因为引力波被探测到，著名物理学家基普·索恩（Kip Thorne）再次成为新闻人物，他是这次发现的重要参与机构激光干涉引力波天文台（LIGO）的发起人之一。他也是克里斯托弗·诺兰的科幻电影《星际穿越》的科学顾问。
基普·索恩（Kip Thorne）
关于《星际穿越》这部电影的天文学知识部分，今天推送的头条会有比较多的解释，不过这部电影还涉及到了相当多其他领域的科学知识，比如生物学、海洋学、气象学等等。
诺兰与基普·索恩
为此，基普·索恩写了一本畅销书《星际穿越》来解释这部影片中的所有科学设定，本书有中文版，由浙江人民出版社出版。
我下面就来介绍这部书中如何毁灭地球的理论设想。
2007年，编剧乔纳森·诺兰、制片人Lynda Obst以及Kip Thorne一起在为故事的环境设定伤脑筋。怎么样让人类文明处于明显的衰退中，但看上去在许多方面还能维持正常的运作？枯萎病害死所有可供食用的庄稼，这科学吗？
乔纳森·诺兰、Kip Thorne、Lynda Obst
Thorne首先承认了自己并非生物和环境方面的专家，所以他求助于自己在加州理工学院的同事。2008年的一天，上述三人邀请了四位生物和农业专业的教授，其中包括一名诺贝尔奖得主，一起吃了顿饭，集思广益。
剧本最后的设定很大程度上是基于那次餐会的讨论。那么他们聊了些什么呢？下面是大致内容。
乔纳森·诺兰先介绍了自己构思中的地球：北美人口缩减十倍以上，其他大陆情况差不多。人类退回到农业社会，为温饱而奋斗。但那又不是一个反乌托邦的世界，生活还是能够忍受的，某些方面也能让人感到幸福。很少的娱乐设施还在继续运转，比如棒球比赛。但人类失去了向前发展的希望，只求活下去。枯萎病从一种庄稼蔓延到另一种庄稼，到库珀的孙子辈也许人类就将灭亡。
那到底什么样的灾难会达到这种效果呢？专家们提供了一些头脑风暴，这些事件在理论上有可能发生，但真正出现的概率并不高。专家一：今天大多数人都不用亲自种粮食了，而是依赖一个全球性的粮食种植和分配系统。可以设想这个系统因为某些生物或地球物理上的灾难崩溃了。在很小的尺度上，内华达山脉如果几年不降雪，洛杉矶就会失去饮用水，上千万人面临迁居，加州农业就会崩盘。可以把类似的灾难扩大很多倍，就是库珀所处的世界了。专家二：另一种可能。人类历史就是和各种病原体抗争的历史，我们有非常复杂的免疫系统去和病原体斗争。但是病原体也在演化，人类总是落后半步。所以某种情况下如果病原体演化得过于迅猛，人类来不及响应，就会出现灾难。专家三：比方说，如果艾滋进化成更容易传染而不限于性接触的方式，那就将是灾难。专家二：全球变暖造成冰盖融化，很有可能释放出从上一次冰河时期就潜伏的致命病原体。专家一：另一种情况：人们对二氧化碳排放升高造成的全球变暖感到恐慌，为了改变这种状况，于是在海洋里大量种植海藻，通过光合作用吸收二氧化碳，于是海洋里被排入大量的铁元素。但这可能造成副作用，某些释放毒气的海藻因此大量繁殖，毒死了鱼和植物。人类非常依赖海洋，如果海洋环境恶化，人类也会遭殃。这完全不可能吗？并非如此，科学家做过类似局部实验，的确培养出了一些前所未见的海藻，幸运的是它们无毒，但万一有毒呢？专家四：太阳紫外线可能让你说的海藻出现变异，然后产生新的病原体，灭掉所有海洋植物，再延伸到陆地上，杀死所有庄稼。专家三：面临灾难的时候，我们唯一的希望是科技的进步。但如果政治原因导致科学研究得不到资金投入，否认进化论之类的反科学思想流行的话，科研陷入瘫痪，也可能使得我们没有好的办法去处理危机。专家三：如果你们想找什么东西来灭掉人类的话，攻击农作物的枯萎病最合适了。我们是可以吃动物，但动物吃植物啊。专家四：枯萎病只需要干掉禾本科植物就行了，这是农业的根基：大米、玉米、大麦、高粱、小麦。事实上这个世界上50%的庄稼已经被病原体干掉了，在非洲这个比例更高。