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为什么让库珀掉入黑洞？
1985年，当卡尔·萨根想让他电影的女主人公埃莉诺·阿罗维（朱迪·福斯特饰演）穿过黑洞到达织女星时，我对他说：“不可以！在黑洞内部她会死掉，黑洞中心的奇点将混乱而痛苦地把她撕碎。”作为替代，我建议他把阿罗维博士通过虫洞送过去。
而在2013年，我鼓励克里斯托弗·诺兰把库珀送到黑洞卡冈都亚中去。
那么，在1985年到2013年这1/4多个世纪的时间里发生了什么？为什么我对掉入黑洞的态度发生了如此巨大的改变？
1985年，物理学家们认为所有黑洞的中心都寄宿着混乱的、带有破坏性的BKL奇点，并且所有进入黑洞的东西都会被奇点的拉伸与挤压所摧毁（见第25章）。当时，那是我们非常有根据的推测。但是现在看来，我们错了！
在这1/4多个世纪的时间里，从数学上说，两种新的奇点在黑洞内部被发现，其中就包括温和奇点，意味着任何奇点都可能是温和的（见第25章）。温和的程度可以使库珀在掉入其中之后仍然有可能幸存。其实，对于幸存这件事我是有些怀疑的，但是我们不能确定。因此，现在我认为在科幻小说里假定能够幸存是可行的。
在这1/4多个世纪中我们还了解到，宇宙可能是更高维超体中的一个膜（见第20章）。因此，我认为这个假设是可行的：假设超体中居住的生物——一种具有高度文明的超体生物，可能在最后时刻把库珀从奇点中救出。这也是克里斯托弗·诺兰的选择。
穿过视界——永无对等的信号收发
在电影《星际穿越》中，当库珀驾驶的“巡逻者2号”（以及塔斯驾驶的“登陆1号”）从“永恒”号弹出的时候，他们向着卡冈都亚的视界螺旋下降直到穿过视 界。对于这样的向下盘旋，爱因斯坦的相对论物理定律是怎么解释的呢？
根据爱因斯坦的相对论物理定律以及基于其上我对电影的解释，当布兰德从“永恒”号向外看时，将永远看不到“巡逻者”号进入视界。库珀从视界之内试图发给她的任何信号也都无法传播出去。视界之内的时间流动是向下的，而这个向下的时间流会拖着库珀以及他发出的所有信号一起向下，远离视界，见第4章。
那么，布兰德看到了什么（如果她和凯斯能够把“永恒”号稳定足够长的时间，让她可以观察的话）？由于“永恒”号和“巡逻者”号都位于卡冈都亚弯曲空间的圆柱形部分的深处（见图27-1），所以它们都由卡冈都亚飞快转动的空间带动着进行圆周运动。两者的角速度几乎相同（拥有同样的轨道周期）。因此，在布兰德看来，在她的绕转参考坐标系中，“巡逻者”号从“永恒”号脱离之后，几乎是直线式地坠向视界（见图27-1）。这就是电影里所描述的情况。
“永恒”号的图像来自电影《星际穿越》
图27-1 从“永恒”号轨道参考坐标系看，“巡逻者”号穿过卡冈都亚弯曲空间的轨迹。为了能够看清楚，图中所画的“永恒”号尺寸远大于实际大小。右上角小插图为卡冈都亚弯曲空间的更大部分示意
当布兰德看着“巡逻者”号趋近视界的时候，按照爱因斯坦的相对论物理定律，相对于她的时间，她所看到的“巡逻者”号的时间必定会逐渐变慢，直至凝固。这会导致几个结果：她看到“巡逻者”号向下的运动会逐渐变慢，正好在视界之上停止。同时，她所看到的来自“巡逻者”号的光子波长会变得越来越长（对应的频率会越来越低，也就是变得越来越红），直到“巡逻者”号完全变黑以至于看不到。此外，库珀在他的时标下每隔一秒钟所传递给布兰德的信息片段，在布兰德看来，到达的时间间隔会变得越来越长。几个小时之后，布兰德收到了她能接收到的来自库珀的最后一段信息。这段信息是库珀在进入视界之前发出的。
另一方面，库珀能够持续地接收到布兰德的信号，即使在穿过视界之后。布兰德发出的信号进入卡冈都亚并到达库珀是毫无困难的。相反，库珀发出的信号却无法送达布兰德。爱因斯坦的相对论物理定律对此阐释得很明确，事情必须如此。
另外，这些定律告诉我们：库珀在穿过视界的时候不会看到任何特殊的事情。他不会知道，至少不会很容易地知道，他所发出的哪个信息片段是布兰德最后收到的。通过观察四周，他无法很准确地知道视界到底在哪里。视界对于他而言，就像当你在一艘船上经过地球赤道的时候，赤道对你的南北半球定位无法分辨的情况一样。
布兰德和库珀所看到的观测现象看上去似乎是矛盾的，这是由下面两点共同作用的结果：时间的弯曲，以及他们发给对方的光和信号的有限传播时间。当我仔细地考虑以上两个方面的时候，我认为不存在任何矛盾。
下落奇点vs.外飞奇点，击中“巡逻者”号的最佳选择 
