在《星际穿越》热播的这几天，看过影片的观众们直呼：“脑洞大开！”
让人们脑洞开的最大的，应该还是影片中关于物理的那部分知识。剧中到处充斥着“虫洞、黑洞、多维空间、时间膨胀、量子力学”这些高大上的物理学和天文学专业术语，让我们对物理学顿时“心生向往”。对那些理科生、学霸们的敬仰，犹如滔滔江水，延绵不绝。
如果你的孩子不喜欢数理化，那就让他去看“脑洞大开”的《星际穿越》。
1.你以为黑洞真是洞？
《星际穿越》主要讲述了一对探险家利用他们针对虫洞的新发现，超越人类对于太空旅行的极限，从而开始在广袤的宇宙进行星际航行的故事。
看过《星际穿越》，小编印象颇深的一句话是：“你以为黑洞真是洞。”
事实上，黑洞并不是洞，它不是空的，恰恰相反，黑洞是宇宙空间内存在的一种超高密度天体，由于类似热力学上它是完全不反射光线的黑体，故名为黑洞。黑洞的质量极其巨大，而体积却十分微小，它产生的引力场极为强劲，以至于任何物质和辐射在进入到黑洞的一个事件视界(临界点)内，便再无力逃脱，甚至目前已知的传播速度最快的光(电磁波)也逃逸不出。理论上讲，黑洞本是一颗恒星，然而它最终没有熄灭或爆炸，而是像做塌了的蛋奶酥一样，坍塌成一个小小的、不可逃逸的奇点。
《星际穿越》这部电影画面中呈现的黑洞，是30个人使用数千台计算机，用一年的时间，制造出的电影史上最准确的黑洞模型。他的理论支持者是基普·索恩，他基本上是最伟大的黑洞大师之一。
推荐书籍：《黑洞战争》（一本有关现代物理学、量子奇异性和恒星命运的书）
2.“什么是虫洞？”
《星际穿越》最热的关键词是“虫洞”。这个概念并不新鲜，《来自星星的你》的“都教授”就是通过虫洞建立的时空通道来到地球的，科幻片《星际迷航》也多次用到这个理论。
虫洞又称爱因斯坦－罗森桥，是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。虫洞是1930年代由爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时假设的，认为透过虫洞可以做瞬时的空间转移或者做时间旅行。
由阿尔伯特·爱因斯坦提出该理论。简单地说，“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。暗物质维持着虫洞出口的敞开。虫洞可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性。虫洞也可能是连接黑洞和白洞的时空隧道，所以也叫“灰道”。
举例来说，可以将一张纸条视作通常的空间，那么从位于纸条一端的一点到位于另一端的一点需要很长的距离，但是把纸条两端连接在一起，那么两点间的距离就很短了。虫洞的科幻意义巨大，但遗憾的是至今没有任何证据表明虫洞的存在。
推荐书籍：《黑洞与时间弯曲》（《星际穿越》影片中黑洞原理的理论来源，影片指导基普·S·索恩最重要著作）
3.五维空间
在电影《星际穿越》中，连续探索了两个看似适合人类居住的星球之后，库珀把补给留给了队友，自己再次穿越虫洞尝试返回地球，结果他坠入了一个奇幻的空间：女儿书房里的书架背后。这个时间可以逆转，库珀看到了当年在这个房间自己跟女儿告别的情景，但他无法打破这个空间，也无法让其他人看见、听见自己。这就是一个五维空间，不同于我们所在的三维空间，五维空间里时间是如同一座山一样实质存在的，库珀需要告诉女儿如何解开五维空间的方程式，能通过五维空间传递的只有重力。于是他用灰尘的重力和手表的指针发送摩斯电码，把方程式的答案传给了长大后的女儿。
五维空间到底是怎么样的呢？我们可以运用类比来推断。在四维空间，三维物体是一切物质的组成基础，而时间则是整个四维空间活动的基本，没有时间，一切都是静止的，就和三维空间没有区别。那么在五维空间，四维物体可能就是一切物质的组成部分。可能组成五维物体最基本的元素就是一整个四维空间，在这个元素中包括我们所有已知的世界。四维空间是五维空间的子集。
