【mark】有关《星际穿越》的若干记录(来自知乎)

癸道 2014-11-16 16:52:56
题记:时间可以伸缩和折叠,你的鹤发或许是我的童颜,而我一次呼吸能抵过你一辈子的岁月。

《星际穿越》是目前所有电影里科学和艺术的最完美结合(不要和我提2001太空漫游,技术限制,科学上是完全比不上的)上次能让我如此震撼又如此感动的,也许还是多年以前的《肖申克的救赎》(有些电影的确很震撼,但缺乏感动)。


题图里的黑洞,除了黑色的部分之外,想必那个如同王冠般耀眼的环形结构是大家最关注的。这是周围物质在黑洞引力作用下落入黑洞的同时释放引力势能而产生的明亮结构。具体的释放机制主要是粘滞加热(viscous heating),因为这个较差自转的盘不同半径的角速度不同(越到内部越大),物质互相摩擦就可以释放相当可观的能量。至于为何是个盘,因为初始角动量的存在,这些物质在刚开始就有一个大致相同的角动量方向(想想太阳系为何也差不多在一个平面上,类似的道理),所以落入黑洞时的轨道也基本在一个面上。
于是,大多数时候,我们看到的黑洞是这样的


This Is What Happens When Massive Black Hole Gobbles Up Sun-Like Star (VIDEO)
当然,我们还知道黑洞本身不发光,引力会弯曲空间,于是我们看到的黑洞还是这样的:


APOD: 2014 October 26
这是几天前的APOD,计算了黑洞对后部星系图像的弯曲。
但是如果我们走的够近,黑洞也能弯曲背面的吸积盘的光线,最终会看到什么样的图像呢?
这种事情搞天文的也关心,虽然我们没法从观测上直接分辨吸积盘的内部细节,但是这个会影响观测到的光谱(也就是能量分布),这种事情,搞模拟的也不是没算过,但是他们的结果,差不多是这样的:


这里颜色代表光谱/能量的频率移动,蓝色代表频率变高,红色代表变低,同时考虑了引力红移和多普勒红移。


Visualization of the inner accretion disk around a Schwarzschild black hole
右下角的图形代表能观测到的能谱,由于相对论beaming的存在,能量会向高能区移动。
也许你注意到了,电影里似乎没有出现多普勒频移的效果(也就是一边红点一边蓝点),不过我倒是找到一张设定图:


注意这些不同的色块,代表了这些区域可观测的温度/能量,红色代表最大红移,接近内侧的黄色主要是引力红移导致的。而电影里我们看不到这些效应主要是这些区域的能量范围非常广,而且能量密度极高(也就是很亮),即使红移之后对肉眼来说还是太亮,所以我们看到的差不多是一个均匀的光带。(就像理论上太阳外侧会比中心部位暗一些,但现实中你也看不出来,而吸积盘的亮度太阳完全不能比)。
不过Interstellar超越这些科研成果的地方在于,Kip Thorne的推导加上高精度的模拟,最终能看到的不止一个吸积盘!上面这张设定图比较清楚,背面的吸积盘像不仅从黑洞“上面”绕射过来,同时也会从“下面”绕过来。而正对观察者一侧的吸积盘下部的光,则会绕黑洞3/4圈之后再次出现在我们的眼睛里(就是黑洞上部紧贴它的那条亮线)。这只是绕黑洞圈数较少的光线的像,剩下的像会更加接近黑洞视界,所以难以看清。

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作为一个铁杆的硬科幻小说爱好者,我一直在等待一部真正伟大的硬科幻电影的出现。《2001》年代太久远,而且在我看来,很多情节的处理远不如克拉克的《2001》(小说)。《地心引力》是个好片子,在技术上无以伦比,但是情节太简单,内涵太浅显,不过瘾。除此之外,科幻电影就只剩下“地球大战外星人”“地球人大战机器人”“超级英雄拯救地球”这种伪科幻了。今天,看完Interstellar从电影院中走出来,我激动不已——我感到自己梦想中的电影终于被人拍出来了。

