置我山窗

我们偏爱，搜寻一致的事物，在我们的星辰下面，虽然我们互不相同，像两滴水。

——辛波斯卡

网络上，曾有一部短片风靡一时。

最初的画面是茂密草丛，点点萤火纷飞，天边一轮硕大的月亮。再一转，月亮变成了三维图像，与其他的星球一起，按半径大小依次排列，从矮行星到恒星，从星系再到宇宙，地球只是其中的萤火一点，而人类只是附着在这个淡蓝色光点上的微尘。

可是，宇宙的广阔深邃从未使人类望而却步。牛顿发现万有引力的契机，不仅是那个砸向他的苹果，还源自于他对天体的好奇——为什么月球不会像苹果落地那样，掉落到地球上呢？由此，他发现了在任何物体之间都具有的相互吸引力，质量不同，引力不同。

后来，有一位科学家预言出一类质量足够大、密度极高的星体。它有强大的引力场，甚至连光线都不能逃逸。虽然人类无法看到，但是仍可以感受到它的引力，这被后人称之为“黑洞”。

再后来，广义相对论在人类非凡的大脑中“诞生”，引力被视为质量引起的时空弯曲的表现，人们还推断出一种时空弯曲中的涟漪——引力波的存在。

导演克里斯托弗·诺兰通过一部电影《星际穿越》，让引力、黑洞成为人类探索宇宙、超越自身限制的重要工具。

《星际穿越》的故事发生在不远的未来。由于地球环境的恶化，人类忍受着饥饿、缺氧、沙尘暴肆虐的痛苦。他们寄希望于一个可以快速通往外太空的虫洞，试图去太阳系之外寻找宜居地。他们派出几支考察队伍穿越虫洞，获得的反馈是有三个星球可能适宜人类居住。为此，一个以NASA前任宇航员库珀和女科学家艾米莉亚为主的探险小组载着人类全部的希望出发了。在探索的路上，他们遭遇过背叛，丧失过队友，进入过绝境，亲临过奇诡的星球环境，直面过黑洞的壮美与神秘，感受过人与人之间真正能穿越时空、维度这些物理限制的亲情牵绊。

电影的前三十分钟，除了铺垫末日环境、主角之间的家庭关系，更重要的是呈现引力的重要性。

由于地球本身有相当大的质量，会对地球周围的物体产生引力。刨除由于地球自转产生的微弱向心力之外，这种引力基本等同于重力。苹果砸向地球，我们能在地球上“脚踏实地”都是因为引力的存在。

如果一个物体想冲出地球表面，那么它只有一个选择——拥有非常快的速度，至少要达到每秒7.9千米以上，这被称为“第一宇宙速度”。不过它会环绕着地球做圆周运动，人造卫星就是如此；

如果它想脱离地球引力的束缚，那么就要加把劲，运行速度要达到每秒11.2千米，这个速度被称为“第二宇宙速度”。但即使摆脱了地球，它又会因为太阳的引力，仍环绕着太阳运动；

如果它还想脱离太阳的引力束缚，就需要继续提速，达到每秒16.7千米以上的“第三宇宙速度”，才能“逃离”太阳系。

但是要达到任何一种“宇宙速度”，都要耗费大量的资源和金钱。更何况在世界末日的背景下，要组织全人类大规模离开地球简直是天方夜谭。所以《星际穿越》的故事，就架构在一个超脱人类现有技术水平的未来世界里。

在故事的最初，科学家因为数次发现地球上的重力失常情况，想到了通过控制引力，帮助人类大规模迁徙的办法，但是其中一些关键数据没有被测算出来。同时，由于太阳系中没有人类的宜居星球，以人类现有的科技水平还无法到达太阳系之外，所以一个出现在土星附近的虫洞成了人类的救命稻草，带来了离开太阳系的希望。

理论上讲，由于星体的质量不同，引力不同，可以引起时空弯曲。所以科学家在研究时空弯曲时突发奇想：就像一只蚂蚁想从苹果的一端爬到另一端，既可以选择绕着苹果的外层爬过去，也可以选择直接爬过虫子的蛀洞，穿到对面去。假如我们的时空就是苹果，如果绕着苹果外围走，人类能到的地方非常有限，但如果有一条虫洞一样的通道，穿过去，就能快速到达对面。

在电影中，主角库珀所在的探险小组正是穿过了这样的虫洞，才避免了运行速度不及每秒16.7千米（第三宇宙速度）的技术限制，到达了太阳系之外的陌生星系。出现在他们眼前的那个黑洞，就是电影中另一个沉默，但不可忽视的主角。

由于有质量就有引力，假若有三十颗太阳质量的恒星从诞生起就在与自身的引力进行“抗衡”，直到冷却，收缩，最终形成一个密度无限大，体积无限小的天体，那就是“黑洞”，它的引力非常强。而探险小组到达的第一个星球，就是围绕黑洞轨道旋转，受黑洞强引力影响的米勒星球。

就像地球，因为天体的引力，导致海水周期性涨落，形成潮汐，米勒星球也因为黑洞的引力，形成潮汐。只是它的潮汐足有千米高，让人类乘坐的那艘能够穿越虫洞、漫游宇宙的飞船，在滔天巨浪面前，变成了小小的舢板，人类不再有乘风破浪的自信，只能随着浪潮浮沉。

但是黑洞引力对于这个星球最大的影响不是潮汐，而是时间。

在广义相对论中，没有绝对的唯一的时间，时间都是相对的。它有一个预言：在大质量的物体附近，时间流逝得更慢。所以黑洞的强引力导致米勒星球的时间走得非常慢，一个小时相当于地球的七年。也正是因此，当探险小组从米勒星球的巨浪中死里逃生之后，他们与地球的时间相差了二十多年。

那么，在黑洞中时间又是什么样的呢？《时间简史》中，作者霍金举了一个例子：假设在一颗大质量的恒星坍缩成黑洞之前，有一个勇敢的宇航员降落到恒星上，每一秒都向恒星之外的飞船发出信号，人们会发现，这个每秒的信号会越来越长，直到这颗恒星缩到一个界点之后，引力场已经强大到没有任何东西可以逃逸出去，这一秒钟被无限延长，却永远到不了下一秒。这个宇航员被永远留在了过去、现在、未来。

其实，人类现在接收到的，耗费无数个光年才到达地球的宇宙信号，又何尝不是宇宙的过去呢？我们生活在地球的现在，研究着宇宙的过去，却可以用非凡的智慧去探索宇宙的未来。

2017年10月16日，人类首次直接探测到来自双中子星合并的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。这是继人类首次探测到引力波信号、首次探测到来自双黑洞合并的引力波信号之后，最令人振奋的收获。它为百年前，爱因斯坦的相对论提供了证明。

就像《星际穿越》的指导、理论物理学家基普·索恩所言：“通过发现引力波，我们人类开启了一场波澜壮阔的新旅程：一场探索宇宙那弯曲的一面的旅程。黑洞的碰撞和引力波的观测，正是这个旅程中第一个完美的范例。”

宇宙探索的下一個完美范例，会不会正在等待着未来的你去探索、去发现？我们拭目以待！endprint

少年博览·初中版2018年2期