“当然，这就是黑洞应该有的样子。” 当基普·索恩看着他帮助建造的黑洞时，他就是这么想的。
这个黑洞实际上是迄今为止创建的最精确的黑洞模型。 电影《星际穿越》中，它以接近光速旋转，一点一点地吸引着宇宙中的物质。 （这就是引力，相对论超级奇怪。）理论上来说，黑洞本来就是一颗恒星。 但最终并没有熄灭或爆炸。 相反，它塌缩成一颗小而不可阻挡的恒星，就像塌陷的蛋奶酥一样。 逃逸奇点()。 一个光轮围绕着内部巨大的球形漩涡，看起来像是从上到下弯曲的。
电影中展示的“黑洞”形象。 为什么黑洞看起来像这样？ 图片来源：
但这一切都很自然物理资源网，因为黑洞附近经常发生奇怪的事情。 例如，黑洞的引力如此之大，以至于它们可以弯曲宇宙的结构。 爱因斯坦对此的解释是：物体的质量越大，产生的引力就越大。 恒星和黑洞等物体可以产生巨大的引力，导致光线弯曲和时空扭曲。 更神奇的是物理学家 穿越，如果你比我离黑洞更近，我们的时间和空间感就会不同。 相对来说，我的时间会过得更快。
索恩在这个模型中看到了什么？
作为一名天体物理学家，他的数学知识指导了这一令人着迷的视觉效果的创作——有史以来最准确的黑洞外观模型。 同时，这个模型是30个人和数千台计算机一年的工作成果。 最重要的是，黑洞还与众星云集的好莱坞明星联系在一起。 因为这个黑洞模型是电影《星际穿越》的核心。
索恩在这个模型中看到了现实。 导演克里斯托弗·诺兰是一位非凡的影像制作者，他看到了美。 黑洞，即使是虚构的黑洞，也会扭曲感知。
索恩，1972 年。AT/
索恩不是一般的天体物理学家。 诚然，他是一位著名的理论家——他刚刚获得了诺贝尔奖——但即使在退休之前，他也非常乐意向公众解释令人烦恼的相对论。 临近退休时，索恩和制片人琳达·奥布斯特（索恩和琳达·奥布斯特）相识 30 年，并由卡尔·萨根安排合作。 相亲 - 谈论制作一部关于黑洞和虫洞神秘本质的电影。
史蒂文·斯皮尔伯格签约执导这部电影后不久，编剧乔纳森·诺兰就写了剧本。 但最终斯皮尔伯格退出，乔纳森的弟弟克里斯托弗·诺兰（诺兰）接任，他是一位因《记忆碎片》和《盗梦空间》等令人费解的电影而闻名的导演。
当克里斯托弗·诺兰重写他哥哥的剧本时，他想弄清楚故事核心的科学原理。 于是克里斯托弗·诺兰开始与索恩会面。
理论物理学家基普·索恩、《星际穿越》的科学顾问和制片人。 图片来源：《科学》
索恩和诺兰在 2013 年的头几个月里探索了物理学家所说的“宇宙扭曲的一面”，例如弯曲的时空、现实中的间隙以及重力如何使光弯曲。 “你可以说这个故事已经成为克里斯托弗和乔纳森的故事，”索恩说。 “但是故事的本质、制作一部从一开始就融入科学的电影的目标以及其中令人惊叹的科学都消失了。 预订。”
电影制片人设想这个故事发生在一个反乌托邦的近未来，那里食物无法生长，人类濒临灭绝。 一名退休宇航员（麦康纳饰）被招募执行最后一项任务，这是一项绝望的任务物理学家 穿越，目的是寻找另一个人类可以生存和复兴的星系。
图片：和
那么，问题来了。
其他恒星距离地球那么远，即使到达最近的恒星也至少需要几十年的时间，而我们甚至不知道如何才能达到几十年内就能到达目的地的速度。 但早在 1983 年，当卡尔·萨根（Carl Sagan）为他的小说（后来被拍成电影《接触》（））寻找可能的解决方案时，索恩建议他使用虫洞，一种假设的宇宙裂痕，它使用超越四个维度的更高维度。连接两个遥远点的维度空间和时间。 所以对于《星际穿越》来说，虫洞也是最好的选择。 当索恩和诺兰讨论这部电影时，对虫洞物理学的讨论不可避免地向电影制片人提出了一个问题：虫洞将如何在屏幕上呈现？
这并不是唯一让电影特效团队头疼的物理现象。 诺兰的故事依赖于时间膨胀：不同角色的时间流逝方式不同。 为了使这一点在科学上合理，索恩告诉诺兰，他需要一个非常大的黑洞（在电影中称为“巨人”），它的旋转速度接近光速。 作为一名电影制片人，诺兰不知道如何让这样的事情看起来真实可信。 但他知道谁能帮他达到这个效果。
“克里斯打电话给我，说他要派人到我家讨论视觉效果，”索恩说。 “我说，‘当然，让他过来吧。’”
很快保罗·富兰克林就到达了索恩的家。
影片中，花形的长赐号宇宙飞船正在接近虫洞。 图片：和
富兰克林知道他的计算机总是可以做他要求的任何事情，这既是一个问题，也是一个诱惑。 “我们很容易陷入陷阱，最终违反现实法则，”荣获奥斯卡最佳特效奖的视觉效果工作室 的高级管理人员说道。 “这些法律非常严格。”
于是他要求索恩写下一些公式，以便他们的特效软件能够反映物理世界。 他们从虫洞开始。 如果光在虫洞附近改变其经典模式并沿直线传播，会发生什么？ 你如何从数学上描述这一点？
黑洞扭曲光的示意图。 图片来源：基普
索恩交给富兰克林的答案是一份经过充分研究的备忘录。 这份备忘录很长，充满了引文和方程式，看起来更像是科学期刊上的一篇论文。 富兰克林的团队根据这些公式编写了新的渲染软件，然后创建了虫洞。 效果令人惊叹。 这个虫洞就像是一个反映宇宙的水晶球，是一个时空洞。
“科幻小说总是喜欢把事情变得如此神奇，以至于普通的宇宙似乎无法满足他们，”富兰克林说。 “我们直接从该软件获得的结果已经令人难忘。”
基普·索恩的新书《星际穿越的科学》详细介绍了影片的科学背景。 图片来源：
虫洞的成功使得特效团队大胆地用同样的方法来创造黑洞。 但正如你从名字中可以看出的那样，黑洞是光的杀手。 电影制作人经常使用一种称为光线追踪的技术来渲染图像中的光线和反射效果。 “然而，光线追踪软件使用了一个普遍合理的假设，即光线沿直线传播，” 的 CG（计算机图形）主管 Eugénie von 解释道。 。 由于黑洞遵循完全不同的物理定律，“我们必须编写一个全新的渲染器”。
有些单帧渲染需要100个小时，引力透镜爱因斯坦效应造成的小弯曲使得计算量非常繁重。 到最后，这部电影占用了近800TB的数据。 Von 表示，“我还担心这次我们可能会突破 1 PB 数据大关。”
