知名電影《星際效應》上映已 11 年餘，電影除了用獨特的角度闡釋愛與親情的意義，電影充斥了蟲洞、黑洞等天文概念，更像是給物理學的一封情書，本文將解析《星際效應〉中多達 8 個科學概念，幫助觀眾更了解影中奧秘。
蟲洞是一種時空傳送門
電影中，蟲洞存在於土星附近，據悉是一群「未來人」將其放置該處，目的是要讓其餘人類可以藉由該洞自由穿梭到另一個星系，尋找適合居住的星球。
而電影中根據「蟲洞」的理論是以二維的角度為出發點：若要在一張白紙上連結 A 點與 B 點，最快的方式並非將兩點用線連接，而是把紙對折，將 A 點和 B 點重合在一起，並用筆刺穿，而筆產生的路徑就是「蟲洞」。
廣義相對論奠定了「蟲洞」理論，蟲洞是一條存在於星系中的時空隧道。
究竟「蟲洞」在現實中是否真實存在？根據愛因斯坦的廣義相對論，證實時空是可以被彎曲的，所以蟲洞的確有可能存在於宇宙中，只是其可能存在「不穩定性」與「高輻射」的風險因子，並不見得會像電影中，庫柏一行人穿梭得如此順利。
黑洞是引力推進器，促使時空膨脹
《星際效應》的黑洞「巨人」是一個超大質量、引力極強的天體，可以想像其為宇宙的深淵，萬物皆只出不進，就連光線也會被黑洞吸附。
而黑洞是如何生成？與源自於宇宙間的恆星，質量較大的恆星一生都會進行「核融合」產生向外壓力，與內部的引力達成平衡，而當動力用盡，引力大於外在壓力後，就會由內而外產生爆炸，形成「黑洞」。
《星際效應》根據物理學家的建議生成黑洞的示意形象，黑洞是個引力極大的球體，可以吸附萬物。
黑洞具有強大的引力，可以吸附萬物，但其並非真的是一個洞，而是一個巨大的球體。黑洞引力極強，根據愛因斯坦的廣義相對論，黑洞對於時間和空間的拉扯是非常劇烈的，因此身處其附近時，會產生時間膨脹。
黑洞的羅氏極限
電影《星際效應》刻劃了對於黑洞樣貌的想像，而在電影上映五年後，直至 2019 年科學家拍攝的真實黑洞照片問世，也才證實了黑洞的外型與電影裡的樣態十分符合。
2019 年科學家成功拍攝黑洞的照片。Credit: Event Horizon Telescope Collaboration
黑洞是源自於質量大的恆星爆發後，恆星內部的引力造就可以吸附萬物的黑洞。當有一個較小的天體過於靠近黑洞，黑洞產生的引力會將小天體撕開。因此，天體需和黑洞保持一定的距離，以免被其撕毀崩壞，而這個距離則稱為羅氏極限。
黑洞外圍的光源稱為吸積盤
當恆星或行星因為跨越羅氏極限，而被黑洞的潮汐力扯碎時，恆星並不會立刻被黑洞吸入，而是會沿著黑洞外圍高速旋轉。
這些恆星碎屑彼此以光速在黑洞外圍旋轉，彼此摩擦碰撞產生高能的光和熱，隨即形成「吸積盤」。
按照原先的黑洞理論，庫柏一行人極難如電影般順利進入黑洞。
而在電影裡，為何庫柏一行人可以透過飛行船進入黑洞而不會灰飛煙滅？主要是因為電影中黑洞「巨人」被定義成型態甚大、潮汐力甚小的巨無霸，飛行船在跨越邊界時，頭尾受到的引力差極小。
主要也和跳入時機有關，庫柏一行人若跳入的時機正好是吸積盤較為微弱的區塊，加上飛行船原先的耐高溫材質，庫柏一行人的確有可能安然無恙地越過黑洞，感受到黑洞內部的深沉寧靜。
時空是可以扭曲的，形成時間膨脹
