相信诸位看官在观影时都被宛若深渊的黑洞所震惊，诺兰用艺术的手法向我们展示了黑洞的概念，令人叹为观止。小伙伴们不禁要问黑洞是什么呢？他是如何形成的呢？
黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种天体。1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解，这个解表明，如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异的现象，即在质点周围存在一个界面--"视界"一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这种"不可思议的天体"被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒(John Archibald Wheeler)命名为"黑洞"。
"黑洞是时空曲率大到光都无法从其视界逃脱的天体"。黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出和γ射线的"边缘讯息"，可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹取得位置以及质量。
这样神奇的天体又是如何形成的呢？目前一般的解释是巨大质量的恒星中核燃料耗尽，无法维持自身星体的体积，爆炸后剩余质量形成一个致密的星体，而这个星体上，光速无法逃脱星体引力，造成我们看不到这个星体，也就是黑洞，简而言之就是黑洞的形成原因就是恒星爆炸。如果这样两三句就可以解释黑洞，那它早就不是宇宙中最神秘的物体了。更近一步的原因有两层，一是超新星的爆炸，二是巨大的质量。
现在我们普遍认为首先星体的质量巨大是超新星爆发的主要原因，因为这样的星体核反应迅速，内核的温度极高，强劲的引力收缩更提升了内部的温度，使得核反应不断升级，直到不再能产生核能的生成铁核的聚变反应为止。
此时内核温度已达几十亿度，原来顶住引力向内挤压的热核反应的热量所产生的向外的压力已枯竭，更要命的是，此时的高温使中微子大量产生，它一下子就带走了内部的许多热量，引力突然间就比向外的压力大得多，于是整个星体就猛然崩塌，向中心坠落的同时，大量的引力能释放出来成为热能和反弹的动能，此即超新星爆发。
其次星体的巨大质量也是黑洞形成的主要原因，这是广义相对论计算的结果，不必超新星爆发，只要质量足够大，星体的内部就终将没有任何力量可以抵挡引力，而必然形成黑洞。通俗的说恒星到了晚年，耗尽全部的核燃料，由于自身引力会发生坍缩。如果坍缩物质的质量比太阳质量大3倍，那么最终的坍缩产物就是黑洞。
这样说起来似乎有点凄美，就好比流星划过产生的陨石，仿佛黑洞是恒星终结的产物，但是我们已经要清楚，这并不是必然产物，前提条件是坍缩物质的质量比太阳质量大3倍，最终的坍缩产物才是黑洞。
问题二：五维空间真的存在吗？以人类的能力能够感知更高维度的空间吗？
影片中库珀坠落入五维空间，努力寻求与女儿的交流方式不时掀起了理科生的颅脑高潮。对于这部分内容，小编只想说已经把这么多年来我们对时空隧道，时空扭曲的视觉形象表现得淋漓尽致。
故事本身的描述，从物理上来说完全是科幻，即从一个时空向另一个时空传递信息。而且男主角自己所处的时空，按照剧中所述是第五维，而我们的时空结构是四维的。事实上电影在黑洞以及这个超时空的描述上，非常复杂。影片中用了一个词 Tesseract，中文翻译为四维超正方体。从几何的角度讲，它就是三维世界中的立方体在四维世界中的表现，就像立方体相对于正方形。男主角在陷入这个时空结构的时候，他肆意地看着自己的过去，努力找到一个可以跟过去交流的方式。
在理解五维之前，先让我们从四维开始。四维，就是加入了时间的三维。如果你也处在四维空间，你看到的人，应该是这样的：
事实上应该比这个轨迹更长，这个人的一生，都体现在这个长长的轨迹里，让我们把图中的这种形状叫做“四维轨迹图”好了。而我们在三维世界看到的这个人，就是这个长长的四维轨迹图的一个瞬间的投影而已。所以，三维就是四维中的某一个时刻，反过来，四维则是三维的集合。