当库珀乘坐“巡逻者”号越来越深入卡冈都亚内部的时候，他仍然能够看到位于自己上方的宇宙。带给他这一宇宙图像的那些光线被一个下落奇点（这个奇点在光线之后朝向中心运动）所追随。最初，这个奇点很微弱，但是随着越来越多的物质掉入卡冈都亚并积聚成一个薄盘，奇点会迅速变得强大（见第26章）。爱因斯坦的相对论物理定律决定了一点。
在“巡逻者”号之下是一个外飞奇点，由很早之前掉入黑洞的物质构成，又被向上反弹，朝“巡逻者”号飞来（见第25章）。
“巡逻者”号被夹在这两个奇点之间（见图27-2）。不可避免地，它将被其中一个击中。
图27-2 此图表示“巡逻者”号夹在卡冈都亚的下落和外飞奇点之间。为了能够看清楚，“巡逻者”号的尺寸比它实际上画得大得多
当我向克里斯解释这两个奇点的时候，他马上就知道哪个奇点应该击中“巡逻者”号，那就是外飞奇点。为什么呢？因为克里斯很早之前就为《星际穿越》设定了一个物理定律的变体，使得物体永远不能进行逆时间旅行（见第29章）。下落奇点是由在库珀掉进卡冈都亚很久之后才掉进去的物质组成的（很久之后指的是在外部宇宙的时标之下，也就是地球时间）。如果库珀被这个奇点击中并且存活下来，那么宇宙的遥远未来将存在于他的过去。他将去到距离我们很久远的未来，以至于即使有超体生物的帮助——如果他能返回的话，也只有在离开地球几十亿年之后才能返回太阳系。那样，他就永远无法和他的女儿墨菲重逢了。
因此，克里斯坚定地选择库珀由外飞奇点击中，而不是下落奇点。这一奇点由在“巡逻者”号掉入卡冈都亚黑洞之前掉入的物质组成，而不是在“巡逻者”号之后。
然而，克里斯的这个选择，从我这个科学家的角度来看，在电影里解释起来有点儿麻烦，但是也不至于像逆时间旅行那么严重。如果“巡逻者”号从临界轨道直接掉入黑洞卡冈都亚，那么它的掉落速度不会太快，以至于下落奇点会追上并击中它。如果让“巡逻者”号如克里斯希望的一样撞上外飞奇点，那么“巡逻者”号需要和下落奇点的速度几乎一致，也就是以光速下降。如果“巡逻者”号被给予一个强大并且向内的反冲力，那么它是可以达到这个速度的。这又如何实现呢？在通常情况下：离开“巡逻者”号之后不久，“巡逻者”号会被一个合适的中等质量黑洞周围的引力弹弓弹射出去。
库珀在卡冈都亚内部看到了什么？
当库珀向内坠落的时候，他抬头看到的是外部的宇宙。因为他的掉落被加速了，所以他看到的外部宇宙中的时间流逝和他自己的时间流逝速率差不多。[1]但是他所看到的外部宇宙的图像在尺寸上缩小了——从大约占天空的1/2缩小到了1/4左右。[2]
当我第一次看到电影关于这一点的描述时，我很高兴地发现保罗·富兰克林的团队将它做对了。他们还把我忽略了的一点也做对了：在电影中，上方宇宙的图像被卡冈都亚的吸积盘所环绕（见图27-3）。你能解释为什么必须是这样吗？
电影《星际穿越》剧照，由华纳兄弟娱乐公司授权使用
图27-3 在卡冈都亚内部，库珀通过“巡逻者”号向上看的时候，所看到的被吸积盘围绕的宇宙。卡冈都亚的阴影是图像左边的黑色区域
库珀看到他上方的这一切，但是他看不到下落奇点。下落奇点朝着库珀以光速向下移动，追逐着给他带来上方吸积盘和宇宙图像的光线，但是并不会赶上这些光线。
因为对于黑洞内部到底是怎么回事我们仍然无从知晓，所以我告诉克里斯和保罗，他们可以尽情地发挥想象力，描述在库珀下落时，他所看到的自下方朝向他迎面而来的景象。无论如何，我都感到欣慰。我只提了一个要求：“请不要像迪士尼电影制片厂在电影《黑洞》中所做的那样，把黑洞内部描绘成撒旦和地狱之火的领地。”克里斯和保罗笑了。他们根本没打算那么做。
我看到他们的实际描绘非常合乎情理。向下看，库珀应该看到的光线是来自在他之前掉入卡冈都亚并且仍在向内掉落的物质。这些物质本身不发光。通过反射来自上方吸积盘的光线，库珀能够看到它们，就像我们之所以会看到月亮是因为它反射了太阳的光线一样。我预料这些物质大部分是星际尘埃。所以，这也解释了库珀下落时所遇到的烟雾。
库珀也能追上比他下降速度慢的东西，这也许能解释为什么电影中会有撞上“巡逻者”号并被弹开的白色碎片。
被超立方体营救
在我的科学解释中，当“巡逻者”号接近外飞奇点的时候，受到的潮汐力会增加。在千钧一发时，库珀被弹射了出去。潮汐力将“巡逻者”号撕裂。直观地，它分成了两部分。
在奇点边缘，超立方体已经就位，等待着库珀。根据假设，超立方体是被超体生物放在那里的（见图27-4）。
图27-4 此图展示了库珀正要被位于外飞奇点边缘的超立方体救起。为了能够看清楚，代表库珀的图标和代表“巡逻者”号的图标之间的距离远远超过实际情况。此图画于两维空间中，另外一个空间维度被压缩了
[1] 在科技语言中，上方 的信号来自库珀高速向红端所做的多普勒频移。这和由黑洞的引力拉力所导致的蓝色频移相抵消，因此颜色看上去比较正常。
[2] 由星光像的偏差所致。
