大质量天体会引起周围时空扭曲

 

《星际穿越》助燃了人们对星际旅行这一话题的热情。在江晓原看来，星际旅行是“一堂令人沮丧的算术课”，在现有层面上，在可见的将来，人类还没有能力实现。至于有朝一日能否实现？江晓原觉得由于技术的发展和突破并不可知，有可能几百年都陷于瓶颈没有进展，也有可能几年之内就爆发，实现这一梦想需要花费的时间无法预言。

 

对着一面齐着天花板的木质书架，恍惚间似穿越到了电影《星际穿越》中的关键场景——墨菲的书房，一缕茶香将人拽回现实，上海交通大学科技史与科学文化研究院院长江晓原在他的书房里侃侃而谈，说的依旧是外太空的那些事——星际穿越是否只是纸上谈兵、多维空间有谁见过、科幻与现实的距离又有多远……

 

星际穿越能否实现？

 

电影《星际穿越》中，男主库珀有着一份最牛履历：穿越虫洞到达河外星系、被吸进黑洞却柳暗花明体验了一把多维空间……在现实生活中，人类的履历是否能添上其中一样？江晓原十分肯定地给出了答案“no”，所谓的星际航行更像是一个存在于纸面上的传说。

 

毕业于天体物理专业的江晓原是个科幻迷，看过的科幻电影和小说不下千种，家中有着一整排书架专门放置国内外科幻书籍；收藏的8000余部电影中，幻想类影片超过1500部。他称自己对于科幻的爱好为“不务正业”，而这个“不务正业”也渐渐发展成了他独树一帜的门派。

 

江晓原梳理起科学幻想的发展脉络格外清晰：对于时空旅行，人类抱有这一幻想至少已有100年的历史——1895年威尔斯完成《时间机器》，打开了这一主题的想象之门，不过这在当时也纯粹是一个幻想。1915年，爱因斯坦发表广义相对论，随后几年人们不断求解广义相对论的“场方程”，根据“场方程”计算出来的结果，时空旅行的可能性是存在的。

 

时空旅行常与星际旅行牵绊不开，正在上映的诺兰大片《星际穿越》又助燃了人们对星际旅行这一话题的热情。在江晓原看来，星际旅行是“一堂令人沮丧的算术课”，按人类目前的能力，根本实现不了。江晓原分析：在人类现有的知识基础上设想进行恒星际的穿越只有几条路径：

 

一是增加速度。而人类现在连光速的万分之一都无法达到，“在英美科学家的想象中，将来人类能把星际航行的速度提到光速的十分之一，即每秒3万公里，这在目前完全达不到，因为现在哪怕把极小的一块物质加速到光速的十分之一，需要耗掉的能量也非常惊人。一些专业人士提到《星际穿越》中的燃料问题，如果不是有虫洞缩短了航行距离，飞船绝大部分体积都应该被燃料占掉。”

 

另一个方案是花费无限长的时间，比如通过让宇航员休眠来完成遥远的星际航行。“休眠对于个体来说时间是停止的，但这也只是个理论上的产物，从未有人在航天中实践过，实际上也几乎可以算作是一条死路”——江晓原曾做过6年电工，这让他非常看重技术细节，“所有机械零件的工作寿命都是有限的，人类目前发明的东西几乎都不能持续工作半个世纪以上。”在漫长的星际航行中，宇航员一休眠就是几百年，几百年后休眠仪器是否还能稳定工作？飞船是否可以做到千万年不坏？答案都是否定的，“机器的运转需要维护保养，得有人伺候才行。所以无限延长航行的时间也不可行。就好比《雪国列车》中，列车永远在开就只是一个幻想。”

 

两种无解的方案在江晓原看来，提高速度还相对靠谱一点，因为延长航行年代，除了技术问题，还涉及人类的心理预期及实际意义。“今天人类派一个使者出使太空，等到两百年后才能回来，对现有的人类而言没有意义，更何况这个时间有可能延长至几万年，那时的地球是什么样子都难以预测，这种长时段的方案，人类在心理上也是接受不了的。”

 

