在电影《星际穿越》中，为了拯救人类，主人公库珀一行人驾驶宇宙飞船穿过虫洞前往银河系之外执行任务。最终库珀回到地球之后，她的女儿已为百岁老人，而他还是年轻时的样子。

上述剧情是有科学依据的，爱因斯坦的相对论表明，不同参照系中的时间流逝速率是不一样的。在低速观察者看来，高速运动的时钟走得慢，并且速度越快，时间越慢。

而在处于弱引力场中的观察者看来，强引力场中的时钟走得慢，并且引力场越强，时间越慢。这是两种不同的时间膨胀效应，在现实中都已经得到证实。在《星际穿越》中所表现出来的为后者，即引力时间膨胀效应。

库珀一行人穿过虫洞之后，先是去往了黑洞附近的米勒行星。由于这颗行星过于接近黑洞，导致其时间流逝速率极慢。在米勒行星上过一个小时，相当于在地球上过了七年。

虽然库珀执行任务的总时间不过数年，但由于黑洞附近引力场很强，时间膨胀效应非常显著，使得库珀回到地球之后，地球上已经过了数十年。因此，他的女儿成了百岁老人，而他依然保持年轻。

如果未来人类能够乘坐飞船近距离飞近黑洞或者其他引力场的天体，当这些太空旅行者回到地球之后，原先与他们同一时代的人都已老去，甚至早已去世。这相当于太空旅行者实现了前往未来地球的时间旅行。

此外，如果未来人类能够建造出超高速宇宙飞船，也能实现同样的效果。例如，太空旅行者乘坐速度达到光速86.6%的宇宙飞船，在太空中飞行一年，当他们回到地球时，地球上已经过去了两年。

如果宇宙飞船能够达到光速的99.995%，当他们在太空中飞行一年回到地球之后，地球上已经过去了一百年。通过这种方法，也能实现去往未来地球的时间旅行。

按照爱因斯坦相对论，影响时间膨胀原因有很多，速度，重力都会影响时间的膨胀。

1996年，英国国家物理实验室用铯原子钟从伦敦到华盛顿飞了一个来回，与留在实验室的铯原子钟比较，相差39.0±2纳秒。

就是说，你坐波音787在伦敦和华盛顿之间飞一个来回，能年轻39×0.000000001 =0. 000000039秒，如果你想年轻1秒，就要飞1÷0. 000000039 =25641026个来回。

2010年初，美籍华裔科学家詹姆斯?周钦文率他的团队完成了在地面上验证相对论的实验，他们研制出一种超精准原子钟。这种原子钟以单粒铝原子为基准，精确得令人发指——每37亿年误差不超过1秒，这是人类目前最精准的计时器。

两台铝原子钟，把其中一台平稳升高33厘米，升高后的钟比另一台快，每79年快900亿分之一秒。验证了广义相对论有关引力越大，时间越慢的理论。

人类走出银河系需要的速度和探索开放黑洞中子星的行为必然会改变当事人相对应的时间膨胀率，那就一定会出现星际迷航里面的情况。

这种问题估计科学家们也难以答复，科幻之间的事情说可以也行，说不可以也不能算错，就作为茶余饭后聊以解闷的话题吧……

若按相对论观点，《星际穿越》中，爸爸，不可能比女儿年轻。这样的好事，也不可能在人类身上发生。

因为，大家只知道欣喜相对论所说的运动时间变慢；却忽略了相对论所说的“相对性”。譬如，女儿在地球上，爸爸乘坐飞船穿越星际。女儿相对地球是静止的。爸爸相对地球是运动的。所以，从地球上，看运动爸爸是时间减慢的；然而，因为相对性。反过来说爸爸在飞船上，女儿乘坐地球穿越星际。爸爸相对飞船是静止的。女儿相对飞船是运动的。所以，从飞船上，看运动女儿是时间减慢的。那矛盾就来了。无论是爸爸乘坐飞船回到地球；不管是女儿乘坐地球回到飞船。其过程都是一样的。到底谁时间减慢的？相对论说不清楚。

因为，相对论的时空变化，并没有涉及到能量场的改变。当然，不算真正意义上的异常时空现象。

目前，人类没有这样的理论，更没有这样的技术，去克服能量场的极限能量差。虽然，美国费城实验中，通过改变能量场的极限能量，实现了时空变化。

基本不会出现，电影<星际穿越>中男主角库珀比女儿年轻，纯属于夸大作用，现实中不可能存在。

引力虽然会导致时间变慢，但是这种时钟变慢效应并不是很明显。即便是比地球大130万倍的太阳，其导致的钟慢效应也达不到1秒钟。所以，要想和<星际穿越>中库珀所在的米勒星球一样，达到和地球的时间比为1小时：7年。那这颗星球的引力少说也得有太阳的几亿倍。而我们的宇宙中最大的恒星也不过是太阳的265倍而已。比太阳大几亿倍的恒星早就因为自身引力成了黑洞了，即便变不成黑洞，如此巨大的引力人站在上面直接就被吸成肉饼了。

