星際穿越中的時空規則,穿越黑洞的五維空間,引力的維度信息傳遞
星際穿越中的庫伯怎麼把信息傳遞給墨菲的呢?首先我們要搞清楚庫伯進入卡岡圖雅的事件視界時,爲什麼沒有被黑洞強大的潮汐力撕碎呢?我們知道黑洞的潮汐力異常恐怖,引力在物體的近端和遠端形成的勢能差非常大,就連尺寸小到質子的結構,都會被引力壓碎。但我們知道,只要飛向引力中心的加速度與重力加速度相等,就能抵消重力,使物體處於失重狀態。在電影中,他們先駕駛飛船向黑洞方向加速,當飛船到達事件視界邊緣時,庫伯駕駛備用飛船反向脫離主艦。根據牛頓定律,質量更低的備用飛船,將獲得更高的加速度向事件視界內墜落,而主艦同樣會獲得更高的速度從黑洞引力中逃逸。也就是說,庫伯向黑洞奇點方向墜落的過程中,加速度抵消的情況下,他實際受到的重力已經遠遠低於黑洞原本的重力。加上未來世界的人類建立的五維空間迎接庫伯的進入,庫伯在剛落入事件視界時就脫離了黑洞的引力場。
那麼他進入事件視界想要得到了什麼數據呢,電影中給出的答案是黑洞奇點的引力數據。爲了拯救地球上剩餘的人類,在太空建立大型的空間站是最有效的方式,但過於龐大的空間站無法模擬地球重力,在沒有相應重力的情況下,人類無法在空間站重建地球的生態圈。所以需要拿到黑洞奇點的數據,才能計算出所需的引力解。庫伯進入五維空間後,智能機器人從未來人類那裡得到了引力數據,唯一的問題是身處事件視界內如何才能將數據發送出去呢?
首先我們得理解一個重要知識,黑洞的事件視界是一個封閉的時空結構,這意味着,進入其中的所有的信息都無法逃逸。但唯獨引力是例外,這是一個很重要的線索。我們知道,距離黑洞事件視界越近,時間流逝速度越慢。如果處於黑洞的事件視界上,時間就會停止。在無限靠近於黑洞的事件視界時,時間膨脹率幾乎達到幾百萬倍以上。如果在黑洞事件視界表面上,和遠離黑洞的位置都有一個人,那麼他們倆的時間差會非常大。事件視界表面上這個人的時間剛剛過去了幾秒鐘,遠離黑洞的這個人卻已經經歷了幾萬年。但是從黑洞中心發出的引力,卻能不受時間膨脹效應的影響,突破時間的封鎖正常傳播。
從空間層面來看,爲什麼說進入了黑洞事件視界中的一切信息都無法逃逸呢?除了被停止的時間困住外,事件視界的空間也處於封閉狀態。事件視界的逃逸速度的臨界值剛好是光速,事件視界外內的逃逸速度則需要超過光速。雖然引力的傳播速度也是光速,卻仍能從事件視界中向外傳播,這說明引力可以跨越維度穿透時間和空間。庫伯在五維空間中選擇一個時間,將轉換成摩斯電碼的數據,通過引力撥動手錶上的指針,將信息成功傳遞給了遠在地球的墨菲,從而使建立大型空間站成爲現實,拯救了地球上的人類。