前 言
科学，美丽而迷人

在幼年和少年时代，我就梦想成为科学家。这源于我所读的一些书：艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov）、罗伯特·海因莱因（Robert Heinlein）等人的科幻小说以及阿西莫夫和物理学家乔治·伽莫夫（George Gamow）的科普读物。一直以来的索取让我觉得亏欠他们太多，而作为回报，我想将他们的理念传递给下一代，以激发青年人甚至成年人对科学的兴趣，引领他们进入真正的科学世界，并为非科学人士解释科学是如何运作的，解释科学为我们每一个个体、我们的文明以及全人类所带来的巨大力量。

从这个角度讲，克里斯托弗·诺兰的电影《星际穿越》是一个理想的媒介。我非常幸运地从创意阶段就能够参与这部电影的制作，我主要是帮助诺兰等人把科学元素改编成电影素材。

在《星际穿越》这部电影中，很多科学内容尚处于人类认知的最前沿，有的甚至超出了我们现阶段的理解能力。这给影片增加了许多神秘感，也让我有机会解释一下科学事实、有根据的推测和猜想之间的差别，并且阐释科学家是如何从推理中获得最初的灵感，如何将它们证伪或转变成有意义的猜想甚至是坚定不移的科学理论的。

我是从两方面着手的。一方面，对于电影中的一些现象，我会说明我们已有的知识（像黑洞、虫洞、奇点、第五维度等），解释我们是如何学到这些既有知识的，以及我们打算如何去探索未知的内容。另一方面，我会从科学家的角度阐述自己如何看待这部电影，就像一位艺术评论家或者艺术鉴赏者去品评毕加索的画作一样。

我的解读往往出于我对电影之后科学世界的想象：黑洞卡冈都亚的物理现象，它的奇点、视界（horizon）和视觉外观（visual appearance）；卡冈都亚的潮汐力（tidal gravity）是如何在米勒星球上引发高约1219米的巨浪的；超立方体，这一具有四个空间维度的物体是如何通过五维的超体来运送三维的库珀的……

有时候，我解读的并不是电影故事的一部分，而只是基于电影的推测。例如，我猜测布兰德教授早在电影中的故事开始之前，就已经通过引力波探测到了虫洞。而这一引力波可能来自黑洞卡冈都亚附近的一颗中子星，然后通过虫洞传播到了地球上。

当然，这些解释我仍予以保留，尽管它们并没有取得诺兰的支持，但就像艺术评论家的观点并不一定会得到毕加索的认可一样，它们只是我用来描述一些精彩的科学现象的工具。

书中的一些部分可能会比较难懂，但那是科学的真实面貌。它需要你进行思考，有时候甚至需要深入的思考，但是思考是有回报的。你可以选择跳过这些段落，或是试图理解它们。如果你在努力之后却没有收获，那全是我的错，不是你的问题，我为此感到抱歉。

我希望至少有一次，你会在夜深人静、半睡半醒时，仍然思考我书中所写到的内容。其实，诺兰在完善剧本时问过我的一些问题也常常让我琢磨至深夜。并且，我更希望至少有一次，你能在夜半挠头苦思时，感受到那种灵光一现的快乐。这是我在思考诺兰所提出的问题时所时常经历的。

我由衷地感谢克里斯托弗·诺兰、乔纳森·诺兰、埃玛·托马斯、琳达·奥布斯特和史蒂文·斯皮尔伯格把我带入了好莱坞，并给予了我如此美好的机会来实现梦想，给下一代传递这样的信息：科学美丽而迷人，蕴含着巨大的力量。