之三，《星际效应》的科学事实与想像
关于《星际效应》已经在部落格上写了三篇。第一篇《星际效应》（人性至上的
末日寓言）谈到本片导演克里斯多福诺兰可能有意无意地想让观众将《星际效应》
视为“鬼片”（或者说是神片也行），第二篇文章《星际效应》（科学与神蹟）
则是聊“科学能创造神蹟，科幻片等同于鬼片”的概念。但只有第三篇《星际效
应》让我有欲望把文章po在这边，聊的是科学的部分，有兴趣者欢迎点阅连结。
( http://cheercut.pixnet.net/blog/post/41619514 为原始网址)
一、浅谈原理（重力扭曲时空、超弦理论、诺兰的五次元时空）
《星际效应》的一切，当然离不开科学。
首先我们知道，人类所存在的空间是三维空间（三度空间），而“时间”是“第
四个维度”。“时间”之于三维世界的我们而言，是无法控制的，即使我们透过
科技的发展，从汽车道飞机，缩短了到世界各地的时间，但我们依然无法随心所
欲的去到任一个时间座标，无法回到过去也无法穿越未来。而《星际效应》所用
到的科学概念，很像是融合了既有的科学常识与其来有自的科学假设，由权威物
理学家基普索恩Kip Thorne担任联合制作，导演诺兰这次打造出来的科幻片，不
是天马行空的视觉特效，而是货真价实的天文物理，让世人用最粗最娱乐与美丽
的方式，理解爱因斯坦相对论中的“重力”。
神奇的“重力”
或许雀雀在研究所时代对虫洞研究所做的相关 diagram（图解）可以帮助大家有
个粗浅的了解：在爱因斯坦的广义相对论中，三维的空间加上时间维度成了四维
的“时空”。为了呈现重力对于时空的影响，科学家将时空描述成平直光滑有如
一张无限延伸的床单，当一个重物掉入床单上产生重量，让原本平坦的床单产生
凹陷，也代表了“重力”扭曲了“时空”。
重力透镜效应
先以光线作为例子，光依然如我们所认知的在时空座标上直线前进，但在经过星
体（包含恒星及黑洞）产生的重力场时，因为时空被扭曲了、座标歪了，虽然光
还是自以为的直线前进，但对于在地球上观测的人类来说，看到的光，其实已经
偏折了。以上是所谓的重力透镜效应，虽然《星际效应》中并未提到，但在释出
的电影特辑中，特效团队利用物理学家基普索恩所假设并计算的数学式，让黑洞
周边的重力透镜效应呈现在大萤幕上，也因此观众在电影中看到的是最接近理论
的宇宙现象。（诺兰：爷拍的不是特效，爷拍的是真正的天文物理）
（图1重力扭曲时空与重理透镜效应）
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引力时间膨胀
回头说时间，若一格格小方格代表一个固定的时间单位，因为重力让时空扭曲，
附近的方格也被拉大。若一台航天飞机经过重力场附近扭曲的方格，度过一个单位
时间，在同时另一台航天飞机在没有受重理场影响的方格，可以度过两个甚至更多
的单位时间。重力让时空扭曲、让时间膨胀，在重力场附近的时间过得慢，远离
重力场时间过得快；在强大重力场附近度过1小时，远离重力场可能数年。
（图2）
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简单的举例，假设你坐航天飞机去另一个比地球重力大很多的星球，或是经过黑洞
边缘一年，之后再回到地球，地球可能已经过了十年、廿年或三十年以上了。
如图2 ，在黑洞附近受重力影响，可能待一个小时，地球就过了七年；若进入黑
洞的视界（黑洞的边缘，和物质包含光线若进入视界则无法逃脱），则地球可能
过了二十、三十年；若掉进了奇点（奇异点，黑洞中心，重力无限大），目前已
知的物理定律与假设都会失效，电影在这有个充满可学想像的转折。
虫洞
由于扭曲时空需要靠的是重力，若人类到能够控制且产生重力，那么便能扭曲时
空，那就有机会得以产生黑洞（引力极大，吸收周边一切物质能量的星体），及
相对应的白洞（与黑洞完全相反，将能量物质不断对外射出的星体）。两者透过
虫洞连结，就可以穿越时空。但在《星际效应》中人类还未拥有控制重力的文明。
我们可以一张宇宙想像成一张白纸，而人类是白纸上的蚂蚁，二维世界的篓蚁只
看到自己身处一片茫然白纸却无法看到拿着纸张的三维世界的人类。人类好心地
帮蚂蚁把纸弯曲对折，让蚂蚁瞬间从Ａ走到Ｂ，但蚂蚁却不会明白是谁用什么样
的方式让牠迅速到达。
（图3蚂蚁自己从Ａ到Ｂ最好的路径是直线，但人类把纸对折，它就可以瞬间直达
http://pic.pimg.tw/cheercut/1414943570-119633557_n.jpg
同理，我们人类对于高维世界的人而言，就是篓蚁。
在《星际效应》里面，不知道是谁（未来人类或是神？）把时空弯曲对折、生出
了虫洞，于是总之电影里面的这支“漫游者”太空团队打算经过这虫洞，去寻找
适合人类居住的星球。
（图4：《星际效应》漫游者号的计画就是从A到B）
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但图2 有说，经过超大重力场，时间会变慢（甚至停滞），所以“永续号”的团
