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没看过这本书，别说你懂《星际穿越》！天体物理学巨擘基普·索恩写给所有人的天文学通识读本，媲美霍金《时间简史》的又一里程碑式著作！好莱坞顶级导演克里斯托弗•诺兰、欧阳自远等3大院士、李淼、魏坤琳（Dr.魏）等5大顶尖科学家、《三体》作者刘慈欣联袂推荐！

在《星际穿越》之后，这一系列问题全世界都在问！本书将会告诉你答案！

为什么黑洞会吞噬一切，甚至连光都不能幸免？

为什么虫洞不是一个洞，而是一个球？

又是什么神奇的力量，让米勒星球上的一小时等于地上七年？

最简明清晰的时间与空间理论入门读本。基普·索恩教授，电影《星际穿越》的唯一科学指导，以浅显易懂的语言一一破解了宇宙中的让人瞠目结舌的奇景——大爆炸、黑洞、时空弯曲、潮汐力、虫洞、引力弹弓、星际旅行等，解释了所有推动剧情的天体物理学理论，还就内容的真实性将书中的科学知识分为三种：科学事实、有根据的推测和猜想，并做了明确的标注，以帮助我们解开所有剧情设计与时空旅行之谜！

14大独家视频随书讲解，打造科普阅读新体验！苟利军、王乔和王岚三位专家对于书中的黑洞、虫洞、高维空间和时间旅行等主题特别录制了讲解视频，随书同读，穿越无限。

四色彩印、酷炫视效，史上最惊艳、最走心的科普巨制！

推荐序1 请温柔地走进科学的良夜

好莱坞顶级导演 克里斯托弗·诺兰

推荐序2 星际穿越，不确定性的美妙

北京天文馆馆长 朱进

译者序 探秘人类知识的未知疆域

中文版序 科学的力量

前言 科学，美丽而迷人

引言 一场华梦，九年曲折：电影《星际穿越》的创生

【琳达·奥布斯特】最杰出的好莱坞搭档

【史蒂文·斯皮尔伯格】谁是最初的导演？

【乔纳森·诺兰】一波三折的编剧遴选

【克里斯托弗·诺兰】意外接棒的好莱坞顶尖导演

【保罗·富兰克林、奥利弗·詹姆斯、尤金妮娅·冯·腾泽尔曼】视觉特效的缔造者们

【马修·麦康纳、安妮·海瑟薇、迈克尔·凯恩、杰茜卡·查斯坦】精彩“穿越”背后的好莱坞巨星们

第一部分 宇宙奥秘，穿越之钥

01 宇宙的终极真相

大爆炸，宇宙诞生

万亿星系与黑洞

太阳系

恒星的死亡：白矮星、中子星和黑洞

宇宙中的电场、磁场与引力场

02 主宰宇宙宿命的法则

揭秘物理世界的四大定律

科学事实、有根据的推测和猜想

03 弯曲时空和潮汐力

爱因斯坦的时间弯曲理论

弯曲的空间：超体和我们的宇宙膜

潮汐力，米勒星球巨浪的来源

04 黑洞，光都无法逃逸的牢笼

蹦床上的蚂蚁，黑洞弯曲的空间

视界困住的信号，黑洞弯曲的时间

无可抵抗的空间“漩涡”

