近期由 Christopher Nolan 執導的科幻電影《Interstellar》大熱，這是一部好電影是沒錯，不過卻聽到不少朋友抱怨，對電影當中涉及如「相對論」(Theory of Relativity)、「黑洞」(Blackhole)、「蟲洞」(Wormhole)、「重力」(Gravity)、「多維空間」(Multi-Dimensional Space) 等等科學理論完全摸不著頭腦，也許我在這裡簡單地解說一下，至少讓大家進電影院前對這些艱深的科學理論有一個基本概念吧！
1.「相對論」(Theory of Relativity)
「相對論」是關於「時空」和「重力」的理論，主要由「愛因斯坦」(Albert Einstein) 創立，依其研究對象的不同可分為「狹義相對論」(Special Theory of Relativity) 和「廣義相對論」(General Relativity)。而電影中的是「狹義相對論」。
「狹義相對論」我想大多數的人都聽過著名的 E=mc2 這個質量、能量互變公式吧！「狹義相對論」包括的基本假設有兩個：
第一個是「所有的物理定律，在各個不同的慣性系中都相同」。這裡所指的物理定律，是說物理定律的內容，而不是物理定律所計算出的數值。
第二個是「光速為恆定的」，「狹義相對論」將「在真空中光速為常數」作為基本前設，即是「光的速度不變」且是宇宙中最快的速度，沒有東西可以比光更快，也就是說，「光速」是一個恆定不變的「常數」(Constant)。速度大約是每秒 299,792,458米。當物體運動時，它的一切（物理、化學變化）看來都會變慢，這就是「時間膨脹」（即時間變慢）。假設等速運動的物體帶在身上的時鐘，用靜態觀察者的時鐘去測量，不論運動方向，測量結果，「動的鐘」都隨著運動速度增加而變慢，簡單來說也就是「速度越快，時間就會相對變得越慢」。
『越接近「光速」，時間會變得越慢』，因此「光速」是不會被超越的；打個比喻：想像你身在電動行人路上，你只要站著，就可以和旁邊普通路上走的人一樣快，你只要慢慢前行，就會比旁邊普通路上的人要快了。因為電動行人路正不斷的把你送向前方，而你再在上面前進的話，你的實際速度就是電動行人路的速度加上你自己行前的速度。那麼，如果把電動行人路加速到光速的 99.9999999999%，然後你再在上面走，那不就可以超越光速了？又或者我站在那條行人路上，我就可以看到光線慢慢的超越我，好像在高速公路上被超車一樣......但「相對論」告訴你，那是不可能的！當電動行人路加速到光速的 99.9999999999%時，那是非常接近光的速度，就如之前所說的，這刻你所體驗的時間，會和在普通行人路上的那個人不同，你的時間會變慢，所以無論你怎樣加速，也沒法超越光速。
換言之，兩個人，只要他們用不同的速度運動，他們所經歷的時間長短就會不一。當然，在一般現實生活中這並不明顯；美國 NASA 曾經有過這樣一個實驗，把兩個極之準確的電子鐘對準，然後用火箭送其中一個上太空，高速地圍著地球繞圈。當那個鐘回到地球的時候，上過太空的鐘慢了幾千分之一秒。因為時間在高速運動中過得比較慢，但不能讓時間少於０，即是沒法回到過去。「時間」和「空間」本來就是同一種東西來的，「時間」會因為高速運動而扭曲，「空間」亦然。
2.「多維空間」(Multi-Dimensional Space)
通常的空間概念，是指由「長」、「寬」、「高」組成的「三維空間」。時間本身具有維度的某些特點，常被視為「第四維空間」，例如一條時間軸可以連接無數個三維空間，因此可以認為我們生活在 3+1 維時空（四維空間）中；但時間與長、寬、高卻是有很大的區別的，例如時間單位與長度單位是不一樣的，因此這還不算真正意義上的「多維空間」。由於「光子」(Photon) 只能在「三維空間」中傳播，人的肉眼無法看到其他可能存在的維度，這就使得對「多維空間」的探尋非常困難。但是，眾多的科學家、物理愛好者和科幻迷還是提出了各種有關於「多維空間」的理論。
在「平行宇宙」(Parallel Universe) 理論中，由於存在?無數多個「三維宇宙」，這些宇宙並不能通過「長」、「寬」、「高」或者時間進行相連，只能通過另外一條維度進行連接，因此「平行宇宙」本身就是一個 4+1 維時空（五維空間）。在「弦理論」 (String Theory) 中，認為各種「基本粒子」(Elementary Particle) 都是由很小很小的「線狀弦」組成的，在眾多現象難以用理論解釋的情況下，Edward Witten 提出了「十一維空間」的概念。有些人甚至認為，進入黑洞就可以穿越多維空間，當然都是尚未證實的理論。
