電影製作人之一Kip Thorne是天體物理學家,電影中的黑洞是根據物理理論嚴謹製作出來的。（網上圖片）

看完《星際啟示錄》，大家低頭默默離場，腦袋卻像外太空一樣空蕩蕩，一個個名詞、概念就如滿天星星。
網上有人說，不要帶港女去看這套電影。
事實上，可能有很多人，也會忍不住想問以下問題：黑洞是不是一個洞？黑洞裏面是怎樣的？
蟲洞又是什麼？那不是有點像多啦A夢的隨意門嗎？
為什麼在一個星球上待一小時，就會等於在地球七年？
既然如此，我們向太空館查找相關太空資料，也找來中大物理學講師練立明博士問個究竟。
該電影監製及顧問Kip Thorne天體物理學家，原來是練博士的師公，練博士說這套電影與其他科幻電影最大分別的是，當中的理論都是有根有據，而導演Christopher Nolan則把物理學用電影手法演繹一次。

一人有一個不同的鐘？
別人的星球一小時，竟然等於地球的七年？時間不是只有一種嗎？要理解電影中的天文和物理概念，就需要惡補一點物理學的底子，練博士盡量用比喻來解釋，化繁為簡。首先要記着，根據愛因斯坦的「相對論」，時間和空間，都是相對的。十七世紀，牛頓因為掉下來的蘋果，發現「萬有引力」，凡是有質量的東西，都有吸引力，所以地球和蘋果各自也有引力，地球質量大很多，所以把蘋果吸下來。而牛頓的萬有引力，前提是指全宇宙有同一個時間，用同一個鐘。直到一九○五年，愛因斯坦發表了「狹義相對論」，提出時間不是絕對的，而是相對，即是說，每個人的時間都可以不相同，每個人可以有一個不同的鐘，在有不同運動（movement）的情况下，就影響了這個人的鐘。例如有一個人坐在火車卡之中，車卡的前門和後門同時發生了事情，而在月台上靜止的人，所看到移動中的火車發生的事情，會發現不是同時發生的。事情的間隔對一個人來說可以是一秒，但對另一個人來說，可以不止一秒，而每個人只會看自己的鐘，每個人得出的結論都可以不同。

愈近大質量星體 時間過得愈慢
於是，愛因斯坦再花了很長的時間，想發展出一套理論，能夠取締萬有引力，終於在十年後，即一九一五年，提出了「廣義相對論」。「廣義相對論」指，不是因為有神秘的引力，而是有質量的星體，會令附近的時間和空間都出現彎曲。這樣彎曲可以比喻為，在一個平面上，如果將乒乓球推出去，球會直線向前滾，若將一個大質量球體，壓在這個平面上，再將乒乓球推出去，乒乓球就會繞着大球體滾動。即是說，愈接近一個大質量的星體，時間就過得愈慢；距離愈遠，時間就愈快。簡單點說，就是即使在地球，住一樓的人的時間會較慢，住二十樓的人的時間會較快，當然當中差異實在是太細微，所以人並不察覺。

在日常生活中，這個理論也派得上用場，我們常用的GPS，以衛星進行地面測量，但衛星因為距離地球很遠，所以時間相對地球表面的人會快一點，練博士說，即使衛星時間比地面時間快十億分之一秒，所測出的路面距離誤差可能已經有一米，所以在研發GPS時，科學家已經做好了時間的修正。用來研究電影裏的橋段，就可以解釋，為何去一趟黑洞旁邊的Miller星，在那裏逗留一小時，等於在地球的七年。愈接近大質量星體甚至黑洞，時間過得愈慢，距離愈遠，時間過得愈快，所以當男女主角回到在Miller星外面等他們的太空船上，船員Romilly已經老了二十三年了。

話說，電影裏還有一個橋段，是假扮萬有引力，就是太空船不斷自轉，形成一種引力，讓太空人在太空船裏也能坐立行走。而在最後Cooper被救起時，到達女兒Murphy的巨型太空船上，為何醫院窗外的環境，會有點像《潛行凶間》（Inception）裏呈直角屈起的地面？練博士估計，因為那是一艘圓筒形的太空船，不停自轉，所以網球會轉彎打到上邊的屋的窗子，人和物可以像有引力一樣貼在彎起的地面上。