对于Interstellar,我要不吝赞美之词。这是一部绝对担得上“伟大”之名的电影。

也要感叹,这种剧情在之前绝对只能属于小众,诺兰能为如此硬核如此严肃的科幻拉到这种级别的投资和制作,实乃我辈科幻迷之幸。

除了诺兰之外,恐怕只有卡神有这种级别的眼界和号召力了。

Interstellar涉及到非常多经典的科幻母题,虫洞穿梭,时空悖论,地球居住危机,文明延续,冬眠,地外行星探索等,更令我佩服的是诺兰并没有一味追求电脑特效,而是大量的利用了模型等传统方式来拍摄飞船场景 ,很高兴看到诺兰不是几年前那个喜欢标新立异、拿创意砸死观众的导演了,能这样稳扎稳打的把经典母题和剧情拍好,是真正大师功力的体现。

有趣的是里面出现了很多《三体》中出现的的概念,高维碎片,逃亡主义者+面壁者阿福,Mann对Cooper的暗算不就是青铜时代和万有引力号的翻版么?

之前诺兰在预告片中大肆渲染父女情,我很怕诺兰玩过头了没守住,把本来应该是严肃宏大深刻讨论人类未来的电影又拍成家庭温情伦理剧。这个毛病之前在《盗梦空间》就犯过一次,四个梦境同步最要紧关头Cobb居然在limbo里面只顾着和老婆卿卿我我,看得我着急得要死。但是看完后松了一口气,这次的感情戏控制得挺好,没有喧宾夺主,而是为剧情多加了一笔温情。不知道是诺兰本意如此,还是为了照顾电影的商业化运作——太硬的科幻电影,接受者还是不多的。

不过,我还是觉得love在电影里的比重稍微大了些。人类都要灭绝了,通过虫洞穿越宇宙了,发现新世界了,又是扯相对论又是扯伦理学,这么多深刻宏大的东西能讨论,咱能别喋喋不休的讨论love的重要性了吗?太俗套了。对love的过度强调,在我看来一直是西方通俗文化(包括电影、文学、音乐)的通病之一。

不过,Interstellar思考的高度和深度,秒了其他科幻电影一条街。我一直觉得就剧情的复杂和深刻程度上,科幻电影一直被科幻小说远远甩在后面,大部分科幻电影经典,无非是讨论一些科幻小说早就说烂了的话题,在剧情上可与科幻小说媲美的科幻电影,之前只有《黑客帝国》,现在Interstellar也做到了,甚至做得更好。

敢严肃思考问题的电影本来就少,敢严肃思考问题的科幻电影更少(大都是地球人大战外星人/机器人),敢在人类文明的尺度上严肃地探讨这么多经典科幻母题的电影,除了《黑客帝国》三部曲外,只有诺兰了。话说,沃卓斯基姐弟也有把严肃问题拍成家庭八点档的毛病,《黑客帝国》挖下这么大的坑,所涉及到的思考完全可以更加深入更加广阔,但总是一次又一次沦落到neo和trinity的爱情上,最后又是love拯救一切。希望明年的Jupiter Ascending不会重蹈覆辙。

结构依然是诺兰标志性的眼花缭乱纷而不杂的风格,但是这次不那么惊艳了(可能是看得多了猜到套路了),电影看了四分之一就基本猜到大致结尾走向了,感觉诺兰为了结尾的呼应,把开头的伏笔埋得太明显了些,ghost那段简直让人感觉诺兰隔着屏幕对你喊“快看我呀我就是伏笔呀”。不过这不是侦探片,尽管猜到了结尾,依然不影响我被中间浩瀚而又丰富的剧情惊得目瞪口呆,基本张嘴看完后半段。

音乐非常出色——很多人认为好的电影配乐无非就是有首好听的主题曲,谬矣。Interstellar没有一个很明显的主题曲,但是全片的配乐不仅恰到好处,更不乏神来之笔:管风琴+弦乐的组合对于渲染太空的气氛再合适不过,适当点缀的钢琴、电子合成配乐也是画龙点睛;脱离了表面的好听旋律后,Interstellar这种融合了晚期浪漫派和少许minimalism味道的曲风实在太棒了。另外,只有我一个人觉得Interstellar的配乐风格非常布鲁克纳吗。。

