翻了两页……这本书带我驶向群星，探索生命的答案

当诺兰告诉我他所需要的米勒星球上的时间变慢程度——星球上的1小时相当于地球上的7年时，我感到很震惊。我告诉诺兰，这不可能。“这没得商量。”诺兰坚持。于是，不是第一次也不是最后一次，我回到家里，整夜都在思考这个问题并用爱因斯坦的相对论物理定律方程进行推导，最终找到了办法。

我发现，如果米勒星球在不落入黑洞卡冈都亚的情况下尽可能地靠近它（请参见图16-2和第16章的相关内容），并且旋转得足够快，那么诺兰所需要的“天上一时，地上七年”是可能实现的。但是，卡冈都亚的自旋速度一定要极快。

黑洞有一个所能达到的最大自旋速率。如果超过这个转速，那么它的视界就会消失，对全宇宙敞开它的奇点。也就是说，它会有一个裸露的奇点，而这很有可能是被物理定律所禁止的（见第25章）。

我发现，要想达到诺兰希望的极端的时间变慢程度，黑洞必须几乎以最大自旋速率旋转：只可以比最大速率慢大约100万亿分之一秒[4]。在多数情况下，我对电影《星际穿越》的科学解释就将基于这个自旋速率。

当塔斯落入卡冈都亚时（见图5-2），“永恒”号的船员可以直接从很远处观察并测量黑洞的自旋速率。[5]从远处看，塔斯一直没有穿过视界（因为他穿过视界之后发出的信号无法离开黑洞）。取而代之的是，塔斯越落越慢，最后看上去正好悬停在视界上。从远处看，当塔斯悬停时，卡冈都亚的回旋空间带动着他绕着黑洞一圈圈转动。如果考虑到卡冈都亚的自旋速率很接近其最大速率，那么从远处观察，塔斯回旋的轨道周期将大约是1个小时。
 

图5-2 从远处看，塔斯落入卡冈都亚时被带着环绕黑洞旋转，每小时围绕黑洞10亿千米的边界转一周
你可以推导一下，绕卡冈都亚转动一圈的轨道长度大约是10亿千米，而塔斯用1个小时就可以转一圈。从远处看，它的速度大约是10亿千米每小时——几乎达到了光速！如果卡冈都亚的自旋速率超过最大自旋速率，那么塔斯的绕转速度将超过光速，这违反了爱因斯坦的相对论物理定律中的速度极限。以上探索性的推导，可以帮助你理解为什么任何黑洞都会有一个最大自旋速率。

1975年，我发现自然界可以通过一种机制来阻止黑洞转得比最大自旋速率更快：

当黑洞吞噬轨道方向与它的自旋方向相同的物体时，自旋会加快，但当黑洞自旋接近最大速率时，这些物体则难以被黑洞捕获。

相反地，此时轨道方向与黑洞自旋方向相反的物体却容易被黑洞捕获，而吞噬这些物体则会令黑洞的自旋减速。因此，当黑洞接近最大自旋速率时，它的自旋速率反而很容易降低。

在这项工作中，我重点研究了轨道方向与黑洞自旋方向相同的气体盘。这种气体盘有点儿像土星环，被称作“吸积盘”[6]（见第8章）。吸积盘中气体间的摩擦逐渐使气体旋转着落入黑洞，从而加速了黑洞的自旋。摩擦也会加热气体，令其辐射光子。黑洞周围回旋的空间会抓住那些前进方向与黑洞自旋方向相同的光子，再将其抛出，这些光子最终无法进入黑洞。相反地，如果回旋的空间抓住前进方向与黑洞自旋方向相反的光子，却会将其吸入黑洞，从而降低黑洞的自旋速率。最终，黑洞的自旋速率会达到最高自旋速率的0.998倍。这时，平衡会建立起来，黑洞捕获光子降低的自旋速率精确地抵消了其吸积气体增加的自旋速率。在一定程度上看来，这种平衡还是稳定的。在大多数天体物理环境中，我预计黑洞自旋将无法超过0.998倍的最大自旋速率。

 
但我也能想象在某些情况下（虽然非常稀少，甚至可能在真实宇宙中并不存在），黑洞的自旋速率会更加接近于最大自旋速率，甚至可以达到诺兰所要求的米勒星球上时间变慢的程度——只低于最大自旋速率100万亿分之一。这种可能性很小，但并不是零。

这在电影行业中很常见。为了制作伟大、完美的电影，制作者往往会将想象推至极限。在奇幻电影，比如《哈利·波特》中，这种极限远远超过了科学上的可能边界。而在科幻电影中，剧情仍有科学上的可能性。这是奇幻电影和科幻电影最主要的区别。《星际穿越》是一部科幻电影，而不是奇幻电影。黑洞卡冈都亚的超快自旋速率存在着科学上的可能性。

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