2023年7月9日发(作者：)

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《星际穿越》中的几个科学问题

作者：李新洲

来源：《科学》2015年第01期

《星际穿越》是一部由艺术家与科学家携手创作的作品。这部电影不仅在艺术上堪称典范，而且在科学上除了冰云层外也无瑕可谪。影片阐述了虫洞与量子纠缠的概念。使广大观众了解了在日常生活层面之上和之下的奇特真相。与大多数好莱坞大片不一样的是，影片没有描写浪漫的爱情与性，而是用淡淡的手法述说出浓浓的人类之爱。

《星际穿越》是一部2014年发行的美国科幻大片，导演是克里斯托弗·诺兰（Christopher

Nolan），编剧是诺兰及其弟弟乔纳森·诺兰（Jonathan Nolan），著名引力学家索恩（Kip

Thorne）为影片科学顾问。影片主要讲述了库珀（Cooper）及其女儿墨菲（Murphy）的故事。影片描绘了在不久的将来，由于地球气候变化和病虫害而造成的粮食危机迫使人类社会转型为农业社会。影片的主人公库珀本为美国国家航空与航天局（NASA）的宇航员和工程师。也被迫成为了农民。利用广义相对论中的虫洞概念，影片演绎了库珀团队如何通过虫洞，在未来、现在和过去中穿越，以及在星际旅行中，为寻找适合人类生存的星球而进行的惊心动魄的探险。目前，关于影片科学性的评论如潮，年轻的理论物理学家像艺术家那样，常常会急于对文艺作品，特别是科幻作品发表自己的见解。这些见解中不乏真知灼见，但泥沙俱下，鱼龙混杂。

黑洞潮汐力问题

钱塘看罢早潮待晚潮。诗人说这是大海每日的二次呼吸，引力学家说这是源于月球引力吸引——一次是月球引力将海水吸引过去，另一次是在地球另一边将地球吸了过去。就像月球的引力导致引起地球每日两次潮汐的潮汐力那样，任何引力场都将造成潮汐力。接下来的问题是，黑洞的引力很强，接近黑洞的人或物体是否会被黑洞的潮汐力撕得粉碎？答案是，可能会也可能不会。加尔冈蒂阿（Gargantua）黑洞的潮汐力便不会。广义相对论的潮汐力是用潮汐力张量来描述的，潮汐力张量的9个分量就是曲率张量的分量RkOjO。简单而言，只要黑洞的半径相对于人或物体的尺寸足够大，其潮汐力对人或物体的影响就是轻微的。

想象一位身高3000千米的巨人，正从外太空脚朝下地落向地球。当巨人接近地球时，他就有了被潮汐力拉伸的感觉。之所以如此，不是因为落向地球的整体加速度，而是因为引力在空间上的不均匀性。这个可怜的巨人太高大了，其脚部比头部离地球近很多以至于他的脚部受到的引力要比头部受到的引力大得多。净效应就是产生了头部和脚部正在往相反的方向被拉伸。如果巨人水平下落的话，他可能会避免被拉伸，因为头和脚处在同样的高度。然而当他这样做时，他感觉到了新的痛苦，被挤压的痛苦代替了拉伸。

由引力的强度和方向变化而引起的扭转力统称为潮汐力，无论它们是由于月球、地球、太阳、黑洞，还是其他天体引起的。当正常身高的人从跳水板上跳下时，能感受到潮汐力吗？不