大家还记得电影中米勒星球上的巨浪吧？

插图：电影中展示的米勒星球上的巨浪

你也许会将其与地球上的潮起潮落进行类比，产生的原理一样吗？为什么电影中的浪那么高，比地球上见到的夸张许多？

按照索恩所著书籍《TheScience of Interstellar》中的解释，巨浪的产生机制有两种可能：第一种类似于地球上的海潮产生的原因——潮汐引力；第二种类似于造成海啸的原因——同样也是潮汐引力。

再细讲这两种可能之前，文文还是以我们的地球潮起潮落为例，说说潮汐引力。假设由于地球的引力，地球表面分布着一层水，水会受到地球旁边的月球的引力作用。如左图，从常规视角看问题，按照牛顿的万有引力定律，引力的大小与两者之间的距离平方成反比，所以可以预知，靠近月球的地球那一端所受引力比远离月球的那一端所受引力大；地球上各个地方所受月球的引力的方向是指向月球。那么站在地球的角度看，地球上各处水所受的引力是怎样的呢？

是不是将各处所受的力的平均效果呢？不是。地球上各处水所受的引力是，将左图上显示的力减去这些力的平均效果之后的引力，就像右图看到的。你会发现，靠近和远离地球的水被向远处拉伸，效果对应的便是我们看到的大潮；而另外两个方向的水被向中心挤压，效果对应的便是我们看到的小潮。月球每24小时围绕地球旋转一圈，所以你将会在每24小时内，在同一个地方看到两次大潮和两次小潮。明白了吗？

对于电影中的米勒星球，它受到了来自于黑洞卡冈图亚的引力。同样由于米勒星球表面的不同位置所受的引力大小不同，产生了潮。你也许会问，黑洞的引力不会把米勒星球给撕碎吗？

这是个很好的问题。还是用最简单的解释，由于电影设定的这颗黑洞——卡冈图亚很大，质量大约是10亿个太阳质量，黑洞的视界半径主要由其质量决定，巨大的黑洞质量表明了其视界半径很大。对于位于距离黑洞不远（肯定在视界半径之外）的米勒星球，它的尺寸大小相对于视界半径是微乎其微。而刚刚又提到，万有引力的大小与两者之间的距离平方成反比。试想，如果黑洞的视界半径是R=10亿千米，而米勒星球的半径大约是r=几千米，那么米勒星球靠近黑洞端所受引力大小是GM（黑洞）*m(米勒星球)/(R-r)^2，远离黑洞端所受引力大小是GM(黑洞) * m(米勒星球)/(R r)^2，如果R=10亿千米比r=几千米大很多，那么(R r)和（R-r）几乎相同，那么引力大小几乎也没有差别，也就是潮汐引力比较弱，不足以撕碎米勒星球。[注：最适宜描述黑洞附近的潮汐力效果的物理方式是广义相对论。但为了更直观地定性告诉大家，米勒星球不会被撕碎的物理可能，文文这里还是使用了“万能”直观的牛顿万有引力定律。]

插图：月球对地球的潮汐引力。插图源于《The Science of Interstellar》

但另一方面，由于M(黑洞)很大，所以在这个距离上，黑洞的潮汐力仍然强到会对星球产生“潮汐锁定”——潮汐力会把星球本身拉长成椭球，对星球的自转产生力矩：这个力矩会把星球的自转角动量转化成公转角动量，我们看到的结果就是星球会远离黑洞一小点，但自转会几乎停下来。

但自转并非完全停止，即使是月亮，虽然总是一面朝向地球，但依然会有一些摆动；类似的效应作用在我们的星球米勒上，带来的就是周期大约1小时（来自基普·索恩在书里的估算）滔天巨浪。

另外，即使是地球本身也会在月球潮汐力的作用下发生形变，我们称为固体潮，最大形变幅度可以达到几十厘米。

这点形变在米勒星球上会被放大很多倍：大规模的地壳运动意味着强烈的海底地震，随之而来的就是更加可怕的海啸。

在地球上都能达到10米级高度的海啸放到地壳运动更加剧烈、又有黑洞强大潮汐力协助的米勒星球上，“海水高山”也不再只是导演的想象了。

[写于2015年5月4日]