精确刻画黑洞附近的弯曲时空

从宇宙中观测到的黑洞外貌

“踩着彼此的肩膀”的黑洞发现史

第二部分 卡冈都亚，黑洞中的巨人

05 黑洞卡冈都亚的构造

1亿倍太阳质量，米勒星球被撕碎的临界点

“天上一时，地上七年”，自旋速率大揭秘

卡冈都亚的结构奥妙

火壳，被禁锢的光线

06 引力弹弓

21世纪科技都无法解决的加速困境

驶往米勒星球的弹弓之旅

星系中心的中等质量黑洞，最佳弹射弹弓

超级文明的航行轨迹

“卡西尼”号，现实中的“巡逻者”号

07 打造黑洞卡冈都亚

黑洞阴影及其火环

无自旋黑洞的引力透镜效应

快速自旋黑洞的引力透镜效应

制造《星际穿越》中黑洞和虫洞的视觉特效

引力弹弓旅程中的景象

08瑰丽奇美的吸积盘与喷流

类星体，小天体里的大能量

能量发动机——黑洞与吸积盘

喷流：从回旋空间中提取能量

吸积盘从何处来？潮汐力撕裂恒星

卡冈都亚的吸积盘与丢失的喷流

09 事故是进化途中的第一步

第三部分 地球大灾难

10 毁灭人类文明的枯萎病

库珀的世界——只比活命好一点儿

何种灾变才是罪魁祸首

泛型枯萎病，所有生物的终极杀手

11 氧气危机

可呼吸氧气的生产与破坏

海洋翻动，所有人都将死于二氧化碳中毒

12 星际旅行, 寻求地外生命支持

最近恒星离我们有多远？

21世纪技术条件下的旅行时间

未来的技术

热核聚变推进系统的实现时间表——22世纪晚期？

激光束与光帆技术的实现时间表——22世纪？

双黑洞的引力弹弓

第四部分 虫洞，超太空跳跃的桥梁

13 虫洞，危险与希望的并存体

苹果，虫洞之名的灵感源

福拉姆虫洞，最早的虫洞

虫洞的塌缩

《超时空接触》，一个可穿越虫洞的疯狂构想

可穿行虫洞应该是什么样子？

虫洞是否可以像天体一样在宇宙中自然存在？

超级发达文明，可穿行虫洞的唯一希望？

一个极度未知的领域

14《星际穿越》中虫洞的可视化

虫洞的引力和时间弯曲

3大“把手”，虫洞形态各异的根源

“把手”如何影响虫洞的外观？

虫洞长短，穿越景象各异的决定者

虫洞的透镜宽度，引力透镜效应大不同

《星际穿越》中动人心魄的虫洞

穿越虫洞之旅

15 引力波如何发现虫洞

LIGO发现引力波暴

当一颗中子星围绕黑洞公转时

引力波源，虫洞的另一端

诺兰缘何弃用引力波？

引力波以及探测引力波的仪器

“宇宙弯曲的一面”

原初引力波，宇宙诞生一瞥

第五部分 探索黑洞卡冈都亚的周边

16 米勒星球，未被吞噬的幸存者

米勒星球的运行轨道

时间变慢与潮汐力形变

空间回旋，米勒星球速度的制衡要素

米勒星球上的巨浪

米勒星球的“一生”

从米勒星球遥望卡冈都亚

17 黑洞卡冈都亚振动之谜

未被罗米利展示的重要数据

共振频率，驾驭引力异常的关键

18 第二选择，曼恩星球

曼恩星球，一个缺少太阳的世界

通向曼恩星球的旅程

冰云，到达曼恩星球

是谁打造了曼恩博士的地质数据

19 “永恒”号的夹缝求生

潮汐力与“永恒”号的设计

曼恩星球上方轨道处的真实爆炸

第六部分 极端物理

20 第四维度和第五维度

作为第四维度的时间

超体：真实还是虚构？

第五维度

21 预示未来人类的超体生物

二维膜与三维超体的碰撞

当五维世界的超体生物穿过我们的三维膜时

超体生物的特征和他们的引力

《星际穿越》中的超体生物

22限制引力

五维空间的引力难题

膜外维度是卷曲的吗？

膜外维度：反德西塔（AdS）弯曲

AdS三明治：超体中的充足空间

危险：三明治是不稳定的

穿越AdS层

23 引力异常，墨菲口中的“幽灵”

火神星，水星轨道异常进动的幻象

“暗物质”，星系之间相互绕转轨道的异常

宇宙加速膨胀的异常

条形码式灰尘，《星际穿越》中的引力异常

24 布兰德教授的方程

墨菲和教授两人的笔记以及黑板

第五维度，引力异常的来源

超体场，引力强度的控制因素

虫洞必须连通！

保护我们的宇宙不被摧毁

教授方程的终极答案

25 奇点和量子引力

量子定律，一切宇宙问题的解

奇点：量子引力的领地

基普vs.霍金，裸奇点的赌局

黑洞内的BKL奇点

黑洞的下落奇点与外飞奇点

第七部分 穿越之门已经开启

26 临界轨道，“火山口”的边缘

潮汐力，使“永恒”号挣脱曼恩星球

临界轨道和火山类比

火山的含义：引力能和圆周运动能

临界轨道：离心力和引力的平衡

边缘处的灾难：塔斯和库珀的弹出

驶向埃德蒙兹星球

27 进入黑洞卡冈都亚：落入视界的库珀与塔斯

为什么让库珀掉入黑洞？

穿过视界——永无对等的信号收发

下落起点VS外飞奇点，击中“巡逻者”号的最佳选择

库珀在卡冈都亚内部看到了什么？

被超立方体营救

28 超立方体

点－线－平面－立方体－超立方体

库珀被运送到超立方体中

停靠：墨菲卧室的景象

诺兰复杂化的超立方体

29 向过去传递信息

向电影《星际穿越》的观众传递规则

克里斯托弗·诺兰关于时间旅行的规则

传递信息给墨菲

没有超体的时间旅行

有超体存在的时间旅行

给墨菲传递信息——一个物理学家的解释

穿过第五维度接触布兰德

30 发射太空殖民飞船

科学的指引

在哪里可以获得更多信息？

技术札记

致 谢

全球顶尖理论物理学家，引力物理与天体物理学领域的集大成者，当今世界研究广义相对论下天体物理学领域的领导者之一。

致力于宇宙弯曲时空的研究，创建了全球知名的LIGO项目。

毕业于加州理工学院，在普林斯顿大学攻读博士期间师从于全球顶尖物理学家约翰·惠勒。毕业后回到加州理工学院任教，在30岁时，便成为该校历史上最年轻的教授之一。

好莱坞烧脑巨制《星际穿越》唯一科学顾问，电影科学性的最强保证。

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地球的磁力线能够通过北极光显现。从太阳发出的质子，在经过地球时，被地球磁场捕获，并沿着地球磁场穿过大气层。这些质子与氧原子、氮原子相互碰撞，并使之发出荧光，这就是北极光。