假設我們在紙上面畫一條線，上面有一點，對於那一點而言，這條線就是一個「一維」(1D) 的空間。想像那一點是一隻生物，他一生之中，只可以沿著那條線前行，或者退後。
如果我們這個空間的維度增加，把它變成一個填滿的圖形，形成一個「二維」(2D) 的空間。那這空間中的生物就可以擁有形狀，可以是一點，可以是一條線，也可是任何形狀。他們可以在空間內前後左右的行走，但在他們眼中，其他生物也不過是「一條線」 (情況就好像我們從側面看一部平板電腦一樣)，基於形狀不同，可能會在轉身時看到各自是「長度不一的線」。再增加一條維度 (高) 的話，空間就變成了一個立體 ，一個「三維」(3D)的空間，一個我和你都正身處的空間。
而在所有的這些空間上面，我們都可以加一條叫做「時間」 (Time) 的維度。即是 08:00 的空間，08:01 的空間加上 08:02 分的空間，就組成了這兩分鐘的空間。就好像像拍攝電影一樣，把一秒分為若干格，每一格都是一張菲林，那一整條菲林就是時間的維度了。所以說，一個世界，包含了四個維度（可觀察的），「長」、「寬」、「高」和「時間」。但理論上，「其他維度」是可能存在的，只不過我們仍未能觀察到，而且也很難。你可以想像如果你是一個生活在「二維空間」的生物，你根本無法理解「高度」是甚麼，因為所有人都只是「一條線」罷了。
《Interstellar》提出「五維」(5D) 空間，拓展「四維」空間論述，這亦時現時科學界討論得最熱熾的論述。戲中以畫面來建構人類從未看過的「五維」空間的時間與視覺世界，跟《Inception》的多重夢境結構互相呼應。
3.「蟲洞」(Wormhole)
「蟲洞」不是真的有蟲，這只是一個比喻罷了，根據「廣義相對論」，空間是彎曲的，我們所生活的這個「三維空間」很可能是一個「四維幾何體」的封閉曲面，從一個天體到另一個天體有很長的距離，如果能藉助「蟲洞」，那麼就節省了一定距離，「多維空間」中這種相互連接的通道就被稱為「蟲洞」。簡單一點說，「蟲洞」就是宇宙中的一條「小路捷徑」，可讓人類在短時間內通往極遙遠的星系，只是可惜按目前人類科技仍不足以打通這條「捷徑」而已。
《Interstellar》中，太空人找到在土星附近的蟲洞，太空船便趕在蟲洞消失前，直衝入洞，開啟穿梭宇宙之旅。戲中有科學家向男主角示範，假如宇宙真的同時有另一個平行宇宙，即像是一張可以對摺的紙，蟲洞就是穿越紙張兩面，由一邊宇宙，達到另一個平行宇宙的隧道。但能夠找到大自然產生「蟲洞」的機會極微。
4.「重力/引力」(Gravity/ Gravitation)
「引力」，又稱「萬有引力」，是指具有「質量」(Mass) 的物體之間相互吸引的作用，也是物體重量的來源，只要「質量」越大「引力」也越大；其實「引力」並非星體獨有，任何具有「質量」的物體 (包括你和我)，都會有本身的「引力」，只是人體質量太眇小了，「引力」不足以察覺到而已！
「牛頓」(Newton) 從樹上掉下蘋果，發現「萬有引力」。「地球」的中央存在「引力」，而「銀河系」(Galaxy) 中的每個星體，都有「引力」，但「引力」所有帶來的重量，並不一樣。假設地球的「引力倍數」是 1，以此為標準倍數的話，「月球」(The Moon) 的「引力倍數」只有 0.16，即是在「月球」漫步，會「腳步浮浮」，毫不腳踏實地。相反，「木星」(Jupiter) 的「引力倍數」是 2.64，是「地球」的一倍以上，所以在「木星」步行，會相對「舉步為艱」。「太陽系」的星球中，以「太陽」的「質量」最大，所以「太陽」的「引力」也最大，倍數是 27.9，因此八大行星都會圍繞「太陽」來轉。而「引力」最小的，就是「月球」。
「愛因斯坦」的「相對論」突破了「牛頓」認為時間是一致的想法，他認為，時間受引力影響而不一致。《蟲洞偷渡：時間旅行理論與實踐》一書，作者提到，「每個星球都有自己的時間，有些星球，時間會走得快些，有些走得慢些。宇宙之中，沒有同一時間這回事。」書中解釋，愛因斯坦提到，巨大「重力」可以扭曲「時間」和「空間」。
而《Interstellar》其中經常提及，而且非常重要的概念，是關於「引力」與「時間」的關係。故事中男主角以光速飛行到太空，在受巨大「重力」影響的星球上，他們經歷的時間，與地球人不相同；在太空的時間，比地球要慢。
5.「黑洞」(Blackhole)
「黑洞」是由一種叫「引力崩塌」(Gravitational Collapse) 的現象所形成的；當一個「質量」極大的「恆星」(比太陽還要大得多) 的燃料耗盡，「引力」跟「能量」的持久拉鋸戰結束，「引力」已再沒有東西可以制衡它，當「重力」超越臨界點的時候，恆星就會被自身的「重力」壓垮形成內爆，巨大恆星物質往中心塌縮，然後半徑慚慚縮少，中心密度越高，也越重，最後因為「重力」完全失控崩塌，一切的東西都無法再逃出來，包括光，最終變成了「黑洞」。