而高速运行在技术上也有个致命问题：飞船是否载人。“我们生活在重力为1个g（重力加速度）的空间里，以星际航行为任务的飞船加速时间很短才有意义，一旦加速到光速的十分之一，宇航员感受的力量可能是非常多个g的累加，人类的肉身无法承受。更何况，在现有技术条件下，要做这些事情还要面对无数技术细节。”

 

“现在就只剩下虫洞了。”在江晓原看来，对于星际航行来说，虫洞是一个非常完美的工具，只要进去就瞬间万里，时间和速度都不成问题，《星际穿越》中，木星附近出现了一个虫洞。有一种解读是，文明高度发达的未来人类为挽救祖辈而制造了虫洞，并将其放到那里。对此，江晓原也有疑问：“如果是这样，为什么不放在地球附近，非要放到那么远的地方？影片中也没有交代那个地方对于形成虫洞有什么特殊便利。”

 

影片中，虫洞的出现让时空穿越成为可能，电影中曾留有笔墨为观众解释过虫洞的概念——时空扭曲产生的时间隧道。霍金在《时间简史》里也做过一个简单的解释：两个距离遥远的空间，但空间中有种通道能让物体瞬间通过。类似的解释还出现在好几部科幻电影中，比如《回到未来》。

 

关于时空扭曲，江晓原介绍时引用了一个更为生动直观的比喻，“设想床上有一张方格子床单，有一个很沉的球放在上面，会看到床中间塌陷下去，球周边床单上的方格不再是平直的。大质量的恒星等天体就相当于这样一个球，而我们周围看不见的空间就好比床单，因此有大质量物体存在的周围空间，会有一定程度的扭曲，只不过这个扭曲通常很小，人类肉眼察觉不到。”

 

“有足够大的能量就能扭曲时空，这一点在科学界得到共识，现有的知识推测出这一点也是靠谱的”，但江晓原依然表示依靠虫洞实现穿越目前难以企及，“虫洞没有被直接观测到过，它只是一个理论上的存在。而且制造时空隧道，所需要的能量之巨大是人们难以想象的，在现有科学下做不到。只有质量极大而体积极小的黑洞才能强烈地扭曲周围的空间。”

 

至于常与虫洞混为一谈的黑洞，江晓原也指出，到目前为止这也只是一个理论产物，“事实上我们今天没有靠近过任何黑洞，也没有确切地直接观测到一个黑洞。今天对一切天体的观测都是观测其电磁辐射，黑洞里任何电磁辐射都无法射出，无法验证，因此黑洞只是间接观测的一个结果，观测过程中还存在很多假设环节。”

 

有朝一日人类能否实现星际穿越的梦想？江晓原觉得这件事情并不能简单预测：“由于技术的发展和突破是不可知的，科幻小说《三体》里就特别强调了这一点。有可能几百年都陷于瓶颈没有进展，也有可能几年之内就爆发，因此无法预言实现这一梦想需要花费的时间。在现有层面上，在可见的将来，人类还没有这个能力实现。除非超能力者发现了新的规律，或者不邪恶的外星文明给我们支了招。”但江晓原笑言，这种“可能”也纯属“科幻”。

 

外太空，一个危险系数很高的梦

 

人类凭借当前的实力可以远行到多远？江晓原的答案是，现在正努力往火星上去，现有条件下，人类如果努力一点，到达火星的可能性很大，“但目前也就是到这儿了”。

 

在太阳系中，人类对于火星的兴趣尤甚，近年对火星的探索未曾间断。最近又有美国物理学家提出大胆假设，称火星曾拥有两个古文明和生命体，最终毁于外星核爆。对这一假设，江晓原并不赞同：“这种说法被确认还有很多路要走，而且这种假设肯定要引入外星文明才行，否则就要引入文明的轮回说——西方有很多人相信，地球上曾经有过非常高级的文明，后来毁灭了。他们认为，文明就是一次次毁灭重建，科幻作品中文明的轮回素材也会经常出现，《星际穿越》的开头也是一样：地球上的植物遭受枯萎病，空气已经不适合人类生存……”

 

说到人类对火星的热情，要追溯到19世纪，当时的欧美国家非常流行观测火星，尤其是一些富豪热衷用大望远镜开展观测，他们“看到”火星上有很多“运河”、“城市”……关于火星文明的幻想盛极一时，科学家们也热烈讨论与火星文明沟通的途径。后来随着光谱分析技术被大量用于天体物理研究，所有关于火星的传说都销声匿迹。