队都有心理准备，甚至算出来他们在某星球上停驻一小时等于地球已经过了七年。
或许你可以问问自己这个有趣的问题：如果你是太空人，去了外太空经过强重力
场一年之后，回到地球、地球已经过了五十年，这样，算不算是“回到未来”呢？
（图5：有不知名人士，为地球人开了虫洞）
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二、超弦理论
接下来要简单跟大家讲一下《星际效应》只出现一下下，但却是关键剧情中使用
到的超弦理论。
目前所知的物理中，所有的物质是由夸克和电子所组成（夸克组成中子跟质子，
质子中子组成原子核，原子核与电子组成大部分人认知的物质最小单位：原子）
，而包含夸克与电子的多种基本粒子之间存在各式各样的“力”，让这些粒子得
以组成物质，并相互作用，这些力被分类成四大作用力：重力、电磁力、弱力及
强力。但到这边遗憾的有二：一是相对论只能解释重力却无法符合属于量子力学
的其他三力；二是这些力量如何产生？是否拥有共同的根基。
于是超弦理论被科学家提出，简单讲就是在高次元世界中，弦的运动控制着三度
空间中的基本粒子，任何物质（不论是沙尘还是一根秒针）都是由弦的不同振动
模式所产生。自然界所有物质与能量的相互作用，都可以用弦的运动来解释。每
一个基本粒子内部，都有一根细细的线在振动，就像小提琴琴弦的振动一样。拨
动一根弦，就能听到一个音；拨动另一根弦，就会听到另一个不同的音调。在数
学上，要满足抄弦理论必须要到11维度（10维度+1维空间）。因此，在三次元的
我们当然看不见这些弦！这些弦，只有处于高次元的“他们”（久远未来的人、
过去的人、外星人、或是神）才能看见、能拨动。
（图6超弦理论示意图）
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（以下有雷）
三、星际效应的五次元时空（科学想像）
接下来我们要讲的，是比弦更玄的事，雀雀在此称呼其为诺兰五次元时空。
前面谈弦理论时，我们谈到在高次元的“他们”（久远未来的人、过去的人、外
星人、或是神，更可能是导演诺兰）可以拨动弦来控制三度空间的物质，而“他
们”所处的位置是我们无法理解也无法看到，就像是麻瓜眼中的九月三分之四月
台，存在于三度空间中的空的。而在片中，男主角库伯（马修麦康纳饰演），就
落入了在高维度的“他们”替库伯打造的，一个在三度空间呈现的多维空间（电
影的台词是五维）概念。
那“他们”或诺兰如何在萤幕上打造五次元时空呢？我们必须从三次元开始说：
（图7）
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图7左边代表的是我们的三维世界，图6右边则是把第四维度（时间轴）加进去，
也就是把过去、现在、未来的三维时空串在一起。
而诺兰的五次元时空，因为是在高维度来看待四维度的时空，于是空间与时间就
成了手上的积木，可以把时间可以将时空任意摆放、连接，如此一来，所有过去、
现在、未来的三维空间不但被串在一起，甚至可以全部推叠在一起，你在五次元
可以自由处在任何一个“过去、现在、未来”，也就是说：每一个时空，对五次
元世界的你而言，都是“现在”。但因为是身处在高维度，所以不见得会被三维
度的人所看见，也不见得能与三维度的人沟通。
（图8：每一个一～四次元时空中的“过去、现在、未来”，
都是五次元世界里面的“现在”）
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（图9：把图8无限延伸就变成这样）
http://pic.pimg.tw/cheercut/1415470766-3886560693.jpg?v=1415470770
看见未来
《星际效应》里，永续号航天飞机出发前往虫洞，在穿越虫洞的那个摸门特，安海
瑟威所饰演的女博士布兰德摸了太空舱壁一把（她称作是“和虫洞初次见面握手”），
手都被扭曲了，那时候，她仿佛看见男主角库伯（马修麦康纳饰演）的未来一瞬
（就是库伯和布兰德在虫洞会车了），这是合理的，因为我们可以将在虫洞里视
为五次元（高维度）状态。
时空旅行的悖论
科学界、哲学界甚至科幻文学里，一直对于时空旅行是否会改变历史感到好奇，
因而产生了一些讨论，延伸了两个解决历史矛盾的悖论，结论都是对于过去的事
情无论如何改变都是徒劳无功的。
祖父悖论
若时光旅行回到了过去，不小心杀死了年轻时的祖父，那么自己也就不曾存在，
就不会有人回到过去杀祖父的问题。
命定悖论
若时光旅行回到了过去，不论你有多么想杀死了年轻时的祖父，自然的力量就是
让你无法达成。或是回到过去调查想要阻止房子起火，但是却自己不小心引起了
火灾。
所以，“现在”，永远都是最重要的事。
知道了吗？
好好地把握自己的“现在”吧！（这是什么不科学的结论啊哈哈哈）
Ps：雀雀本人并非太空科学研究者，尝试去理解电影之后撰以此文，
若有任何叙述处不够精确敬请见谅，当然如果有错的地方，欢迎高手指教。