对于星际航行和太空景象的镜头美得令人窒息,是《2001》+《地心引力》的合体加强版。完美遵从“真空不能传声”的定律,音效处理点一万个赞

(趣事:制作方本来不允许太空场景完全不加音轨,因为他们认为彻底的寂静会让观众感到恐慌。诺兰一拍大腿:没错,这就是我要的效果!最后成品,太空场景果然一个音轨不加,除非有背景音乐)

很感动的一个细节:每次电影跳到太空中无声的片段时,整个电影院不可思议的寂静,几乎每个人都是屏着呼吸在看——这种氛围不能更美妙。

大量对2001太空漫游的致敬,从情节到镜头到布景到细节,甚至可以说Interstellar就是一个21世纪的复杂版2001

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一些印象比较深的细节。

Cooper捕获无人机之后,Murph问为什么不让它继续飞,Cooper回答,它需要适应环境。捕获无人机这段剧情其实对整个故事线来说毫无影响,二刷的时候看到这儿觉得很悲凉。Cooper跟无人机是一样的,本来应该翱翔于天空,但是他选择适应环境,当了一名农夫。

在地球上的篇幅里,处处有着对末世的渲染,除了风沙对环境的刻画,还有一些社会环境的描写。一处是在学校的对话,人类已经放弃对科技和知识的追求了,只有少数人可以上大学。另外Cooper认为Brand教授已经被开除了,因为他拒绝了用航天器去杀人。推测政府应该有过一个恐怖的计划,用大规模清洗的方法减少人口。

Mann博士率领的十二人探险队叫Lazarus计划,取自圣经故事。Lazarus是耶稣的好友,下葬4天之后耶稣来到他墓前,以神迹使其复活。从这个名字看,原本就没有PlanA,死的是地球上的人,复生的是新人类。

Mann博士不愧于大Boss,心思极其缜密。他早知道引力方程无解,所以如果他的星球不适合居住,没有人会来救他。所以在冬眠之前就给机器人设好了爆炸装置,一旦被重启,就会爆炸。和Cooper出发寻找地表的之前,Mann神色紧张的问Cooper远程通讯模块带了没有,充电了没有。后来推Cooper下山之前,特意拔掉了通讯模块,让Cooper不能向Brand呼救。

Brand教授也是老油条,至少骗了40多年的资金。二刷的时候注意了他交代计划时的神情,毫无破绽。不过其实还是露出了马脚,原计划的3个人,除了自己的女儿,都专门挑选了没有亲人的科学家。应该是怕他们一旦发现PlanA是假的,会执意返回地球,破坏PlanB。不过老头子也不容易,最后风烛残年,方程解不开的秘密被Murph知道后,很快就去世了。之前可能仅仅是凭一口气撑着,是怕地球上的人陷入恐慌吧。

Brand和Cooper利用黑洞引力加速的时候,时间加速了很多。她到达Edmund的星球的时候,至少是几百年以后。也就是说,Edmund的机器人,在那里坚持不懈的挖了几百年。。。

一些说的比较多得BUG:

关于沙化和枯死病。关于背景,诺兰并没有交代太多,不过应该是枯死病导致沙化。而枯死病,成因不详,应该与引力异常无关,只能寄希望于导演加长版可以加入更多内容。

关于NASA。为什么NASA停摆数年依旧有实力发展PlanA和PlanB,诺兰埋了个伏笔,一开始去和老师面谈的时候交代了,军队已经没有了,但是节省的军队开支并没有用在发展教育上,只有少数人能上大学。所以这部分税收应该是用在了NASA身上,只不过转入地下。

关于引力。引力一直是科幻作品喜欢借用的题材,《安德的游戏》系列里最重要的设定之一就是用引力波作为星际实时通信的载体。引力并不只是高中课本里牛顿的万有引力,片中偏重于爱因斯坦的广义相对论。至今为止人类还在探索及证明引力,所以片中引力有关的幻想并不能算是硬伤。

关于PlanA。PlanA的计划不仅是找到适合的星球,最重要的应该是控制引力,制造廉价的飞船可以带领全人类逃离地球。Cooper出发十年前,Brand教授就解出了控制引力的方程式。不过解出方程并不是解决,他发现缺少奇点的数据,方程是无法应用的。这件事可能只有Mann博士和Brand教授知道,然后Mann忽悠了十一个人跟他一起穿越虫洞,Brand教授留在地球骗科研资金实施PlanB。