 

“光谱分析的好处是只要收集到行星上的光，就能分析出行星大气的成分，结果发现火星的大气成分人类不能呼吸。”另外，靠光谱分析还可以了解行星表面的温度。那个时代还有很多人想象太阳上有居民，科学家还在严肃的科学刊物上讨论这类话题，后来也是通过光谱分析了解到太阳表面温度，这种猜想也随之“下课”。

 

江晓原介绍，火星上的文明是个持久的猜测，甚至到现在也还存在，仍然有很多以火星为主要场景的小说、电影产生。而地球的另一近邻金星，由于常年被浓厚的云雾严密包着，难以观测。科幻作品中，人们对它的兴趣远不及火星。此外金星靠近太阳，环境较热也是原因之一。

 

太空中另一享有极高关注度的是“多维空间”。《星际穿越》上映后，对多维空间的讨论也成一时之热。谈起多维空间，江晓原的态度与对待虫洞等类似：“也检测不出。我们在三维空间生活着，认识到了时间，并将其定义为第四维，但是谁也没有真正见过四维空间。现在通过计算，高维一直可以达到十几维，但弦理论里说的所谓‘维’已经完全是玄学了。”

 

江晓原介绍，关于多维空间还流行一种说法，当人处在高维空间看低维空间，就会了解下面维度的过去、现在、未来；从高维干预低维，就好似神要干预凡间的事情，相对于低维有“超能力”。“虽然从数学上可以解释高维，但都没有实证，都是推论。”

 

有人希望，有朝一日技术发达了，人类也可以与其他空间“对上暗号”，这在江晓原看来“凶多吉少”，大部分情况下人类会遭祸，“我们常常看到的都是一边倒的‘探索外空间，与外星文明沟通’，实际上几十年来，西方一直有一派人坚决反对与外星文明沟通，认为人类主动去沟通多半会招祸。人类现在还出不去，而它们能到地球来，证明它们的能力比地球人强。地球上已经有太多弱肉强食的例子，先进文明引入后，地球人的命运可想而知。霍金最近也在《大设计》里明确表示，不应该主动去与外星文明沟通，因为它们可能是邪恶的，可能是它们原来居住的行星资源已经耗竭，它们变成了宇宙间的流浪者，这种外星文明极具侵略性。”

 

尽管存在危险，但外太空对人类的莫名吸引力从未减弱。提到人类的太空梦想，江晓原总觉得有些可疑——这并不是由科幻作家灌输的，许多人生而有之。“依照某种神秘主义的说法，人类之所以总是做着到天上的梦，几乎所有的探索也都是要到天上去，是因为人类本来就来自外太空，人类下意识里一直觉得遥远的母邦就是天上的某一颗星，所以人类想象中的神也总是在天上。这种故事听着挺有文学色彩，不过也没有什么实证。”

 

科学与幻想难分界限

 

《星际穿越》最引人注意的莫过于影片中对物理理论的拿捏运用，这让整部影片看上去很“科学”。问题来了：科幻和科学的距离有多远？

 

“事实上，通过考察天文学发展过程中与幻想交织的案例，我们可以看到，科学与幻想之间根本没有难以逾越的鸿沟，两者之间的边境是开放的，它们经常自由地到对方领地上出入往来。或者换一种说法，科幻其实可以被看作科学活动的一个组成部分。”江晓原说，这种貌似“激进”的观点其实并不孤立，例如英国著名演化生物学家理查德·道金斯在《自私的基因》一书中，就建议他的读者“不妨把这本书当作科学幻想小说来阅读”，尽管他的书“绝非杜撰之作”，“不是幻想，而是科学”。“道金斯这句话有几分调侃的味道，但它确实说明了科学与幻想的分界有时是非常模糊的。”

 

