电影《星际穿越》里的库珀为何能向过去的自己传递信息？

作为一部邀请了广义相对论权威基普·索恩作为科学顾问的硬科幻电影，《星际穿越》的情节设计中对科学性的要求是非常高的，基普·索恩在合作之初就定下了一个基本原则：剧情设计不能违背已经确定的物理定律；脑洞部分也要基于实际的科学理论。这两点原则基本被严格地执行了。

即使如此，很多人看完电影还是有种感觉，就是电影里全是BUG，各种违背科学理论。我在6年前第一次在电影院看这部电影的时候就是这种感觉，但其实这是由于我们对电影里的科学理论背景不了解导致的。事实上基普·索恩早就预想到这种情况，因此在电影还没上映之前，他已经写好了一本同名的科普书来解释电影里的科学问题，大部分人看完电影后关于科学方面的大部分疑问都能通过阅读这本书得到解答。

当然，如果你手头有这本书你就完全没必要看我这篇文章了……所以，下面我就当你没看过书，来简单解释一下这个问题：男主角库珀在五维空间里看到了过去的自己算不算悖论？在解释这个问题时我们必须了解一下电影里库珀掉进去的那个能看见过去自己的空间。

四维超空间

库珀掉进去的是一个超空间，一般会被称为超立方体空间（超体空间），但其实它跟一般的超体空间是有点区别的，因为它的第四个维度是时间而非普通的空间，如果是真正的超立方体的四维空间，库珀是看不到的，因为他的观察能力无法脱离三维空间。

在电影中，由五维时空中的超体文明构建的这个四维超空间里（他们是在真正的四维空间里构建这个四维超立方体空间的，但是库珀只能看见三维的部分，电影里呈现的也只有三维的部分），时间像空间一样在库珀面前展开，他能像平常我们在空间里自由移动一样，在不同的时间里自由移动。但由于前面说的基普·索恩设定的基本原则，库珀是无法移动到自己的未来的，因此他在超空间里是找不到未来人类脱离地球后的太空城部分。当然，这样的设定会很怪，因此电影其实很巧妙地避免了这种尴尬，就是这个超空间只连接了女儿墨菲的书房，因此库珀在超空间里只能看到发生在书房里的历史，而在他回到正常时空时，就再没有人回到那个书房了，因为那时那个书房已经不存在了……因此自然他是不可能在那个超空间里找到那个书房未来的时间段。

因果循环

所以库珀在超空间里只看到了过去的自己，像看录像一样，这本身并不会产生悖论。但问题是库珀向过去的自己发送了信息……这就很尴尬了，因为这就会产生因果循环了……

试想一下这种情形：库珀向过去的自己发送了下一期的彩票号码，但那一期实际上是没人中的，那么过去的库珀是买彩票好还是不买好？如果他去买了，会不会中？……是不是想想都头疼……

但在超空间里的库珀似乎并没有改变历史，他在超空间里向过去发送的所有信息，都是过去的他和他女儿墨菲接收过的，也就是未来的他使自己的历史得以发生了……是不是觉得怪怪的？这不就因果循环了吗？……未来的库珀向过去的自己发送了NASA基地的坐标，让自己能找到NASA基地并最终实行星际穿越到达遥远的黑洞，并进入黑洞向过去的自己发送了NASA基地的坐标……这里面究竟哪一个是因？哪一个是果？

穿越时空的引力

至此我们发现，时间悖论终归产生了。而它产生的原因就在于库珀向过去传送了信息！那么为什么库珀能向过去传送信息？这不违背已经确定的物理定律吗？其实这里已经不属于已知科学部分，而是属于脑洞部分了，索恩对脑洞部分的要求就是基于实际的科学理论。在实际的科学理论里，自然界的四种基本力里有三种都被锁死在三维空间里，只有引力能穿透到高维空间，因此引力就成为三维空间与高维空间之间沟通的唯一桥梁。而在电影的科学设定里，引力能穿透的还包括了时间维度，这就是电影里引力跨越时间传递信息的理论基础。

成全历史，完成高维文明拯救计划

在电影中，库珀在高维文明建造的包含时间的四维超空间里，由于他可以在四维超空间的第四维度里自由移动，（注意：这个超空间只连接了墨菲的书房，这很重要！）因此他能移动到自己的过去，但他无法进入自己过去的空间，因此这本身不违背已有物理定律，然后他通过引力把信息传递给过去的墨菲和自己。注意，一开始他还没明白的时候，已经通过引力使过去的世界接收到一些信息了，比如掉落的书、和叫自己“留下”。

这些刚好是过去已经发生过的，因此，他并没有改变过去，而是让过去发生了。而当他明白了高维文明的真正拯救计划以后，他又向过去发送了NASA秘密基地的坐标，再次成全了过去。（图5）

在成全了历史以后，最后库珀通过引力成功发送了由同样落入黑洞的AI塔斯记录到的奇点附近的量子引力信息，完成了高维文明安排的拯救计划。

写在最后——无解的因果循环

在整个故事里，没有真实的回到过去，没有改变历史，因此，索恩所设定的原则并没有违背，唯一的槽点就是里面的因果循环……这……无解……

在电影中，有我为时空的超体文明构建的这个是伪钞空间里，他们是在真正的思维空间里，构建这个是为朝丽坊体空间的，但是库柏只能看见三位的部分电影里呈现的也只有三位的部分时间相空间一样在库柏面前展开，他能像平时我们在空间自由移动一样，在不同的时间你来自由移动，因此库柏在超空间只能看到发生在书房里的历史，他只看到了过去的自己在看录像一样。其实这里已经不属于科学部分二是属于脑洞部分了，这就是电影里引力跨越时间传递的理论基础。

在剧中，引力穿透了时间维度（这没有违反科学），因而库珀能向过去的自己传递信息。

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