另外，库珀还进入了黑洞，黑洞里面时间貌似更慢。所以库珀被从黑洞中“抛”出来后，发现自己的女儿竟然比自己大了好几十岁。今日黑洞这种情节也就科幻电影里面可以演了，现实中谁要敢进黑洞，那会被黑洞分解的连渣都不剩的。黑洞周围巨大的引力，会导致一个人角和头受力不一样，从而直接被分解掉。

所以，从实际情况考虑，现实中不可能存在女儿比自己还老几十岁的情况。

你这么提问给人的感觉是不把《星际穿越》中的爸爸和女儿“当人类”？当然了我明白你的意思，这样的事理论上在现实生活中也可以实现，但是现在并不行。《星际穿越》作为一部硬科幻在剧中出现的黑洞、虫洞、时间膨胀等都是有理论支持的，诺贝尔奖获得者基普·索恩作为该剧的科学顾问，以下是他在为《星际穿越》写公式：

爱因斯坦的相对论提出后打破了牛顿绝对时空观的统治，虽然现在绝对时空观依旧深入人心。狭义相对论中的时间膨胀效应指得是物体的运动速度会影响自己的时间流逝速度，运动速度越快时间流逝速度越慢，无限接近于光速的时候时间接近于停止，爸爸的时间流逝接近于停止，女儿的时间正常流逝，自然会出现女儿的年龄大约父亲的情况。但是目前来说光速对于我们遥不可及，现在我们的速度不足以使时间出现明显的差异。

而广义相对论中的时间膨胀效应指得是，物体是时空发生弯曲，外在表现就是引力的大小，弯曲程度越大引力越大，时间流逝速度越慢。而《星际穿越》中就是因库伯一行人去到绕黑洞公转的行星上那里的1小时等于地球上的7年，并不是因为速度快，而是因为距离黑洞太近引力太大。所以说找个黑洞去附近待一段时间，如果能回到地球上就会出现题中的情况。

目前关于相对论的各种预言也全部都实现了，引力及速度对于时间流逝速度的影响也都实验验证过并且在导航卫星上也真实应用了。所以说基于相对论的时间膨胀效应是真实存在的，在现实生活中理论山可以出现像《星际穿越》中爸爸比女儿年轻的情况。

简单回单，感谢你们的关注与支持，祝好！图片来源网络侵删。

根据相对论，《星际穿越》中父亲变得比自己女儿更年轻的情况在现实中是会发生的，这并非虚构出来，因为影片中的这种情况就是基于相对论推导出来的。要知道，给《星际穿越》做科学顾问的是大名鼎鼎的广义相对论专家——基普·索恩，他因为对引力波的发现做出巨大的贡献而获得了去年的诺贝尔物理学奖。《星际穿越》的创意最初来自基普·索恩和他的朋友，所以影片的科学性毋庸置疑。

相对论表明，时间流逝速率在宇宙各处不是绝对一致的，而是与参照系的选择有关。有些参照系的时间流逝速率会远比地球上更慢，如果一位父亲在这样的参照系中待一段时间再回到地球上，那他将有可能会比身处地球上的女儿更年轻，因为他经历的时间相对变慢了。

有两种方式可以实现上述情况，一种是乘坐相对于地球以极高的速度或者加速度运动的宇宙飞船，还有一种就是《星际穿越》中的情况——去到引力场十分极端的空间中。

根据广义相对论，强引力场中的时间过得比弱引力场中的时间更慢，这就是引力时间膨胀效应。黑洞附近的引力远超地球附近，所以黑洞附近的时间流逝速率远慢于地球附近。

在《星际穿越》中，父亲去了一颗近距离环绕一个超大质量黑洞旋转的行星，那颗行星上的时间流逝速率相对于地球极其缓慢，地球上的七年才相当于那里的一小时。当父亲在那颗星球上活动了三个多小时之后，地球上早已过去二十多年。再加上父亲后来又驾驶宇宙飞船近距离靠近黑洞，他所经历的时间又再次相对于地球变慢很多。