又如，英国科幻研究学者亚当·罗伯茨在《科幻小说史》中，也把科幻表述为“一种科学活动模式”，并尝试从有影响的西方科学哲学思想家那里寻找支持——他找到了费耶阿本德关于科学方法“怎么都行”的学说，费耶阿本德认为：“科学家如同建造不同规模不同形状建筑物的建筑师，他们只能在结果之后——也就是说，只有等他们完成他们的建筑之后才能进行评价。所以科学理论是站得住脚的，还是错的，没人知道。”不过，罗伯茨不无遗憾地指出，在科学界，实际上并不能看到费耶阿本德所鼓吹的这种无政府主义状态，然而他接着满怀热情地写道：“确实有这么一个地方，存在着费耶阿本德所提倡的科学类型，在那里，卓越的非正统思想家自由发挥他们的观点，无论这些观点初看起来有多么怪异；在那里，可以进行天马行空的实验研究。这个地方叫做科幻小说。”

 

江晓原又强调，“科幻”这个措词实际上是富有中国特色的，“因为我们喜欢将‘科幻’与‘魔幻’、‘玄幻’等等区分开来。我们将故事中有科学包装的幻想作品称为科幻，比如《星际穿越》就是科幻，而《指环王》、《哈利·波特》就不是科幻。但在西方人的心目中，这些作品都被视为‘幻想作品’，并无高低贵贱之分。”

 

江晓原将科幻故事的母题大致归纳为5类：

 

第一母题是星际航行/时空旅行，“凡是星际航行肯定都是时空旅行，两者总归牵扯一起，因为有相对论效应”。

 

第二母题是外星文明。有关作品多不胜数，最近因《星际穿越》而经常被人联想到的经典影片《2001太空漫游》就是突出代表。

 

第三个母题是造物主与其创造物之间的永恒恐惧。“这个母题里包括机器人、克隆人等元素，造物主总是担心被造物控制不住，因此总要预设一个杀手锏，比方说《银翼杀手》里的再造人，为了防止其谋反，寿命设定只有4年。被创造物因为知道造物主对自己不信任，因此也必然想尽办法突破杀手锏，它们通常不对造物主心怀感恩，而是怨恨和敌视，这个母题覆盖的作品很广。”

 

第四个母题是“末世”。“科幻作品经常想象地球末日、人类终结，人类文明只剩下一点残山剩水，比如《星际穿越》开头所展示的场景。在这样残余的文明里，资源争夺是不可避免的，《星际穿越》中曼恩意图杀死库珀，制止他驾驶小飞船回地球，这与小说《三体》中的‘黑暗之战’非常相似，当资源只有一点点的时候，人性的黑暗就会显现。这一母题在影片《雪国列车》中也能看到。”

 

最后一个母题是反乌托邦，即担心在技术支持下的一种极权社会。近期的几部科幻影片如《分歧者》、《饥饿游戏》等都属此类。“反乌托邦电影有一些默认的色调，从《1984》开始，这一类电影似乎都是以灰黄为主色调。近期的电影《雪国列车》自觉地接上了反乌托邦的血统，直接让人想到《1984》、《美丽新世界》等，谱系严密。”

 

江晓原说，能引起观众热烈讨论的电影往往都涵盖了不只一个母题，如《星际穿越》就涉及末世、星际航行。而时空旅行母题下的一个重要分支——“祖父悖论”，即未来的人能不能回去干预历史，也经常运用到科幻作品当中。“在物理学上到底能否干预也没有实验的证据，霍金本人明确表示干预是不可能的，因为他相信物理学定律会阻碍干预的发生。对‘祖父悖论’的另一种解决方案是‘多世界’（即平行宇宙）理论，根据不同的可能不断的分岔，每一个分岔对应的都是一个平行宇宙。每个宇宙里的事情发展不一样。”

 

《星际穿越》中的宗教与科学

 

《星际穿越》使用的物理学专用术语不少，对于这样一部作品，江晓原自然要将它放入脑海中的科幻作品库中称称分量。江晓原认为，在总体上，《星际穿越》要优于《盗梦空间》——他曾写过《盗梦空间》的长篇影评，给了该片很低的评价。

 

“有人把导演诺兰美化成‘神’，但是在科幻电影里成为‘神’是很难的，因为科幻电影已经有了100多年的历史，最早的片子可以追溯到1902年的《月球旅行记》。在这个漫长的历史时期里，许许多多的桥段人们都想过了，科幻电影发展到今天会出现很多相同之处。比方《云图》把故事割碎一片片叙述，这种叙事手法格里菲斯在1916年的经典影片《党同伐异》中已经用过了。”