事实上，这里第四个维度是把时间看为二维并将其中一维作为空间而得到的，而这与把空间看为四维有所不同。详见：
从一维到四维
当然，时间空间本无实质区别，这一点会在今后的果壳周刊里讲到。
那么什么是五维？其实就是概率（也可以理解为不同的可能性），即加入了平行宇宙的四维。那么投影在四维中，也是一个四维轨迹图。那么在五维世界里，应该是什么样子的呢？
在五维中，你会看到，同一个人，有无数个四维轨迹图（每一个轨迹图，都是他的一生，可能是成为医生，他也可能成为了总统等等。所以五维中，有无数种可能的此人的一生）叠加在一起，投影到任何一个四维空间，概率波就坍缩成为某一种特定状态，也就是他的某一种一生。这让小编不禁想起了久赋盛名的爱因斯坦的世界线理论，如果把四维看作一条世界线，那么五维则是无数条世界线的集合。在闵可夫斯基图中，物体的整个生命史可表示为一根蜿蜒的线，即世界线。世界线永远从过去走向未来(在标准闵可夫斯基图中'指向纸面上方')，而通过空间的运动则用线的左右摆动方式来表示。但这根线必须永远保持在其自身的未来光锥内，这对应着空间运动速率低于光速。在弦理论中，基本弦和环扫出世界线的二维对应物，即称为世界膜的时空径迹;于是世界膜的相互作用方式被认为决定了基本粒子。
光锥正方向的截面半径即在原点到该点经历的时间内能到达的最远距离，面积即能影响的最大区域。同理，反向区域即过去能影响到你的最远距离事件。光锥之外，我们无法对其产生任何影响，也无法受到其影响，研究时可以将其剔除。
说了这么多，小伙伴不禁要问，既然五维空间乃至更高维度的空间都存在，那么我们有能力感知这种空间结构吗？在这里小编只能遗憾的说：“不能”
人类所能感知的最高维度是四维，常态下通过感官可以感知三维，第四维通过想象也可以建立感知，但是更高维度虽然可以建立数学模型，但由于缺乏感觉器官，无法产生空间感，无法察觉其存在。如果用世界线理论，正如我们自己本身无法超越自己所处的这条世界线，那么也就不会感觉到其他世界线的存在，也就无法产生对五维的空间感。
然而理论并没有禁止我们大脑想象出高维结构，详见：
从一维到四维
问题三：虫洞真的存在吗？
正如影片中所展示的，这个位于土星轨道周围的虫洞帮助人类实现了行星系统的跳跃，小伙伴不禁要发问，真的存在所谓的虫洞吗？为了解答这个问题小编特意查找了资料。
虫洞这一概念是在最早于1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆提出 ，并于1935年由爱因斯坦及纳森·罗森加以完善。因此，“虫洞”又被称作“爱因斯坦—罗森桥”。“银河系虫洞说”来源于人类对于暗物质的研究的进展。的里雅斯特国际高等研究院课题组在2013年绘制了一份非常详细的银河系暗物质分布图，将其与最新研究得出的宇宙大爆炸模型结合后，发现银河系中不仅具备存在“虫洞”的条件，甚至整个银河系都可能是个巨大的“虫洞”。按照意大利天体物理学家保罗·萨鲁奇等人建立的理论模型来看，这样的假设确实有可能得到证实 ，而其更大的意义在于，它将促使科学家对暗物质研究进行“更为准确的重新思考”：暗物质是否就是“另一个维度”的存在？或者，它本身就是一个星际交通的运输系统。
同样科学界又有另一种声音，认为虫洞并不存在，这里我们引用了英国媒体采访英国皇家天文学会教授马丁-巴斯托的相关报道。巴斯托表示：“我不认为虫洞真实存在。解释虫洞的工作原理仅限于科幻范畴，没有任何直接证据证明宇宙中存在这种东西。我们对黑洞有一定了解，但对于连接空间不同区域的东西，我们还只是提出想法并且是非常初级的想法。从拍摄《星际穿越》的角度上说，虫洞这种东西在影片中必须存在，否则的话，影片的情节便无法往前推进。”
可见虫洞这一概念还只是停留在理论层面，人类到目前为止尚未观测到虫洞。不过科学的发展离不开大胆的假设，正如当初如果不是道尔顿大胆的提出世界上第一个原子模型，之后汤姆生提出枣糕模型，便不会启发卢瑟福的行星原子模型，也不会再出现波尔的量化原子模型，最后的最后便不会有量子力学的出现。每一代科学人的卓越贡献都是站在前人的肩膀上，看见了一个更加广阔的世界。小编不禁要引用大学时的物理老师的一句话:“学习物理要面对整个物理学的历史，从历史中学习，一个没有掌握物理学史的人是感受不到物理学的美妙的”。
