面對現實吧，這地球是不能住人了，到處是環境污染、有全球暖化、有黑心油害人，最近伊波拉病毒又搞得人心惶惶，甚至還有藝人亂劈腿！唉，如果能移民到別的星球該有多好。

這好像是我等了一整年的電影《星際效應》（Interstellar，也譯做《星際穿越》、《星際啟示錄》）的故事。這部電影是導演過《全面啟動》（Inception）的諾蘭至今最大手筆的電影，由最新的奧斯卡最佳男主角馬修麥康納主演一位偉大的父親，不久的將來地球環境極度惡化、生物圈崩潰，他為了人類的未來，不得不和心愛的女兒分離，搭乘太空船到宇宙深處去尋找另一個適合居住的星球。

所以在這個電影裡面，你可以看到太空船、減緩老化的人工冬眠、人工智慧機器人... 糟糕了，最重要的光速引擎呢？若還是使用現在的火箭，即使是現在已經飛離太陽系的太空船「航海家一號」，也得等到西元40,272年才會飛過下一個星系！這電影該怎麼拍下去呢？

還好，有科幻電影的法寶：「蟲洞」（Wormhole)。看《星際效應》之前一定要知道什麼是「蟲洞」。

如果你已經看過這一部電影，建議您繼續看《看不懂星際效應？讓我好好解釋...》～～小心地雷！

沒有蟲子的蟲洞

別誤會，蟲洞和蟲子一點關係都沒有，而是物理理論中連接兩個不同時空點的捷徑。比如一張A4紙對角的距離約35公分，但把紙對折、兩角對齊後，他們的距離就是零。理論上，若能將宇宙的時空也這樣的對折，就能產生捷徑，讓太空旅行不再漫長。

蟲洞是理論上在時空扭曲下形成的隧道。（圖片來源：Anderson Institute）

對了，《多啦A夢》的「任意門」就是一種幻想的蟲洞，可把大雄和多啦A夢瞬間運送到任何角落。

類似的概念在其他科幻電影也常常出現。

電影裡的蟲洞：（A）《復仇者聯盟》中從『宇宙傳送門』來到地球的齊塔瑞巨獸。（B）《超人：鋼鐵英雄》中氪星人的人工蟲洞。（C）1997年茱蒂福斯特主演的《接觸未來》（Contact）裡，依照外星藍圖製造的蟲洞機，讓女主角和外星人溝通；（D）《星際奇兵》（Stargate）裡的「星門」，是百萬年前外星種族留在地球上的蟲洞大門。

只可惜蟲洞目前只存在於數學家的計算紙上和科幻電影裡，沒有人真正看過它。如果想把時空扭曲成一個蟲洞，需要超級大的重力，宇宙中有這個能耐的，就只有連光也逃不出的「黑洞」了。1988年加州理工學院的索恩教授（Kip Thorne）利用「廣義相對論」證明某類的黑洞可以是蟲洞的入口，進入蟲洞的人若是沒有被黑洞壓死，就可以從蟲洞的另一端（又稱白洞）出來。

《星際效應》與眾不同的地方在於導演諾蘭花了許多心思把蟲洞“真實”地呈現出來，他甚至請索恩教授推導物理公式，求出蟲洞理論上的外觀。

《星際效應》的蟲洞是根據索恩的理論推算出來的。（圖片來源：Wired）

原來在黑洞強大的重力場會扭曲附近的空間，連原本筆直的光線也扭曲了，造成類似光學鏡片的效果，叫做「重力透鏡效應」（gravitational lensing）。這些高度非線性的數學式非常複雜，需要反覆計算才能得到答案。電影公司透露，電影裡面的某一些單一的「格」要花100個小時才做出來！而電影每秒要24格...

哇卡，微軟在太空中放個巨大的IE標誌打廣告嗎？原來這發亮的圓盤是被高速旋轉的黑洞吸入的氣體（叫做吸積盤，accretion disc）因強大的動能而加熱發光，發出來的光線同時在扭曲的重力場中環繞黑洞數次才能脫離，而變成這樣的景象。黑洞雖然是漆黑的，但是四圍發亮的高熱氣體卻常被地球上的望遠鏡觀察到。

你那邊幾點？

你不喜歡長途飛行後調整時差嗎？那你絕對不要跳進蟲洞裡，那裡的時差更可怕！

黑洞扭曲空間也扭曲了時間，太空人越接近黑洞，時間就過得越慢。當地球上的人用望遠鏡觀察黑洞旁的太空船時，就好像在看慢動作影片，連子彈好像也停了下來；但太空人並不覺得時間變慢，反而地球上的一切都進行快速，目不暇給。

喜歡諾蘭的人一定知道他喜歡玩時空交錯的遊戲，比如說《全面啟動》裡每進一層夢時間就會加快12倍；《記憶拼圖》（Memento）的時間來回錯綜更像打毛線。黑洞造成的「時間膨脹」更給了《星際效應》一個絕佳的題材來訴說一個獨特的淒美故事。

有人認為蟲洞可以當作時光隧道，《星際效應》也利用這一點做文章。

可能有蟲洞嗎？

有這麼好的事？讓太空人可以走捷徑，幾百光年的距離卻近在咫尺！

可惜，雖然至今已經發現了N個黑洞，但是從沒看過白洞（若存在應不難被發現），更不要提蟲洞。有科學家提出宇宙中充滿了比原子還小很多的微小量子黑洞，不斷生滅，但是它們即使存在也沒有三小錄用。前一陣子我參加「百年星艦」會議，有科學家在會議中宣稱他們以其他的方式製造出蟲洞。看看他們的數據，唉～勸他們先回家多做一點實驗吧。

索恩所提出的蟲洞，還需要有「負能量」的奇異物質才可以，否則蟲洞在太空船進入的同時就會毀滅。蝦米「負能量」？宇宙中真的有這樣的東西嗎！或許可以在台灣的網路鄉民中找到。這麼說來，蟲洞應該不可能自然生成，只能是人造的——不能說太多，否則就要透露出《星際效應》的結局了。

如果你還想知道更多詳情，建議您繼續看：『《星際效應》式的太空之旅可能成真嗎』；『《星際效應》的最後結局是...』。

索恩並不是用電腦模擬蟲洞外觀的第一人，科羅拉多大學的Andrew Hamilton數年前就用超級電腦做了下面這個影片，背景是銀河系，讓人體驗穿越蟲洞的感覺，只是這個黑洞比較單調，沒有旋轉，沒有吸積盤。影片左下方的插圖代表太空船的相對位置，紅色的圓圈是連光進入之後也無法逃出的事件視界（Event Horizon）。您可以看到這個黑洞就像是個太空中的巨大透鏡，扭曲背景的影像，後來黑洞越來越大，等你穿過事件視界之後，一個新的宇宙在你面前展開。

（影片來源：Andrew Hamilton，University of Colorado）。

想更深入了解嗎？不妨參考索恩教授所寫的《星際效應：電影幕後的科學事實、推測與想像》

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