的任务很可能比在充分理解的物理定律的严格约束下进行星际航行还要困难。如果你相信虫洞和曲速驱动能够带我们到达星辰，那你还不如依靠神、鬼和恶魔的干预——它们可能也会有同样的帮助，那就是根本没用。虫洞和其他超光速旅行方案不会在短期内，甚至永远都不会带我们到达星辰。
当然，虫洞看起来如此吸引人，是因为标准的、老式的星际旅行并非易事。这是我第一次从射电天文学家弗兰克·德雷克那里听到的一个思想实验，它说明了“简单”的星际穿越有多么困难：想象一下，如果我们发现一颗可居住的行星围绕一颗距离大约10光年的恒星运行，并且我们选择向它派遣一支探险队，乘坐一艘大小和质量都与737喷气式飞机相当的宇宙飞船，以光速的10%的速度飞行。更快的速度会使你的宇宙飞船在飞行途中面临被摧毁的风险，因为如果它撞击到一颗漂浮的尘埃，释放的能量将相当于小型核爆炸。以这个速度，探险队需要一个世纪才能到达目的地。
计算这次航行需要多少动能很简单，只需代入质量和加速度的数字来推导出所需的力即可。（如果要减速进入目标系统的轨道，其旅行时间和能量需求会更大——为了简单起见，我们假设它是一个飞掠。）尽管计算很简单，但它的答案却令人望而生畏：要将我们的星际飞船加速到光速的10%，需要相当于当今美国两个世纪电力生产的能量。即便如此，也存在可能达到如此极端速度的飞船的合理设计，使用诸如核脉冲推进或激光驱动光帆等概念；不需要奇异的物理学。
当然，还有其他到达星辰的途径，这些途径不那么依赖速度。太阳被奥尔特云包围，这是一个稀疏的、由万亿颗彗星组成的星云，它从冥王星轨道之外开始，向外延伸到距离我们最近的邻近星系——半人马座α星大约一半的地方。彗星富含冰和其他资源，可以加工成饮用水、火箭燃料和园艺所需的原材料——为任何正在移动的行星文明提供燃料站。人们可以想象，在遥远的未来，人类和机器通过跳跃彗星进入最后的边界，在那片黑夜的海洋中从绿洲移动到绿洲，需要数代人的时间，但最终会到达外星太阳下的某个新世界。
如果你愿意花费数万年或数十万年的时间完成穿越，你甚至可以现在开始星际航行。所需要的最多只是几亿美元，将一个小舱放在火箭的顶部，火箭能够将有效载荷提升到日心逃逸速度。然后，它将加入地球的其他星际使者——先驱者10号和11号、旅行者1号和2号，以及前往冥王星的新视野号任务——踏上缓慢的星辰之旅。这样的时间跨度似乎不太适合人类，但对于工程设计非常精良的机器来说，也许是触手可及的。
在这些情景中我们面临的挑战是困难的，但仍然牢牢地处于现实的范畴内，更多地与社会组织、资源分配、经济激励和长期规划有关，而不是与理论物理学的边缘有关。它们表明，对于一个最多只比我们稍微先进的文明来说，星际航行可能只像古埃及人建造大金字塔一样困难。
所有这一切并不意味着我们不应该尝试突破可能的界限，寻找超越我们太阳系未来任何困难事实的方法。但这确实意味着我们可以而且应该做得更好，而不是用关于舒适和便捷的星际旅行的准魔法般的异想天开来欺骗自己。也许有一个神奇的子弹在那里等待着将我们弹射到星辰，它可能存在于教科书的边缘，实验室的角落，或者土星的郊外。或者，星际旅行不可避免地涉及漫长而乏味的跋涉。承认这一点可能不会成为好莱坞科幻大片的最佳情节，但它会使我们更接近那些遥远的地方，在那里，许多人内心深处希望有一天能够到达那里。