2024年5月8日发(作者：extent)

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Focus

在电影里呈现虫洞和黑洞

——《星际穿越》背后的科学故事

昕山子/文

这是好莱坞电影史上，第一次基于科学理论比较准确地呈现出黑洞与虫洞的模样。

一个白热的物质环围绕着黑洞形成一个球形的大

涡流，看起来好像在上面和下面同时弯曲过来。这是

影片《星际穿越》中所呈现出的黑洞，它正以接近光速

的速度进行着旋转，同时其巨大的引力拖拽着周围的

时空并一起运动。而这幅黑洞的影像可以说很接近现

实。

几乎不可能的电脑特效

2014年底上映的好莱坞科幻大片《星际穿越》，讲

述的是一队探险家利用新发现的虫洞，在广袤的宇宙

中进行星际航行的故事。

关于黑洞和虫洞，我们在数学上、或者在科普写作

中都有了很多表达，但基于科学理论的、直观的影像呈

现，这部影片是第一个尝试的。为了保证银幕上黑洞和

虫洞的真实性，影片制作方请来了大名鼎鼎的黑洞和虫

洞研究专家基普·索恩作为科学顾问。

电影制作者所提出的故事是在一个遥远的未来，

气候变化影响到农业,大部分农作物无法种植，地球上

只剩下玉米一种粮食可以种植,人类处在灭绝的边缘。

导演诺兰和物理学家索恩

一位退役的宇航员被征召来进行最后一次的飞行，一

个不顾一切的尝试，去寻找新的可适宜居住的星球来

拯救人类的命运。

然而我们都知道，其他的恒星离地球都非常非常

远，距离最近的比邻星离我们大约有4.22光年，而远的

可达数百亿光年。即使以接近光的速度去抵达比邻星，

都要花费好几年的时间，更遑论其它星球？那么，怎样

才能实现真正的星际旅行呢？其实早在1983年，著名科

普作家卡尔·萨根所写的小说《接触》（后来拍成了电

影《超时空接触》）就面临着同样的问题，当萨根把这

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个困惑告诉好友索恩时，索恩认为人类真要想进行星

际旅行，只能走捷径、抄近道，他建议可以利用虫洞，

一个通过高维时空来连接宇宙中两个点的假想的快捷

通道。

如今，《星际穿越》中的宇宙航行仍然需要虫洞。

不过这次，作为《星际穿越》执行制片人的索恩得需要

帮助电影制作者们解决一个很具体的难题——如何科

学准确地在银幕上呈现出虫洞。

这并不是电影特效团队所头疼的唯一物理学问题。

《星际穿越》的故事是基于时间膨胀效应——时间对

于不同角色来说流逝的速度不一样。为了使电影中时

间膨胀效应变得更加科学合理，索恩认为需要一个大

质量的黑洞——在电影里被叫做“卡冈图雅”——并

以接近光速来旋转。作为这部影片的导演，克里斯托

弗·诺兰完全不知道黑洞是什么样子。好在有索恩的帮

助，《星际穿越》呈现出了一个与现实十分接近的虫洞

和黑洞。

程来使得他们的特效软件如同真实的物理定律那样描

述世界。

索恩把答案给了富兰克林，不过是以大量的研究

备忘录形式给了他们。文章十分长，来源详实，充满了

公式，它们看起来更像学术论文。电脑特效团队根据这

些公式编写进新的渲染软件里，然后开始去“纺织”出

虫洞。当结果呈现出来后，它看起来像一个在宇宙映照

出的水晶球，一个时空中的球形洞。

在成功地表现出虫洞之后，特效团队准备尝试用

同样的办法去处理黑洞。但是黑洞如同它的名字一样，

是光线的末日——所有的光线都会被黑洞吞噬。连光

线都没有了，如何才能生动地呈现出黑洞？事实上，一

个最普通的黑洞看起来就像一个漆黑的盘子，唯一有

趣的地方是它扭曲了周围星空的背景图像。诺兰十分希

望特效团队能把黑洞是球形的体现出来，富兰克林想

到，可以把黑洞套上一个吸积盘（一种由弥散物质组成

的、围绕黑洞转动的盘状结构）。

根据索恩的公式，特效团队尝试着做了一个不太

准确的样本。他们制作了一个水平的多彩光环——一

种类似吸积盘的图像，然后把它放在电脑里的旋转黑

洞上。一个非常非常奇怪的事情发生了——在根据数

学方程精心制作出来的软件中，黑洞周围弯曲的空间同

时也弯曲了吸积盘，光线产生了以个非同寻常的光圈。

最终的效果终于出来了：当光线被困在黑洞周

围时，在黑洞的黑影周围产生令人意想不到的复杂图

案——白热的吸积盘出现在黑洞的上面、下面和前面，

它看起来就像是一个碟子，那是星光弯曲造成的图像

（见本文题图）。

基普·索恩看了看在他帮助下制造出的黑洞，然后

想了想说，“那就对了，那就是它该有的模样。”电影特

效最终呈现的图像，正是索恩所认为的最真实的黑洞

图像，而对于那些《星际穿越》的观众来说，他们看到

电影中的这些影像——虫洞、黑洞以及怪异的光线后，

极为壮美的虫洞和黑洞

《星际穿越》拥有一个超过30名电脑专家的电脑

特效团队，这个团队的带头人富兰克林曾获得过奥斯

卡最佳视觉效果奖。现在为了制作出完美的银幕效果，

电影中呈现的虫洞

会说，“哇噢！那个真美。”

是的，它们不仅美丽，而且还很真实。

他们搬来了数千台电脑，在索恩的指导下，开始了黑洞

和虫洞的银幕制作。

虫洞和黑洞的呈现都跟其附近光的弯曲有关，因

为黑洞和虫洞都具有巨大的引力，经过其附近的光线

不可避免发生弯曲。以前的电影制作人通常用一种被

称为“光线跟踪”的技术来处理宇宙科幻大片中的光

线和反射，但这种光线跟踪软件通常的合理假设是光

线总是走直线的，而黑洞和虫洞，是宇宙中的极端现

象，光线是要走弯路的。因此，电脑特效团队不得不重

新编译一个新的渲染软件，他们请求索恩算出一些方

为艺术而做的妥协

最后，我们要强调一下，尽管《星际穿越》里的黑

洞是很真实地展现出来了，但严格来说并不是真正的

精确。事实上一些其他的效应被忽略了。如果把它们都

考虑进去的话，旋转黑洞的吸积盘的一侧会更亮且呈

现蓝色，另一侧则更暗且呈现红色。最终，吸积盘看起

来很不对称。但是电影特效团队认为这可能会导致广

大电影观众一头雾水，而且缺乏震撼性，所以为了艺术

性，他们忽略了这个效应。

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