关于黑洞。黑洞已经被证实,但是由于无法观察,黑洞的研究还停留在模拟阶段。所以无论诺兰怎么扯,都不算是硬伤。宽且背后还有个物理大牛KIP撑腰,至少在物理学上,应该不会有过分的漏洞。

最后,抛开那些玄乎的黑洞虫洞不谈,诺兰到底想表达什么?星际穿越无法免俗,还是有着好莱坞永恒的爱与生命。但可贵的是,诺兰还表达了科技带给人类的到底是毁灭还是答案,这个话题是硬核科幻里经久不衰的话题。星际穿越里最有意思的一场戏就是Cooper见老师那一幕,那时的社会已经否定了航天科技,认为那是无意义的浪费。甚至他们认为工程师都是无用的,只需要更多的农夫。而讽刺的是,固守地球,最终只能是毁灭。只有走出去,才有答案,人类永远不应该忘记星空的召唤。

虽然不太合适,不过还是想起了那句话:我们的征途,是星辰大海~

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Hans Zimmer在好莱坞是个争议很大的电影配乐师,毁誉参半。他的名字可能有些人不知道,但是他配过乐的电影很多人应该看过:《狮子王》《埃及王子》《黑鹰堕落》《加勒比海盗》《珍珠港》《黑暗骑士三部曲》《盗梦空间》(近十年更是成了诺兰的御用)
喜欢他的人非常欣赏他的管弦乐合成作曲方式,贴合剧情发展,恢弘大气,助力情绪渲染。
抵触他的人总是对他非师承古典,采用电子合成技术去展现“交响”的方式鄙夷,认为其是门外汉。但无疑在数字时代,Hans是开拓了一个前人未有走过的路程。

之所以说《星际穿越》是Hans的翻身仗,是因为近年来Hans的曲风越来越相似,千篇一律的铜管与弦乐齐鸣,虽说好莱坞配乐给人大体的印象就是交响化为主导,但Hans显然已经有点像一个罐头生产机,乍一听恢弘大气,势不可挡,但却只是拆了东墙补西墙,配乐已经进入瓶颈状态——这也正是他非科班出身没有系统乐理基础所导致的阻碍。

而《星际穿越》里,Hans选择用管风琴。
从玉米地的镜头开始,管风琴渐入。让人很是惊喜,以为这只是Hans的小尝试,未曾想到至此管风琴将主导整部电影。从地球到虫洞,从外太空至归途,都由这架有了90多年历史的伦敦教堂里的管风琴搭配。

Hans的转变,也正是由诺兰引导。
Hans回溯一开始诺兰并没有给他剧本,而是让他做了一件当时看来非常无法理解的事情:
"before I began, last January, Chris said to me, 'Hans, I will write one page of text for you. And you will give me just one day. Just write whatever comes to you from this one single page,'"It (the page) wasn't about the film," Zimmer told GQ. " ... In a peculiar way, what Chris wrote down that day, and what he wanted from me, had more to do with my story than the plot of the movie. He knows how to get under my skin. That's the game we play." (在我开始之前,今年一月份,克里斯跟我说,‘Hans,我会写一页纸给你,然后你用一天时间还给我,上面写下你在这张纸上的任何想法’这张纸跟电影毫无关系,确切地说,克里斯那天写给我并且想从我这里得到的,更多的是关于我自己的故事而不是这部电影,他知道如何挖掘我的内心,这就是我们的游戏。”)

这是诺兰的电影,也是Hans真正意义上属于自己的音乐。这次他不再是”配“乐,而是从自身挖掘的音律——来自Hans自己的故事,与星空遥相映衬。在影片渐进高潮的危机平行剪辑当中,管风琴像极了Cooper身为人父渴望归途的号角;Cooper进入五维空间开始干涉三维时空时,正是管风琴的音律架起另一座冲破时空束缚的桥梁,将父亲与女儿重新联系在一起,以听觉的方式将观众代入视觉以外的感观层面。