 

江晓原认为，诺兰的电影也大量借鉴了前辈的东西。比如《盗梦空间》令人咋舌的层叠空间，他曾在一篇文章中列举了15部他看过的电影，其中都有过类似的创意。又如《星际穿越》最后库珀自愿落入黑洞，按照科学，库珀的结果必然是万劫不复，而他却意外地掉入多维空间。“这一情节让我想起波兰科幻作家莱姆的小说《索拉里斯星》，索拉里斯星是一颗表面覆有一片大洋的神秘星球，前去的研究人员到了该星球后都会精神失常，男主角被派去后，发现索拉里斯星的特别之处是能看到生命中逝去的人，而他也见到了死去的爱人，最后男主角自愿落入大洋，醒来却发现回到了家里，爱人就在旁边。将这一作品搬上大荧幕的导演索德伯格曾说：‘索拉里斯是一个关于上帝的隐喻。’如果仿此而言，则《星际穿越》中库柏掉入的黑洞，同样是一个关于上帝的隐喻。”

 

另一个让江晓原产生“似曾相识”念头的是影片中的书架。电影中，书架附近多次出现超自然力量，电影解释为是书架连通了多维空间，库珀在另一空间试图通过书架不断给墨菲一些暗示。在江晓原看来，这个书架某种意义上就像佛教密宗修持的本尊，“密宗修持者每晚对着密室中供奉的塑像、画像念诵真言，有人认为，塑像或画像将对修持的人产生一定的作用，比如给予启示或使肉身发生某种超自然的现象等等，只不过这些塑像、画像在电影中换成了一个书架，我觉得五维空间的理论本来就很玄妙，放入密宗修持同样可以适用，诺兰拍《星际穿越》时从密宗修持中获得灵感也是有可能的。”

 

至于人们热议的电影中的科学成分，江晓原也有独到的看法。此次，《星际穿越》的一大噱头就是请来了霍金的好友——美国理论物理学家索恩作为顾问，索恩是研究广义相对论、天体物理学和宇宙学领域的著名学者之一。“这部电影虽然用了索恩作为号召，但宣传中绝对包含了营销行为，诺兰在多大程度上接受了索恩的建议目前也不可知。”

 

在江晓原看来，《星际穿越》的台词大部分是符合科学常识的，但情节设置上有些与科学常识相违背。“电影的科学性不要太当真。”他最近主持翻译的丛书中有一本《好莱坞的白大褂》，专门论述好莱坞电影与科学的关系：“其实说穿了就是，好莱坞把一切东西都拿来当作资源，科学也只是其资源的一部分。拍电影，不是上科学课，因此科学成分不能评价太高。对好莱坞的人来说，更关心的是故事好不好玩，多弄点科学对故事是否有益。”

 

不过，江晓原也提到了电影中展现的一些霍金、索恩等物理学家研究领域中的相关内容，如提到了广义相对论和量子力学之间没有办法一致，“这是物理学上目前的观点，霍金就致力于使二者联系起来，现在人们相信所谓的弦理论可能将二者联系起来，但其实也是很玄的。我们理解的经典物理学，是可以设计实验或观测，总之是可以验证的，弦理论还没有任何实证可以证明，只是个理论”。江晓原认为，物理学发展到这个地步，跟科幻的界限就模糊了，“如宇宙学等的前沿几乎就是科幻，所以有的人称之为玄学”。

 

江晓原说，科幻在中国一直被视为科普的一部分，所以曾长期拜倒在科学技术脚下，一味只为科学技术唱幼稚的赞歌，但现在也大都跟西方接轨了。“这个所谓的‘轨’，是指从19世纪末威尔斯的《星际战争》（即《火星人大战地球》）、《时间机器》开始，科幻的主流就是反思科学、反科学主义，所以在这些科幻作品里，人类的未来都是黑暗的，科学技术为我们带来的通常都是负面后果。《星级穿越》一上来展现的光景也是残破黑暗的未来。”

 

江晓原认为，科幻作品最大的价值，不在科学性，而在思想性。不在作品展示的科学知识或预言的科技发展，而在作品对科学技术的反思，包括对科学技术局限性的认识，对科学技术负面价值的思考，对滥用科学技术可能带来的后果的评估和警告。