“當(dāng)然，這就是黑洞應(yīng)該有的樣子。” 當(dāng)基普·索恩看著他幫助建造的黑洞時(shí)，他就是這么想的。
這個(gè)黑洞實(shí)際上是迄今為止創(chuàng)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(zhuǎn)，一點(diǎn)一點(diǎn)地吸引著宇宙中的物質(zhì)。 （這就是引力，相對(duì)論超級(jí)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(diǎn)()。 一個(gè)光輪圍繞著內(nèi)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(wǎng)，因?yàn)楹诙锤浇?jīng)常發(fā)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(jié)構(gòu)。 愛因斯坦對(duì)此的解釋是：物體的質(zhì)量越大，產(chǎn)生的引力就越大。 恒星和黑洞等物體可以產(chǎn)生巨大的引力，導(dǎo)致光線彎曲和時(shí)空扭曲。 更神奇的是物理學(xué)家 穿越，如果你比我離黑洞更近，我們的時(shí)間和空間感就會(huì)不同。 相對(duì)來說，我的時(shí)間會(huì)過得更快。
索恩在這個(gè)模型中看到了什么？
作為一名天體物理學(xué)家，他的數(shù)學(xué)知識(shí)指導(dǎo)了這一令人著迷的視覺效果的創(chuàng)作——有史以來最準(zhǔn)確的黑洞外觀模型。 同時(shí)，這個(gè)模型是30個(gè)人和數(shù)千臺(tái)計(jì)算機(jī)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(lián)系在一起。 因?yàn)檫@個(gè)黑洞模型是電影《星際穿越》的核心。
索恩在這個(gè)模型中看到了現(xiàn)實(shí)。 導(dǎo)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(gòu)的黑洞，也會(huì)扭曲感知。
索恩，1972 年。AT/
索恩不是一般的天體物理學(xué)家。 誠然，他是一位著名的理論家——他剛剛獲得了諾貝爾獎(jiǎng)——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(duì)論。 臨近退休時(shí)，索恩和制片人琳達(dá)·奧布斯特（索恩和琳達(dá)·奧布斯特）相識(shí) 30 年，并由卡爾·薩根安排合作。 相親 - 談?wù)撝谱饕徊筷P(guān)于黑洞和蟲洞神秘本質(zhì)的電影。
史蒂文·斯皮爾伯格簽約執(zhí)導(dǎo)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(mèng)空間》等令人費(fèi)解的電影而聞名的導(dǎo)演。
當(dāng)克里斯托弗·諾蘭重寫他哥哥的劇本時(shí)，他想弄清楚故事核心的科學(xué)原理。 于是克里斯托弗·諾蘭開始與索恩會(huì)面。
理論物理學(xué)家基普·索恩、《星際穿越》的科學(xué)顧問和制片人。 圖片來源：《科學(xué)》
索恩和諾蘭在 2013 年的頭幾個(gè)月里探索了物理學(xué)家所說的“宇宙扭曲的一面”，例如彎曲的時(shí)空、現(xiàn)實(shí)中的間隙以及重力如何使光彎曲。 “你可以說這個(gè)故事已經(jīng)成為克里斯托弗和喬納森的故事，”索恩說。 “但是故事的本質(zhì)、制作一部從一開始就融入科學(xué)的電影的目標(biāo)以及其中令人驚嘆的科學(xué)都消失了。 預(yù)訂?！?span style="display:none">QxV物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
電影制片人設(shè)想這個(gè)故事發(fā)生在一個(gè)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(zhí)行最后一項(xiàng)任務(wù)，這是一項(xiàng)絕望的任務(wù)物理學(xué)家 穿越，目的是尋找另一個(gè)人類可以生存和復(fù)興的星系。
圖片：和
那么，問題來了。
其他恒星距離地球那么遠(yuǎn)，即使到達(dá)最近的恒星也至少需要幾十年的時(shí)間，而我們甚至不知道如何才能達(dá)到幾十年內(nèi)就能到達(dá)目的地的速度。 但早在 1983 年，當(dāng)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(shí)，索恩建議他使用蟲洞，一種假設(shè)的宇宙裂痕，它使用超越四個(gè)維度的更高維度。連接兩個(gè)遙遠(yuǎn)點(diǎn)的維度空間和時(shí)間。 所以對(duì)于《星際穿越》來說，蟲洞也是最好的選擇。 當(dāng)索恩和諾蘭討論這部電影時(shí)，對(duì)蟲洞物理學(xué)的討論不可避免地向電影制片人提出了一個(gè)問題：蟲洞將如何在屏幕上呈現(xiàn)？
這并不是唯一讓電影特效團(tuán)隊(duì)頭疼的物理現(xiàn)象。 諾蘭的故事依賴于時(shí)間膨脹：不同角色的時(shí)間流逝方式不同。 為了使這一點(diǎn)在科學(xué)上合理，索恩告訴諾蘭，他需要一個(gè)非常大的黑洞（在電影中稱為“巨人”），它的旋轉(zhuǎn)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(shí)可信。 但他知道誰能幫他達(dá)到這個(gè)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(dāng)然，讓他過來吧?！?span style="display:none">QxV物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
很快保羅·富蘭克林就到達(dá)了索恩的家。
影片中，花形的長賜號(hào)宇宙飛船正在接近蟲洞。 圖片：和
富蘭克林知道他的計(jì)算機(jī)總是可以做他要求的任何事情，這既是一個(gè)問題，也是一個(gè)誘惑。 “我們很容易陷入陷阱，最終違反現(xiàn)實(shí)法則，”榮獲奧斯卡最佳特效獎(jiǎng)的視覺效果工作室 的高級(jí)管理人員說道。 “這些法律非常嚴(yán)格?！?span style="display:none">QxV物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
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(jīng)典模式并沿直線傳播，會(huì)發(fā)生什么？ 你如何從數(shù)學(xué)上描述這一點(diǎn)？
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(jīng)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(xué)期刊上的一篇論文。 富蘭克林的團(tuán)隊(duì)根據(jù)這些公式編寫了新的渲染軟件，然后創(chuàng)建了蟲洞。 效果令人驚嘆。 這個(gè)蟲洞就像是一個(gè)反映宇宙的水晶球，是一個(gè)時(shí)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(jié)果已經(jīng)令人難忘。”
基普·索恩的新書《星際穿越的科學(xué)》詳細(xì)介紹了影片的科學(xué)背景。 圖片來源：
蟲洞的成功使得特效團(tuán)隊(duì)大膽地用同樣的方法來創(chuàng)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(jīng)常使用一種稱為光線追蹤的技術(shù)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(gè)普遍合理的假設(shè)，即光線沿直線傳播，” 的 CG（計(jì)算機(jī)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(gè)全新的渲染器”。
有些單幀渲染需要100個(gè)小時(shí)，引力透鏡愛因斯坦效應(yīng)造成的小彎曲使得計(jì)算量非常繁重。 到最后，這部電影占用了近800TB的數(shù)據(jù)。 Von 表示，“我還擔(dān)心這次我們可能會(huì)突破 1 PB 數(shù)據(jù)大關(guān)。”