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枯萎病导致地球行将灭绝是《星际穿越》中被吐槽或质疑较多的设定。

我介绍一下Kip Thorne在《The Science of Interstellar》这本书(http://www.amazon.com/Science-Interstellar-Kip-Thorne-ebook/dp/B00NUB4EVC/)中写过的详细解释,至于观众是否接受,就看你们自己的了。

2007年,编剧乔纳森·诺兰、制片人Lynda Obst以及Kip Thorne一起在为故事的环境设定伤脑筋。怎么样让人类文明处于明显的衰退中,但看上去在许多方面还能维持正常的运作?枯萎病害死所有可供食用的庄稼,这科学吗?

Thorne首先承认了自己并非生物和环境方面的专家,所以他求助于自己在加州理工学院的同事。2008年的一天,上述三人邀请了四位生物和农业专业的教授,其中包括一名诺贝尔奖得主,一起吃了顿饭,集思广益。

剧本最后的设定很大程度上是基于那次餐会的讨论。那么他们聊了些什么呢?下面是大致内容。

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乔纳森·诺兰先介绍了自己构思中的地球:北美人口缩减十倍以上,其他大陆情况差不多。人类退回到农业社会,为温饱而奋斗。但那又不是一个反乌托邦的世界,生活还是能够忍受的,某些方面也能让人感到幸福。很少的娱乐设施还在继续运转,比如棒球比赛。但人类失去了向前发展的希望,只求活下去。枯萎病从一种庄稼蔓延到另一种庄稼,到库珀的孙子辈也许人类就将灭亡。

那到底什么样的灾难会达到这种效果呢?专家们提供了一些头脑风暴,这些事件在理论上有可能发生,但真正出现的概率并不高。

专家一:今天大多数人都不用亲自种粮食了,而是依赖一个全球性的粮食种植和分配系统。可以设想这个系统因为某些生物或地球物理上的灾难崩溃了。在很小的尺度上,内华达山脉如果几年不降雪,洛杉矶就会失去饮用水,上千万人面临迁居,加州农业就会崩盘。可以把类似的灾难扩大很多倍,就是库珀所处的世界了。

专家二:另一种可能。人类历史就是和各种病原体抗争的历史,我们有非常复杂的免疫系统去和病原体斗争。但是病原体也在演化,人类总是落后半步。所以某种情况下如果病原体演化得过于迅猛,人类来不及响应,就会出现灾难。

专家三:比方说,如果艾滋进化成更容易传染而不限于性接触的方式,那就将是灾难。

专家二:全球变暖造成冰盖融化,很有可能释放出从上一次冰河时期就潜伏的致命病原体。

专家一:另一种情况:人们对二氧化碳排放升高造成的全球变暖感到恐慌,为了改变这种状况,于是在海洋里大量种植海藻,通过光合作用吸收二氧化碳,于是海洋里被排入大量的铁元素。但这可能造成副作用,某些释放毒气的海藻因此大量繁殖,毒死了鱼和植物。人类非常依赖海洋,如果海洋环境恶化,人类也会遭殃。这完全不可能吗?并非如此,科学家做过类似局部实验,的确培养出了一些前所未见的海藻,幸运的是它们无毒,但万一有毒呢?

专家四:太阳紫外线可能让你说的海藻出现变异,然后产生新的病原体,灭掉所有海洋植物,再延伸到陆地上,杀死所有庄稼。

专家三:面临灾难的时候,我们唯一的希望是科技的进步。但如果政治原因导致科学研究得不到资金投入,否认进化论之类的反科学思想流行的话,科研陷入瘫痪,也可能使得我们没有好的办法去处理危机。

关于枯萎病:

专家三:如果你们想找什么东西来灭掉人类的话,攻击农作物的枯萎病最合适了。我们是可以吃动物,但动物吃植物啊。

专家四:枯萎病只需要干掉禾本科植物就行了,这是农业的根基:大米、玉米、大麦、高粱、小麦。事实上这个世界上50%的庄稼已经被病原体干掉了,在非洲这个比例更高。各种细菌、真菌、病毒……美国东海岸以前都是栗树,现在全没了,都被枯萎病搞死了。大部分人十八世纪吃的那种香蕉今天也没有了,枯萎病是元凶。今天作为替代的一种香蕉品种,其实也正面临枯萎病的威胁。

Kip Thorne:我原以为枯萎病只是针对某种特定的植物,不会扩散。

专家一:也有普遍的枯萎病。但专门型和普遍型有个区别,专门型危害非常大,可以把一种作物99%都杀死,而普遍型攻击面虽广,但危害程度就低一点。

Lynda Obst:是否有一种普遍型的枯萎病,又变得非常厉害呢?