解難一﹕黑洞全黑?
黑洞，名副其實是黑色的，肉眼應該看不見，至於為何電影裏的黑洞會是一個火環似的形象？練博士指電影製作團隊，其實有計算過複雜的數學方程式，再用電腦模擬，的確把黑洞的光學現象還原得很貼近愛因斯坦的理論，「如果你真是那個太空人，在那個環境裏，真的可以見到」。

黑洞的形成，可以說是超過二十至三十個太陽質量的星體，燃燒到最後不斷塌縮，變成漏斗形的坑洞，且愈來愈深，是一條不歸路。這時的引力變得非常大，大得連旁邊的氣體也被拉進去，因為拉扯的速度非常快，在摩擦之下產生很高的能量，就是輻射或X光，簡單即是光，所以我們會看到黑洞周邊「視界」之外，圍了一圈光。而橫向的一束光，像土星環一樣圍着黑洞，就稱為「吸積盤」。至於黑洞最中心，稱為「奇點」，理論上是一個密度無限大的地方，但直至現在，黑洞最裏面到底是什麼樣子，或「奇點」存不存在，仍尚未有答案。有人會問，主角後來跌進黑洞，但黑洞的引力那麼大，不是會把人撕成碎片嗎？練博士卻認為，因為那是一個超巨大黑洞，可能有幾十億個太陽的質量，人的頭與腳承受的引力卻沒有相差很大，反而有可能會很順利地掉進去。

太空館提供的資料亦顯示，找尋X射線源是現今找尋黑洞的重要方法。在天文學的觀測上，在絕大部分星系的中心，包括我們身處的銀河系，都有可能存在超大質量的黑洞，而天鵝座X-1便是最早發現的懷疑黑洞。

解難二﹕蟲洞是否存在？
電影裏的蟲洞，像一個空間通道，本來相距十萬光年的地方，可以一下子就穿過，讓太空人能夠星際旅行。但直至今天，沒人知道蟲洞是否存在，相反，它其實是一條廣義相對論中的方程式的數學解答（solution）。太空館資料提及，在一九三○年代，愛因斯坦和物理學家羅森發現，在繁複的引力場方程式中，已暗示宇宙裏可能存在這樣的通道，被稱為「愛因斯坦——羅森橋」。到一九八五年，著名天文學家薩根寫成科幻小說《超時空接觸》，邀請過電影顧問及物理學家一同研究，證實瞬間宇宙旅行在科學理論上的可行性。

至今沒人知道蟲洞如何形成，練博士指如果要像電影一樣，製造出可以讓人穿過而且最少有兩米大的蟲洞，需要有一些物質來支撐洞的門口，但這些物質要有負能量的特性，這在物理學裏尚未找到。在量子力學上，也有一定可能，但這些負能量消失得太快，要有一個足夠大和穩定的蟲洞，只能像戲裏般靠高智慧外星人幫忙，把蟲洞放到土星旁邊。理論上，如果能解決負能量上的問題，蟲洞除可做到星際旅行（space travel），還可做到時間旅行（time travel），回到過去。

解難三﹕第五次元是什麼?
Cooper掉進黑洞之後，就進入了一個第五次元空間，時間和空間變成一格格，可以前進或者倒退。第五次元空間是什麼？其實「次元」這個名詞，來自日本動漫的幻想世界，在物理學裏，次元稱作「維度」（dimension）。第一次元，有一個維度，簡單來說，就是螞蟻在一條線上。第二次元，有兩個維度，變成螞蟻在一個平面上。第三次元，包括長、闊、高三個維度，變成螞蟻在一個立方體裏。第四次元，在一個立體空間裏，時間也成為一個維度，這也就是人類存在的地方。至於第五次元，練博士認為，可能是外星人的世界，有多一個維度或長度，就像我們看着一個球上的螞蟻，可以加以操控，把牠拿起，再放到另外一邊。除了第五維，其實維度還可以算到十至十一維，不過這已經是物理學更深入的研究範疇了。

梅菲定律：可能錯的終會錯
電影主角給女兒起名梅菲，來自梅菲定律（Murphy’s Law），簡單即是指，凡有可能出錯的事情，必定會出錯。在科學上說，如果一件事發生的機率大於零，就不能假設它不會發生。引伸出在管理上「所有的程序都有缺陷」，所以要因應事情來做充足準備。這個定律被視為一句格言多於一條科學公式。

（2014年11月30日 明報 > 副刊 > 星期日生活 > 通識導賞）