推荐书籍：《宇宙的琴弦》
4.奇点
《星际穿越》影片中在飞船驶向黑洞边界时多次提到了“奇点”，奇点是时空中的一点，在该处时空曲率或其他的物理量都变得无限大，它具有一系列奇异的性质，无限大的物质密度、无限大的压力、无限弯曲的时空等。
大多科学家认为它是宇宙产生之初，由爆炸而形成宇宙的那一点。它具有所有物质的势能，而这种势能正是由大爆炸而转化为宇宙物质的质量和能量，我们可以想象，奇点是一种没有固定形状的、没有体积的不可思议的存在。
5.时间膨胀
时间膨胀贯穿《星际穿越》整个剧情，电影中主角在进入太空后便遇到了时间膨胀，宇宙中主角们的时间和地球上的时间可以用“天上方一日，地上已千年”来形容，这样的时间错乱给电影增加了一丝悲凉和无奈的气氛。至于时间膨胀本身，则是一种物理现象。
在相对论中，空间和时间的尺度随着观察者速度的改变而改变。例如，向着我们以接近光速速度运动的一个时钟本身所标明的时间，比另一个与我们相对静止的时钟走得慢些。举个设想的例子说吧，假如有一个人一分钟的心跳是60下，当他高速运动时，如果速度足够大，他的心跳可能会变成40下，20下，甚至更慢.因为随速度的增加，他的时间变慢了。他自身的新陈代谢也随之变慢。这样,相对于他的时间就发生了膨胀。
有了时间膨胀效应，人们在以极高速运动的飞船上时，尽管外界已经经历了很长的岁月，自己却没什么老化，因为极大的速度会使飞船（和里面的所有物体）的时间减慢。也就是说，飞船的时钟走了一圈，地球上的时钟已经转了许多圈了。
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6.与女主人公名字相同的定律：墨菲定律
片中男主角的女儿名为墨菲，而她总在抱怨自己的名字与不吉利的墨菲定律的联系。墨菲定律由上世纪中叶一名美国空军工程师爱德华·墨菲提出，包含四条原则，1.任何事都没有表面看起来那么简单；2.所有的事都会比你预计的时间长；3.会出错的事总会出错；4.如果你担心某种情况发生，那么它就更有可能发生。（小编总算知道女主人公为什么这么反感这个名字了）
《星际穿越》的情节中多次体现了墨菲定律的正确性，但除了把事情搞砸，它也把任务引向好的方面，最后主角也在墨菲定律的作用下挽救了全人类的生途。从这个角度来理解，墨菲定律是一种对概率的诠释，本身并不指代吉凶祸福。
7.我们熟识的“相对论”
这部片子也用情节来解释了什么叫相对论。男主角库珀到达第一个星球，在上面待了几个小时，经历了一起平地而起的巨浪后，回到飞船，非常简短的过程，可等他回到飞船，当年的同伴已经白了胡子，说他已等了他们23年！地球上的女儿也已长大23岁。片尾库珀在太空被救，在太空站醒来时已124岁，但看起来仍像刚出征时的样子。
相对论，对网友来说认知度要高不少，是爱因斯坦提出来的，但估计大家也就只知道这么个提法。相对论的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无关。狭义相对论和广义相对论的区别是，前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。
8.引力弹弓
弹弓效应是物理名词，指的是小天体等借助大质量天体重力获得更大动能，这个概念被推广开来就是借助外界条件让自己获得加速度的意思。以宇宙飞船为例，就是借助星球引力使自身加速的原理。利用引力使自己的速度加快，引力越大，速度也就越快。
现在很多的探测卫星都采用弹弓效应来借助星球引力使自己加速，尽可能地节省燃料，同时，引力助推既可用于加速飞行器，也能用于降低飞行器速度。靠着这种方式，在星际间弹来弹去，最后到达目的地。
看着小编给大家整理的图文并茂的物理知识，有没有想再去电影院看一遍的冲动捏？也许正能让你醍醐灌顶，开启成为科学家之路。
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