专家四:这也是发生过的。地球早期历史上,当蓝藻刚开始制造氧气时,它极大地改变了地球的大气成分,于是杀死了当时地球上大多数生物。

专家一:不过蓝藻生成的氧气作为致命的副产物,并不是一种普遍的病原体呀?

专家三:我们可能没见过,但我可以想象有某种很致命的专门型枯萎病,演变成致命的普遍型。只要有昆虫的帮助,它可以在物种之间传播。比如说,有种日本甲虫,靠吃几百种植物维生,它们可以把病原体四处传染,病原体也会演化适应,攻击更多的物种。

专家四:我可以设想某种致命的普遍型枯萎病:一种攻击叶绿体的病原体。所有植物都有叶绿体,没有叶绿体植物就会死。假设某些海洋里的病原体可以攻击叶绿体,那么就可以灭掉所有海藻和海洋植物,然后登陆,再灭掉所有陆地植物。这是有可能的。我觉得没法防止这种灾难。但这可能性不大,不太可能真实发生,只是可以把它作为库珀世界的一个设定。

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这个怎么花样杀死人类的餐会开到这里就结束了,Kip Thorne最后总结说,《星际穿越》的主要灾难是一种普遍型的枯萎病袭击了整个地球。但此外还有另一件可怕的事:地球上的氧气越来越少。

Brand教授在电影中有这么一番话:「地球上的空气80%是氮气,我们不呼吸氮气,但枯萎病会。随着枯萎病的蔓延,氧气会越来越少。最后饿着的人将会是最先被憋死的人。」

这在科学上是否有足够根据呢?Kip Thorne继续拜访了几位加州理工学院的专家,得到如下的结论。

假设某种破坏叶绿素的病原体真的出现,光合作用就随着植物的死亡慢慢停止。不再有氧气生成,但人们对它的消耗却不会停止,最终二氧化碳越来越多,氧气越来越少。

这个毁灭的过程会在三十年内结束,氧气会被用掉1%。所以库珀的后代似乎还是有足够的氧气供呼吸,当然前提是他们还有东西吃的话。

但是,那1%的氧气将会转化成二氧化碳,这意味着大气中有0.2%的二氧化碳,这足够让敏感的人呼吸不畅了,更可怕的是,因为温室效应,这足以令地球平均温度升高10摄氏度,几乎没人受得了这个!

如果要让每个人都呼吸不畅并昏昏欲睡,需要有更多十倍的氧气转化为二氧化碳;如果要让每个人都死于二氧化碳中毒,还得在这基础上再乘五倍。换句话说,一半的氧气转化成二氧化碳,才会让所有人中毒而死。Thorne说他还没有为此找到一个合适的设定方案。

所以Brand教授错了吗?有可能。Brand教授正确的前提,是地球物理学家对海底的认识有严重错误。

地球物理学家估计海底有机物数量是陆地上的二十分之一,如果这个数字错了,如果海底有机物是比陆地上多五十倍呢?而且如果它们刚好被从海底翻到海面,那二氧化碳的生成速度就会大大提高。

原理是这样的:每隔几千年,海洋就会被翻转一遍,表面的水沉下去,海底的水浮上来,所以有可能刚好在库珀的那个时代,海底的水浮上来,携带了那些有机物。突然暴露在空气中,那些有机物会迅速腐烂,将氧气转化为二氧化碳。

当然这种情况是基于两种不太靠谱的假说:1、海底有机物有那么多;2、刚好剧烈的海水运动将它们带到洋面。

最后是Kip Thorne的结论:

不管怎么说,《星际穿越》中的地球就是要死了就是要死了就是要死了,人类必须找个新家!
癸道
作者癸道
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