“當然，這就是黑洞應該有的樣子。” 當基普·索恩看著他幫助建造的黑洞時，他就是這么想的。
這個黑洞實際上是迄今為止創建的最精確的黑洞模型。 電影《星際穿越》中，它以接近光速旋轉，一點一點地吸引著宇宙中的物質。 （這就是引力，相對論超級奇怪。）理論上來說，黑洞本來就是一顆恒星。 但最終并沒有熄滅或爆炸。 相反，它塌縮成一顆小而不可阻擋的恒星，就像塌陷的蛋奶酥一樣。 逃逸奇點()。 一個光輪圍繞著內部巨大的球形漩渦，看起來像是從上到下彎曲的。
電影中展示的“黑洞”形象。 為什么黑洞看起來像這樣？ 圖片來源：
但這一切都很自然物理資源網，因為黑洞附近經常發生奇怪的事情。 例如，黑洞的引力如此之大，以至于它們可以彎曲宇宙的結構。 愛因斯坦對此的解釋是：物體的質量越大，產生的引力就越大。 恒星和黑洞等物體可以產生巨大的引力，導致光線彎曲和時空扭曲。 更神奇的是物理學家 穿越，如果你比我離黑洞更近，我們的時間和空間感就會不同。 相對來說，我的時間會過得更快。
索恩在這個模型中看到了什么？
作為一名天體物理學家，他的數學知識指導了這一令人著迷的視覺效果的創作——有史以來最準確的黑洞外觀模型。 同時，這個模型是30個人和數千臺計算機一年的工作成果。 最重要的是，黑洞還與眾星云集的好萊塢明星聯系在一起。 因為這個黑洞模型是電影《星際穿越》的核心。
索恩在這個模型中看到了現實。 導演克里斯托弗·諾蘭是一位非凡的影像制作者，他看到了美。 黑洞，即使是虛構的黑洞，也會扭曲感知。
索恩，1972 年。AT/
索恩不是一般的天體物理學家。 誠然，他是一位著名的理論家——他剛剛獲得了諾貝爾獎——但即使在退休之前，他也非常樂意向公眾解釋令人煩惱的相對論。 臨近退休時，索恩和制片人琳達·奧布斯特（索恩和琳達·奧布斯特）相識 30 年，并由卡爾·薩根安排合作。 相親 - 談論制作一部關于黑洞和蟲洞神秘本質的電影。
史蒂文·斯皮爾伯格簽約執導這部電影后不久，編劇喬納森·諾蘭就寫了劇本。 但最終斯皮爾伯格退出，喬納森的弟弟克里斯托弗·諾蘭（諾蘭）接任，他是一位因《記憶碎片》和《盜夢空間》等令人費解的電影而聞名的導演。
當克里斯托弗·諾蘭重寫他哥哥的劇本時，他想弄清楚故事核心的科學原理。 于是克里斯托弗·諾蘭開始與索恩會面。
理論物理學家基普·索恩、《星際穿越》的科學顧問和制片人。 圖片來源：《科學》
索恩和諾蘭在 2013 年的頭幾個月里探索了物理學家所說的“宇宙扭曲的一面”，例如彎曲的時空、現實中的間隙以及重力如何使光彎曲。 “你可以說這個故事已經成為克里斯托弗和喬納森的故事，”索恩說。 “但是故事的本質、制作一部從一開始就融入科學的電影的目標以及其中令人驚嘆的科學都消失了。 預訂。”
電影制片人設想這個故事發生在一個反烏托邦的近未來，那里食物無法生長，人類瀕臨滅絕。 一名退休宇航員（麥康納飾）被招募執行最后一項任務，這是一項絕望的任務物理學家 穿越，目的是尋找另一個人類可以生存和復興的星系。
圖片：和
那么，問題來了。
其他恒星距離地球那么遠，即使到達最近的恒星也至少需要幾十年的時間，而我們甚至不知道如何才能達到幾十年內就能到達目的地的速度。 但早在 1983 年，當卡爾·薩根（Carl Sagan）為他的小說（后來被拍成電影《接觸》（））尋找可能的解決方案時，索恩建議他使用蟲洞，一種假設的宇宙裂痕，它使用超越四個維度的更高維度。連接兩個遙遠點的維度空間和時間。 所以對于《星際穿越》來說，蟲洞也是最好的選擇。 當索恩和諾蘭討論這部電影時，對蟲洞物理學的討論不可避免地向電影制片人提出了一個問題：蟲洞將如何在屏幕上呈現？
這并不是唯一讓電影特效團隊頭疼的物理現象。 諾蘭的故事依賴于時間膨脹：不同角色的時間流逝方式不同。 為了使這一點在科學上合理，索恩告訴諾蘭，他需要一個非常大的黑洞（在電影中稱為“巨人”），它的旋轉速度接近光速。 作為一名電影制片人，諾蘭不知道如何讓這樣的事情看起來真實可信。 但他知道誰能幫他達到這個效果。
“克里斯打電話給我，說他要派人到我家討論視覺效果，”索恩說。 “我說，‘當然，讓他過來吧。’”
很快保羅·富蘭克林就到達了索恩的家。
影片中，花形的長賜號宇宙飛船正在接近蟲洞。 圖片：和
富蘭克林知道他的計算機總是可以做他要求的任何事情，這既是一個問題，也是一個誘惑。 “我們很容易陷入陷阱，最終違反現實法則，”榮獲奧斯卡最佳特效獎的視覺效果工作室 的高級管理人員說道。 “這些法律非常嚴格。”
于是他要求索恩寫下一些公式，以便他們的特效軟件能夠反映物理世界。 他們從蟲洞開始。 如果光在蟲洞附近改變其經典模式并沿直線傳播，會發生什么？ 你如何從數學上描述這一點？
黑洞扭曲光的示意圖。 圖片來源：基普
索恩交給富蘭克林的答案是一份經過充分研究的備忘錄。 這份備忘錄很長，充滿了引文和方程式，看起來更像是科學期刊上的一篇論文。 富蘭克林的團隊根據這些公式編寫了新的渲染軟件，然后創建了蟲洞。 效果令人驚嘆。 這個蟲洞就像是一個反映宇宙的水晶球，是一個時空洞。
“科幻小說總是喜歡把事情變得如此神奇，以至于普通的宇宙似乎無法滿足他們，”富蘭克林說。 “我們直接從該軟件獲得的結果已經令人難忘。”
基普·索恩的新書《星際穿越的科學》詳細介紹了影片的科學背景。 圖片來源：
蟲洞的成功使得特效團隊大膽地用同樣的方法來創造黑洞。 但正如你從名字中可以看出的那樣，黑洞是光的殺手。 電影制作人經常使用一種稱為光線追蹤的技術來渲染圖像中的光線和反射效果。 “然而，光線追蹤軟件使用了一個普遍合理的假設，即光線沿直線傳播，” 的 CG（計算機圖形）主管 Eugénie von 解釋道。 。 由于黑洞遵循完全不同的物理定律，“我們必須編寫一個全新的渲染器”。
有些單幀渲染需要100個小時，引力透鏡愛因斯坦效應造成的小彎曲使得計算量非常繁重。 到最后，這部電影占用了近800TB的數據。 Von 表示，“我還擔心這次我們可能會突破 1 PB 數據大關。”
