《星際穿越》里的五維宇宙存在嗎？

最近剛好重看一遍電影《星際穿越》，以及《星際穿越》的唯一科學顧問、也是當今天體物理界巨擘——基普·索恩的科普讀物The Science of Interstellar，試著解釋一下。

首先可以肯定地說，引力異常既不是所謂的超體生物製造的，更不是庫珀穿越黑洞造成的，那麼到底是如何形成的？讓我們一起看看支撐影片科學性的自洽邏輯。

從諾蘭執導科幻電影的角度來講，圍繞「引力異常」這一特殊的引力現象開展故事，絕對叫人腦洞大開。無論是科學界，還是觀影大眾都很買賬。為什麼我會這樣說呢？

先從大眾角度看，引力異常，看起來明顯顛覆常識的新奇特現象，放在科幻片里不僅不奇怪，而且更能勾起人們的獵奇心。於是，我們在影片看到一連串的奇異現象：墨菲看到灰塵異常快速地落到地板上，聚集成像條形碼一樣的粗線條；庫珀扔下一枚硬幣飛速射向地板；印度無人機迷失了方向；庫珀的收割機自動聚集到農舍；叫人無比窒息的沙塵暴，以及莫名其妙的農作物枯萎病……

透過影片徐徐展開，諾蘭告訴觀眾，這一切都是由引力異常造成的——灰塵、硬幣受到引力異常作用而產生的奇異現象，比較容易理解，是由引力波動造成的（當然這也會對人體直接造成生理上的影響，不過諾蘭有意忽略了）；無人機、收割機都裝有GPS，而GPS系統依賴於正確的引力修正，結果受到引力異動的影響，失效了；造成農作物和植物大面積枯死的枯萎病，也是由引力異常造成的（儘管目前尚屬科學幻想，還不是科學結論，但真實世界的科學家確實在專門研究了）；狂野肆虐的沙塵暴，同樣是連鎖反應造成的，由於枯萎病導致植物大量死亡，地表植被銳減，導致嚴重的沙漠化。

引力異常，不僅讓電影院里的觀眾大開眼界，更讓現實世界的科學家無比著迷。因為任何真實的引力異常事件，都可能引發科學革命。事實上，從1850年以來，已經掀起三次科學認知革命。（當然，這裡說的三次引力異常事件，其實是人類對引力認知上的一次次升級，而不是電影中的引力異常現象。）

第一次，法國天文學家勒維耶發現了水星軌道異常進動的現象，說明牛頓的萬有引力定律並非完美無缺。

第二次，愛因斯坦精準預測出水星進動的測量值，廣義相對論從此確立了現代物理學的基石地位。

第三次，瑞士天文學家茲威基發現星系團引力與質量之間關係異常，從而推論出暗物質的存在，佔全宇宙1/4強的神秘存在才被人類發現。

現在，科學界對引力異常的探究，已經充分用到衛星。NASA發射了一顆GRACE衛星，專門用來追蹤整個地球表面潮汐力的分布、動向；歐空局也專門發射了GOCE衛星，繪製整個地球引力地圖。

以上說了一大堆引力異常現象，那麼問題來了：它是如何形成的？按照電影《星際穿越》里的布蘭德教授分析，引力異常是來自第五維度的引力。為什麼？如何理解呢？

首先，在四維宇宙中，也就是三維空間+一維時間的真實世界裡，布蘭德教授確信，沒有任何一種力量能夠造成引力異常，當然，他也不相信什麼超自然力量。

在這個前提下，作為人類理性代表、理論物理大師的布蘭德，唯有向額外維度物理學求解，也就是第五維度宇宙對人類四維宇宙的影響。（在此多說一下：諾蘭、基普·索恩都很聰明，沒有引入更多高維宇宙概念，免得觀眾徹底暈菜。）

第五維度宇宙？這也是科幻出來的嗎？當然不是。

當代前沿物理學界有一個學科，專門研究「額外維度物理」，麗莎·蘭道爾就是這一領域的最權威，她歷經9年實驗探究，向世人首度展現了看不見的第五維空間，震驚全球物理界。感興趣的朋友，不妨翻看她的科普大作《彎曲的旅行》。

從第五維度宇宙尋求答案，《星際穿越》科學顧問吉普·索恩解釋稱，布蘭德教授列出3種可能的成因：①五維宇宙里的某種物體或者高級智慧體製造的引力異常；②五維宇宙里的某種超級物體，在靠近人類宇宙移動時引起的引力異動；③正在穿過人類宇宙的超體場，引發的引力變化。

什麼是超體場？基普·索恩給出的解釋是，就像描述磁場、電場、引力場一樣，物理學家用「場」來描述那些在空間延伸、並且施加作用力的物理量。超體場，也就是五維宇宙中各個力場的集合。當這種超體場穿過人類所在宇宙的時候，就會產生引力強度的變化，從而造成《星際穿越》里的各種引力異常現象。布蘭德教授確信，正是第③種原因才是引發引力異常的關鍵！

找到問題關鍵，距離破解也不遠了。接下來，電影情節走向破題。布蘭德教授相信，超體場並非僅僅解釋地球上的引力異常，還有兩個重要作用：①保持蟲洞連通，②保護人類所在的宇宙不被摧毀。

先說「保持蟲洞連通」，按照廣義相對論物理定律得出結論，如果黑洞與蟲洞自然演化，很快就會斷開，所以保持蟲洞連通，只能依靠超體場保持連通。這就是電影中庫珀為什麼會說：「蟲洞不是一個可以自然發生的物理現象。」

正是，五維宇宙的超級文明有意在土星附近——超級黑洞卡岡都亞的附近，製造了一個連通的蟲洞，好讓人類穿越。穿越的結果，是庫珀進入超立方體，利用引力把量子數據傳遞給已經成年的女兒，這樣墨菲就可以解出布蘭德教授的方程組，從而找到利用引力異常的方法，逃離地球。

再說說「保護人類所在的宇宙不被摧毀」，如果五維宇宙撞到人類宇宙，那麼人類所在的四維宇宙將被摧毀。這可以從廣義相對論物理定律推導出來。電影中布蘭德教授觀察到人類的宇宙明顯沒有被摧毀，一定有東西在阻止，唯一的解釋還是超體場，施加了一個力，避免人類宇宙變形，被摧毀。所以，教授窮盡半生求解這個超體場——拯救人類的終極答案。最終在庫珀、墨菲父女倆的超時空合力下，破解了方程組，解開如何控制引力異常的秘鑰，使得人類飛離地球，移民太空，物種得以延續，文明進而升級。

從另一個角度看，引力異常是由超體場引發的，而超體場中生活著五維超級文明，卻在保護著人類，這個看似矛盾的情節，實則是諾蘭有意為之。

不管五維宇宙跟人類宇宙撞擊，五維超級文明有沒有能力控制得了，結果卻是，引力異常倒逼人類自救，當然是在五維文明「他們」的保護、引導之下，人類徹底從地球人蛻變成太空人。

作為導演諾蘭要傳達的是，人類最終能夠超越四維世界，超越自我。就像電影中庫珀對機器人塔斯說的：「他們不是什麼超體生物，他們就是我們人類，他們在試圖幫助我們，就像我在努力幫助墨菲一樣……我相信是那些已經進化到超越現在已知領域的四維的人類。」

作為《星際穿越》影片的唯一科學顧問，基普·索恩希望傳遞的價值在於：「科學在處理嚴峻挑戰時蘊含著巨大的力量。」

作為一位科普作者，我想表達的是：在宇宙的狂野風暴中，唯有科技才能拯救人類遭遇的生存危機。

這才是科學的力量。

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