什么是超体场呢?物理学家们用“场”来描述那些在空间里延伸并对它碰到的事物施加一个力的物理量。我们已经见识过我们的宇宙膜中很多关于场的例子在第1章，有磁场(磁力线的集合人电场(电力线的集合)和引カ场(引力线的集合);在第3章，有潮汐力场(具有拉伸和挤压效应的拉伸线的集合

我想这种热情很大程度上源于《星际穿越》中包含的大量真实的科学信息。我猜相比美国文化来说，推崇学习的中国文化更乐于接受科学知识。所以，《星际穿越》在中国能够诱惑更多对科学感兴趣的人。我希望这本书的中文版能够像铁钩一样钩住这些感兴趣的人。

有一些更好的事情却正在发生：来自不同世界的两个完全不同类型的人建立起了一段持久的、富有创造性的友谊和合作关系。

与此同时，琳达和史蒂文开始物色编剧。这是一个漫长的过程，最终，他们把目光聚集在了乔纳森·诺兰这个年仅31岁的年轻人身上。他网刚和哥哥克里斯纸

弗·诺兰合作过两部影片一

致命魔术）和（编蝠侠前传2：黑暗骑士），而酿

都是大热影片。

乔纳森（色的朋友叫他乔纳）虽然对科学知识的了解非常少，但他聪明，言有好奇心，又很好学。他花了几个月时间啃书本，以便了解关于〈星际穿越）的所有科学知识。同时，他还提出了很多尖锐的问题。他为我们的电影提出了许多重大、新奇的想法，我们欣然接受。

与乔纳一起工作是一件让人愉快的事情。很多个中午，他和我在加州理工学院的教工俱乐部中一起开动脑筋讨论关于影片的科学问题，通常一聊就是两三个小时：乔纳总是带着很多新主意和问题来与我共进午餐。有些问题我可能当场就能回答这在学上是可能的，但那个不行…”但我的回答有时也是否定的。此时，秀会敦促我多想想：“为什么？如果那样将会如何？”但是我反应比较慢，有时就算到了该睡觉时也没有理出个头绪来。但在半夜，当人的本能反应被抑制时，我通常能找到一些方法使他想要的东西成立，或者找到一种替代方法达到他的最终目的。慢慢地，我开始变得善于在半睡半醒的时候进行创造性思考。

第二天一早，我通常会整理半夜写下的那些不太清楚的笔记，“破译”它们，并将之写到发给乔纳的邮件里。他可能会给我打电话、发电子邮件或者再约一次午餐，这样我们便能整合思路。通过这种方式，当我们探讨到引力异常（gravitational anomalies）①以及如何利用它使人类飞离地球的时候，我恰好在当前知识领域的认知范围内发现了一些方法，让这些异常现象在科学上成为可能。

在关键时刻，我们常常把琳达拉进来。她非常善于批判我们的想法，然后引领我们转向新的方向。

黑洞阴影及其火环

火壳（见第5章）在产生卡冈都亚的阴影和围绕阴影的细细火环时起到了关键作用。在图72中，火壳是卡冈都亚周围的紫色区域。暂时被困住的光子轨道（光线）就分布在这一区域，例如展示在图7-2右上角小图中的轨道（可以参见图54和图5-56

现在，假设你处在图7-2的黄点上。白色的光线A和B与其他类似的光线带给了你火环的图像，而黑色的光线A和B带给了你阴影边缘的图像。举例来说，白色的光线A起源于远离卡冈都亚的某颗恒星，它向卡冈都亚传播，暂时被困在火壳位于黑洞赤道面轨道的内边缘上。在这条轨道上，它被回旋的空间引导着绕了一圈又一圈，最终逃出来进入你的眼睛。……

书籍介绍

没看过这本书，别说你懂《星际穿越》！天体物理学巨擘基普·索恩写给所有人的天文学通识读本，媲美霍金《时间简史》的又一里程碑式著作！好莱坞顶级导演克里斯托弗•诺兰、欧阳自远等3大院士、李淼、魏坤琳（Dr.魏）等5大顶尖科学家、《三体》作者刘慈欣联袂推荐！

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为什么黑洞会吞噬一切，甚至连光都不能幸免？

为什么虫洞不是一个洞，而是一个球？

又是什么神奇的力量，让米勒星球上的一小时等于地上七年？

最简明清晰的时间与空间理论入门读本。基普·索恩教授，电影《星际穿越》的唯一科学指导，以浅显易懂的语言一一破解了宇宙中的让人瞠目结舌的奇景——大爆炸、黑洞、时空弯曲、潮汐力、虫洞、引力弹弓、星际旅行等，解释了所有推动剧情的天体物理学理论，还就内容的真实性将书中的科学知识分为三种：科学事实、有根据的推测和猜想，并做了明确的标注，以帮助我们解开所有剧情设计与时空旅行之谜！

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