「黑洞」就好像一個「三維空間」的漏斗一樣，所有接近它的星體都會圍著它公轉，然後公轉的半徑慢慢縮少，形成旋渦，最後被吸到中心去 (情況跟洗手盆去水孔相似)。「站在一個離「黑洞」很遠的地方觀察一艘太空船駛入「黑洞」中，觀測者會看到太空船在接近「黑洞」邊緣（稱為「視界」）的同時，其中的太空人動作會無止盡地慢下來，太空船內所掛的鐘也會無止盡地慢下來而趨完全靜止」，相反，「太空船裡的人而言，在太空船漸漸接近黑洞時，他會發現外面遠處的觀測者動作漸漸變快，就像是錄影帶影片的快轉播放一般」。這對於理解《Interstellar》的時間觀，非常重要。
上面也提到「重力」愈大，「時間」過得愈慢。「黑洞」是「重力」極大，「時間」與「空間」也極度扭曲的地方；《Interstellar》中「永續號」(Endurance) 先到達 Miller星，隨即發現附近有一旋轉「黑洞」Gargantua，其巨大「引力」使 Miller 星的時間流逝比地球時間緩慢，逗留在 Miller 星上面一小時即相等於地球七年。
6.「事件視界」(Event Horizon)
「事件視界」是「黑洞」中發出的光所能到達的最遠距離，也就是「黑洞」最外層的邊界。是視界內任何的事物皆無法超越的臨界點。在非常巨大的重力影響下，除非「黑洞」附近的逃逸速度大於光速，否則連光線皆不可能從「事件視界」內部逃脫。根據「廣義相對論」，在遠離視界的外部觀察者眼中，任何從視界外部接近視界的物件，將須要用無限長的時間到達視界面，其影像會經歷無止境逐漸增強的「紅移」(Redshift)；但該物件本身卻不會感到任何異常，並會在有限時間之內穿過視界。
7.「奇點」(Singularity)
「奇點」是指一個體積無限小、「密度」(Density) 無限大、「時空曲率」(Spacetime Curvature) 無限大的點。兩種最重要的時空「奇點」的類型分別是「曲率奇點」(Curvature Singularity) 和「錐形奇點」(Conical Singularities)。「奇點」亦可根據「事件視界」的存在與否作分類，不被「事件視界」覆蓋的稱為「裸奇點」(Naked Singularities)。根據「廣義相對論」，在大爆炸發生以前，字宙的初始狀態亦為一個「奇點」。
8.「牛頓第三定律」(Newton's Third Law of Motion)
當兩個物體互相作用時，有「作用力」(Action)，就有「反作用力」(Reaction)。
原文：每一個「作用力」都對應著一個相等反抗的「反作用力」：也就是說，兩個物體彼此施加於對方的力總是大小相等、方向相反。
（To every action there is always opposed an equal reaction: or the mutual actions of two bodies upon each other are always equal, and directed to contrary parts.）
簡單來說，當你一拳打向牆壁時，你的手會痛，因為你的拳頭（物體一）對牆壁（物體二）產生了「作用力」，所以牆壁也會向你的手產生「反作用力」。「力」總是一雙一對地出現的。
9.「梅菲定律」(Murphy’s Law)
「凡是有機會出錯的，都會出錯。」(Anything that can go wrong will go wrong)。這其實並不是什麼科學理論或定律，只是類似「只要我買了哪隻股票，那隻股票就會跌。」的晦氣說話。是誰第一個說的已經無從稽考，但命名「Murphy’s Law」的起源則有個故事。
話說 1949 年美國「愛德華空軍基地」(Edwards Air Force Base)，當時有一個工程師 Edward A. Murphy，有一日，他發現一個技術人員接駁電線出錯，就嘲笑他說：「他總是會找到方法去出錯。」（If there is any way to do it wrong, he'll find it.）然後有人把 Murphy 的說話記下來，並稱為 Murphy’s Law。
直至在一次記者會的時候，Dr. John Paul Stapp 提到他們安全紀綠良好的原因，正正是因為他們追隨「Murhpy's Law」。然後是傳媒大幅的引用，最後成為了一種定律又或是新俚語，總之「Murhpy’s Law」就等於『Anything that can go wrong will go wrong。』
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