各种细菌、真菌、病毒……美国东海岸以前都是栗树，现在全没了，都被枯萎病搞死了。大部分人十八世纪吃的那种香蕉今天也没有了，枯萎病是元凶。今天作为替代的一种香蕉品种，其实也正面临枯萎病的威胁。Kip Thorne：我原以为枯萎病只是针对某种特定的植物，不会扩散。专家一：也有普遍的枯萎病。但专门型和普遍型有个区别，专门型危害非常大，可以把一种作物99%都杀死，而普遍型攻击面虽广，但危害程度就低一点。Lynda Obst：是否有一种普遍型的枯萎病，又变得非常厉害呢？专家四：这也是发生过的。地球早期历史上，当蓝藻刚开始制造氧气时，它极大地改变了地球的大气成分，于是杀死了当时地球上大多数生物。专家一：不过蓝藻生成的氧气作为致命的副产物，并不是一种普遍的病原体呀？专家三：我们可能没见过，但我可以想象有某种很致命的专门型枯萎病，演变成致命的普遍型。只要有昆虫的帮助，它可以在物种之间传播。比如说，有种日本甲虫，靠吃几百种植物维生，它们可以把病原体四处传染，病原体也会演化适应，攻击更多的物种。专家四：我可以设想某种致命的普遍型枯萎病：一种攻击叶绿体的病原体。所有植物都有叶绿体，没有叶绿体植物就会死。假设某些海洋里的病原体可以攻击叶绿体，那么就可以灭掉所有海藻和海洋植物，然后登陆，再灭掉所有陆地植物。这是有可能的。我觉得没法防止这种灾难。但这可能性不大，不太可能真实发生，只是可以把它作为库珀世界的一个设定。这个怎么花样杀死人类的餐会开到这里就结束了，Kip Thorne最后总结说，《星际穿越》的主要灾难是一种普遍型的枯萎病袭击了整个地球。但此外还有另一件可怕的事：地球上的氧气越来越少。Brand教授在电影中有这么一番话：「地球上的空气80%是氮气，我们不呼吸氮气，但枯萎病会。随着枯萎病的蔓延，氧气会越来越少。最后饿着的人将会是最先被憋死的人。」
这在科学上是否有足够根据呢？Kip Thorne继续拜访了几位加州理工学院的专家，得到如下的结论。假设某种破坏叶绿素的病原体真的出现，光合作用就随着植物的死亡慢慢停止。不再有氧气生成，但人们对它的消耗却不会停止，最终二氧化碳越来越多，氧气越来越少。这个毁灭的过程会在三十年内结束，氧气会被用掉1%。所以库珀的后代似乎还是有足够的氧气供呼吸，当然前提是他们还有东西吃的话。但是，那1%的氧气将会转化成二氧化碳，这意味着大气中有0.2%的二氧化碳，这足够让敏感的人呼吸不畅了，更可怕的是，因为温室效应，这足以令地球平均温度升高10摄氏度，几乎没人受得了这个！如果要让每个人都呼吸不畅并昏昏欲睡，需要有更多十倍的氧气转化为二氧化碳；如果要让每个人都死于二氧化碳中毒，还得在这基础上再乘五倍。换句话说，一半的氧气转化成二氧化碳，才会让所有人中毒而死。Thorne说他还没有为此找到一个合适的设定方案。
所以Brand教授错了吗？有可能。Brand教授正确的前提，是地球物理学家对海底的认识有严重错误。地球物理学家估计海底有机物数量是陆地上的二十分之一，如果这个数字错了，如果海底有机物是比陆地上多五十倍呢？而且如果它们刚好被从海底翻到海面，那二氧化碳的生成速度就会大大提高。原理是这样的：每隔几千年，海洋就会被翻转一遍，表面的水沉下去，海底的水浮上来，所以有可能刚好在库珀的那个时代，海底的水浮上来，携带了那些有机物。突然暴露在空气中，那些有机物会迅速腐烂，将氧气转化为二氧化碳。
当然这种情况是基于两种不太靠谱的假说：1、海底有机物有那么多；2、刚好剧烈的海水运动将它们带到洋面。最后是Kip Thorne的结论：
不管怎么说，《星际穿越》中的地球就是要死了就是要死了就是要死了，人类必须找个新家！
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