问题四：什么是引力？什么又是引力异常？
牛顿引力理论
人类对于引力的认知最早起源于牛顿于1687年出版的《自然哲学的数学原理中》，在这本书中，牛顿首次提出了引力的概念。他发现任何物体之间都有相互吸引力，这个力的大小与各个物体的质量成正比例，而与它们之间的距离的平方成反比。这套理论帮助他解决了行星运动问题。简单来说，就是质量越大所产生的引力越大。但是对于引力产生的原因，他无法给出答案，这也正是他最终在引力起源的问题上转而相信上帝的原因。
爱因斯坦引力理论
但是在1859年，勒威耶发现在水星近日点进动问题中，存在着牛顿理论无法说明的部分。1905年，爱因斯坦提出狭义相对论，突破了绝对时间和绝对空间的观念，否定了瞬时超距作用，从根本上动摇了建立在这些旧观念基础上的牛顿引力理论。经过约十年的探索，爱因斯坦于1915年提出了迄今为止最成功的近代引力理论──广义相对论。这套理论中首次将引力，时间，空间这三个看似毫无关联的概念联系在一起。在爱因斯坦看来，宇宙万物就是由时间空间编制而成的结构，有质量的物体就会造成编制结构的凹陷，造成时空的扭曲，这种扭曲正是引力的表现形式。广义相对论克服了牛顿万有引力定律所遇到的困难，完满地说明水星近日点的进动问题;预言光线在引力场中会发生偏转;强引力场中原子发出的光谱线和弱引力场中同种原子发出的同一光谱线相比，前者的光谱向红端移动。这些效应都在不同程度上得到观测和实验的证实
现阶段引力理论的发展
近几十年，出现了一种以局部惯性系的存在为前提的引力规范理论却引起了广泛的注意。这种理论，就时空的几何性质而言，不仅考虑了曲率，而且考虑了挠率;就物质的特性而言，不仅考虑了能量、动量，也考虑了自旋。它不仅和广义相对论一样，能经受住目前实验和观测的检验，而且有可能克服奇性和重整化困难。在这个方向上，最近出现的超引力理论已经展示了将四种基本相互作用统一起来的诱人前景。
那么引力理论的本质是什么呢？这是一个庞大的话题，限于字数小编在这里只能粗浅的谈一谈自己的理解。我们现在已经知道了时空是时间，物质，空间一体化组合。且引力的本源就是时空!也就是说引力是时空性质。这就是说明了引力是宇宙中根本性的力，是一种时空性质。还有比这个更广的力吗?没有。引力可以使得时空弯曲，但不是时空弯曲产生了引力，而是时空能量，是时空产生了引力。这就是为什么只要是具有质量的物体都具有引力。因为引力就是一种时空性质，任何有质量的物体无法脱离这样的时空法则。从宏观到量子层面都是这样的。
所以就很明显了，引力波正是时空的波动，时空的涟漪，引力波通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。那么什么是引力场? 时空就是引力场，很显然这样的引力场是全域场。这和现有的引力场定义有根本区别。引力场是一种全域性的时空性质，其场强度和能量物质分布及运动速度成正比关系。
现在我们认识了引力，引力波，引力场，那么最为神秘的引力子又是什么？引力子，又称重力子，在物理学中是一个传递引力的假想粒子(目前仍未知是否真正存在)根据量子力学的波粒二象性,引力波在有观察者对它进行观察时就会“塌缩”成为粒子，即引力子，人类不能直接观察到引力波，而只能观察到引力子。引力子是唯一的宏观粒子。在标准模型理论中，引力子的发现将为人类实现四大基本力的统一，即大统一理论的出现奠定基础。
小编最后想说，这部电影虽然存在科学硬伤，诸如火箭发射装置距离办公区如此之近，为什么黑洞的吸积盘既没有出现多普勒频移，也没有出现喷流，还有为什么小队的登陆飞船没有反向加速系统等一系列问题。但是仍不失为近几年最成功的一部科幻电影，它的成功不仅在于细腻的表现手法，恢弘的的特效成果。而更在于它首次将天体物理的诸多概念展示给了大众群体，它所传达的时空观念，以及展现的超越时空的人类的情感。或许可以引发观影者关于那个终极问题的思考：我们是谁？我们从哪里来？我们又将去向何方？
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