延續黑洞理論，因為黑洞可以扭曲時間與空間，引力越強的地方，時間走得越慢，這也說明為何庫柏能遇見年邁的女兒，他們的時間速度本就不同，庫柏的一小時，對地球上的墨菲來說已走了 23 年。
時間膨脹可以壓縮時間，卻不能回到過去。只要你跑得夠快（光速），或是離黑洞夠近，你就能用自己生命中的一年，去換取地球上的一百年。
根據愛因斯坦的廣義相對論，距離黑洞越近，時間過得越慢。
第五維度成「上帝視角」洞悉未來
電影的後半段因未來的超人類概念出現，而產生了五維的概念。庫柏在第五空間和女兒墨菲產生連結，透過合作無間的默契奧妙地解開複雜的公式，成功實現計劃 A，而究竟第五維度是源自於何？
以物理學而言，我們生活的空間是第三維度（立體），第四維度則是加入了時間的概念，而到了第五維度，則是可以用超人類的視角，可以快速存取其他維度從一而終的歷史樣貌。
庫柏透過第五維度觸及女兒墨菲，兩人齊心協力解決難關。
就好比第三維度像是一座迷宮，到了第五維度則是看著迷宮的上帝視角，可以快速得知一個空間在不同時間下的變化以及結果。
而這個概念也足以說明為何庫柏明明看似距離墨菲那麼近，卻無法直接用言語與其溝通，因為他與女兒墨菲並不在能同一個維度空間。
庫柏透過引力波操控手錶指針，讓墨菲感受到他的訊號。
透過「引力波」跨維度溝通
想必觀眾相當好奇，《星際效應》電影劇情尾聲，庫柏如何從第五維度操控手錶指針，讓墨菲感知到訊號？事實上這點源自於「引力波」理念。
說到引力波的歷史，早在 1916 年愛因斯坦就預測了引力波的存在，直至2015 年 ( 電影《星際效應》上映一年後 )，世人才真的偵測到它的存在。
回到愛因斯坦的理論，他認為時空像是一張具有彈性的床墊，而物質、能量皆可向外傳遞，影響時間與空間產生扭曲，而這股扭曲則會向外傳遞，形成「引力波」。
身處在第五維度的庫柏，嘗試透過引力波傳遞訊息給墨菲。
因此，當庫柏身處第五維度時，無論他如何叫喊，墨菲都聽不到，是因為兩人身處不同維度，聲波並沒有相連的介質可以觸及到第三維度的墨菲。
反而庫柏透過第五維度產生引力波，影響墨菲手錶指針的轉動，並結合父女倆曾經一同運用的摩斯密碼，才促使墨菲能意會到父親的訊息，順利形成溝通。
引力公式是解救全人類的關鍵
細看《星際效應》可知布蘭德教授在黑板上留下的物理公式，即是解救全人類的關鍵。而現實中，這套公式是由導演諾蘭合作的知名物理學家基普打造，真實具有物理意義的公式。
墨菲長大後成為物理學家，著手研究布蘭德教授的引力公式。
在故事內，布蘭德教授列出了引力公式，並推行解開公式後，可以帶著全人類逃跑的 A 計劃，以及放棄地球人類，選擇外星殖民的 B 計劃，而理想中的 A 計劃若要能順利推行，需要有人親自進入黑洞，獲得黑洞內的關鍵數據並傳回第三維度的地球，才有機會解題。
看似不可能的極限任務，最後由身處在第五維度的庫柏利用引力波傳達訊息觸及墨菲，兩人透過長久累積的親情與默契讀懂彼此，順利合力解開公式奧秘，成功實現 A 計劃，使人民不再被引力控制，成為駕馭引力的文明人類。
庫柏與成年後的墨菲透過父女間的愛與默契，合力解開引力公式，拯救全人類。
豐富的科幻知識及天文背景，加上人類彼此間跨越維度的偉大情感，《星際效應》將其溫柔地包裹著，並向外綻放光芒。猶如庫柏和墨菲告訴觀眾的「愛是能跨越時間和空間的事物」。
