《星际穿越》：理论物理学和视效技术的完美融合（长文无剧透）（星际穿越）影评

【背景介绍】

克里斯托弗·诺兰的新片《星际穿越》是一场史诗般的宇宙穿越之旅，在全球最顶尖的天体物理学家基普·索恩和顶级特效公司Double Negative的帮助下，《星际穿越》实现了有史以来最精确的黑洞效果。甚至在特效制作过程中，索恩还得到了新的成果，确认了黑洞真实的模样。

基普·索恩是加州理工学院费曼理论物理学教授，作为黑洞和广义相对论领域最杰出的科学家之一，他跟斯蒂芬·霍金、卡尔·萨根都是长期好友，在理论物理学界享有至高地位。而Double Negative是欧洲最大的特效公司，也是诺兰长期以来唯一御用的特效公司。

索恩在从加州理工学院退休前一直努力向公众阐释相对论的复杂概念。当时他就与电影制片人Lynda Obst讨论过拍摄一部有关黑洞和虫洞的电影。

几年前，斯蒂芬·斯皮尔伯格拿下了这个项目，并找来乔纳森·诺兰编写剧本，乔纳森是克里斯托弗·诺兰的弟弟，曾编写过《记忆碎片》、《致命魔术》、《黑暗骑士》等。后来斯皮尔伯格退出了，克里斯托弗·诺兰自然而然成为影片导演。他基于弟弟的剧本进行二次创作，并且希望让故事尽可能建立在科学基础上。为此他找到了索恩。

2013年初，索恩给诺兰上了几个月的课，使他了解到黑洞如何弯曲光线和时空。因此，整部影片是架构在索恩的理论知识基础上的。事后诺兰透露说，索恩最难得的一点是他从不立刻回答诺兰提出的问题，而是回去查论文、跟科学家们讨论，然后做一系列的运算，最后才把结果告诉诺兰。即便这样，索恩也没有觉得心烦。

影片剧情设定在不久的将来，人口暴涨、环境恶化，人们在寻找外太空居住地。问题是，借助飞船，即便是到达最近的星球也要几十年。早在1983年，卡尔·萨根撰写《超时空接触》时就希望能解决这个问题，索恩当时建议借助虫洞。虫洞是高维时空一种假想的隧道，能够帮助人们在短时间内到达十分遥远的地方。《星际穿越》自然借用了虫洞理论，当索恩向诺兰解释这一理论时，摆在诺兰面前的一大问题就是：如何在银幕上表现虫洞？诺兰知道应该让谁来完成这个任务，很快，他把Double Negative的特效总监保罗·富兰克林带到了索恩的办公室。

【制作虫洞】

富兰克林知道用CG可以实现任何效果，但这正是问题所在，因为这样做很容易偏离物理真实感，并且本片对真实感的要求非常高。

因此，他让索恩写了许多公式，以便用在特效软件中，确保能够创造出符合物理定律的图像。Double Negative从虫洞开始制作，可是怎样证明光线在虫洞中的传输轨迹是正确的呢？如何用数学来描述这件事情？富兰克林知道，特效领域通常使用光线追踪技术来渲染图像，但光线追踪首要的条件是光沿直线传播，而在虫洞和黑洞里，这个定律不适用，所以他们得从头开始编写一款“弯曲光线渲染器”。

索恩把厚厚的研究笔记给了保罗·富兰克林，这些笔记里满是公式，看上去就像是学术论文一样。富兰克林的团队参照这些公式编写了新的渲染器，最终渲染出来的结果是惊人的，虫洞看上去像一个水晶球，表面反射着整个宇宙，这是宇宙空间中一个球形的洞。

这跟常见的科幻小说和科幻电影里虫洞的样子都不一样，但这却是最符合事实的样子。

【黑洞的真实模样】

制作虫洞的成功经验促使特效团队以同样的方式来制作黑洞，但黑洞最大的麻烦在于，它根本不可见。理论上讲，黑洞曾是一颗星球，在灭亡时没有膨胀，而是坍缩至一个极小的奇点。影片中的黑洞以接近光速旋转，拖拽它周围的宇宙万物，其内部的引力场强大到能够弯曲宇宙空间。爱因斯坦解释说：“物质质量越大，其产生的引力就越大。”黑洞的引力场足以弯曲光线和时空。也就是说，靠近黑洞的人会觉得时间过得比地球上快。

不过，虽然黑洞本身不可见，但还是有办法表现出黑洞。黑洞的引力场导致被吸引的物体围绕着黑洞旋转，形成一个被称为吸积盘的环状聚集区，而随着能量增加，吸积盘会发出明亮的光线，这个吸积盘足以展现出黑洞的球形形状。

特效人员在计算机中制作了一个扁平的、彩色的圆环用于测试，将其放置在旋转的黑洞周围进行运算，然后，极为奇怪的事情发生了——黑洞周围的扭曲空间使得圆环本身也发生了扭曲，因此，真正的黑洞看上去不是一个碟子，而是纵横相交、形状怪异的光环。

特效团队以为是渲染算法出错了，于是找到索恩向他请教。起初，索恩对这个结果也十分惊讶，但说却十分肯定这就是黑洞应有的样子，特效团队基于他的公式得到的模型是准确无误的。

不过，话说回来，还没有人见过真正的黑洞长什么样，人们只能通过理论推算和数据观测得知黑洞周围应该有围绕它旋转的一圈光线。在此之前，就连索恩自己也不清楚黑洞到底是什么样子，直到特效团队用他的公式进行模拟运算后，他才确信黑洞原来长这样，索恩说：“以往的电影中从来没有人展现过黑洞和虫洞确切的样子，《星际穿越》做到了，这是人类目前为止得到的最符合广义相对论的黑洞景象。”

影片中最复杂的镜头一帧需要渲染100个小时，而主要的运算难度就在于爱因斯坦提出的引力透镜效应。最终，本片的特效数据量超过800TB。

【学术界的收获】

最终，诺兰得到的黑洞不仅是壮观瑰丽的，同时也是符合科学事实的，索恩也得以借此机会向公众展示理论物理学推算出的准确结论。这个渲染结果是物理科学和特效艺术完美结合的产物，索恩说从这次模拟运算结果中他至少可以发布两篇新论文，一篇关于天体物理学，一篇关于计算机图形学。

索恩谈到天体物理学时往往会用很多比喻，他会说黑洞碰撞像两股龙卷风穿过彼此，或者弯曲的光线就像被风吹舞的麦秆。但比喻往往不准确，人们会以为他们理解了这些理论，但其实他们只是理解了相关的比喻。但真正的黑洞和虫洞远比这些比喻要复杂得多，如果有观众质疑《星际穿越》中的宇宙景象，请别忘了这是基普·索恩算出来的。

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