因此，等到父亲回到地球上时，地球的时间上早已过去将近一百年，所以当年只有10岁的女儿已成百岁老人。而对于父亲来说，他从离开地球到回到太阳系的时间不过几年而已，所以他的女儿已经比他更老。尽管按照地球上的时间来计算，父亲早已经是一百多岁的高龄。

谢谢邀请。作为《星际穿越》中文版的领衔译者，我来给大家解释一下其中的原理。

首先，这里所涉及到的相对论是广义相对论，也就是因为时空弯曲而发生的时间变慢效应。与之相对的是狭义相对论，它是因为物体告诉运动而导致的时间变慢或者倍拉长的效应。在我们的生活当中，虽然我们没有直接地感触到这两种效应，但是很多时间我们都是在消无声息地利用它。比如说我们手机当中所使用的导航，就已经考虑了这两种效应，也就是时空弯曲考虑的时间差和卫星高速运动所导致的和地面之箭的时间差。尽管卫星所在的高度和地面之间，因为两种效应导致的时间差每天大约只有几十毫秒，但是因为需要乘以光速，所以为了达到所需的精确度，必须要考虑这个差别。

那么接下来让我们再来看一下《星际穿越》电影中，有没有可能最终发生父亲比女儿年前呢？这个完全是由可能的。电影中，父亲去了黑洞所在的地方，结果仅仅去了大约3个小时，结果母舰或者地球上已经过去了差不多20多年，这就是因为他们所去的地方在黑洞附近，时间流逝的非常慢，从而就相当于衰老的很慢。最后当父亲回到地球附近的时候，女儿已经是80多岁，在病床上奄奄一息，然而父亲却没有太多变化。

对于星际穿越电影，里面融合了很多物理的背景，比如说，黑洞，虫洞，超立方体，可以说是一部非常烧脑的硬科幻电影，非常值得推荐观看。

《星际穿越》是一部硬核科幻电影，其中包含的物理知识三天三夜也讲不完。

苏格爸作为一名物理工作者和科幻爱好者，这部电影看了不下10遍。

其中最让我感动、甚至泪奔的就是最后库柏回到人类在太空中的新家，最终和女儿墨菲见面的情景。

01

最让我感动的一幕

当年迈的墨菲见到年轻的爸爸时是什么感受？

当库柏看到自己将亡的女儿时又是什么感受？

没有哪个家长该看着自己的孩子死去

02

是否可以称为现实？

这种情况是被广义相对论允许的。

在狭义相对论刚出现的一段时间内，双生子悖论，成为爱因斯坦挺头疼的一个问题：

当一对孪生兄弟，一个坐上接近光速的飞船，到太空旅行一段时间；一个继续留在地球上。
最终，当飞船再次回到地球上时，两个兄弟是否还一样大？

这个问题之所以成为悖论，是由于运动是相对的，双方看对方的时间都是变慢了。

但是，后来爱因斯坦通过对引力问题的思考，提出了广义相对论，从而解决了这个问题。

根据广义相对论，加速度和引力其实是一种效果——你根本分不清自己是在被推着加速，还是在被引力吸引。

而加速产生的时间变慢（或者说引力产生的时间变慢）是绝对的。

乘坐时光飞船的那个人，离开时会加速和回来时会减速。

同样，在一个大的引力场旁边，时间也会变慢——比如，太阳表面的时间，就比我们地球上慢。

如果是更大质量的天体，产生更强的引力场，那么时间减慢的效应，会让爸爸比女儿小的事情在现实中发生！

很高兴回答这个问题，数据是最有力的证明，我们一起探讨一下。

很多初识相对论的人都知道，在爱因斯坦的狭义相对论中,指明了时间的相对性,即高速(接近光速)C运动的时钟要变慢,或称之为爱因斯坦延缓。也就是大家认为的：“在爸爸眼中，女儿的时间变慢；在女儿的眼中爸爸的时间变慢。因此这是矛盾的。”没错，在物理学中，这个疑问叫做“双生子佯谬”。

（图片和本文没关系，不要猜测是不是真的有人试验了。。现在宇宙飞船还达不到近光速……）

从相对论的观点来看，女儿、爸爸各自所观察的情况完全是对等的。如果宇宙飞船永远不再飞回来，那么就各自保留自己的认识吧！如果爸爸旅行一段时间后重返基地，结论将是明确的:爸爸时间变慢，女儿要衰老些（能不能比女儿年轻要看飞船速度、飞行时间等因素）。为了能够用狭义相对论的观点说明此间题，我们设想一个简单的情况。爸爸相对于女儿以恒速运动的往返时间较长（如几十年），而爸爸相对于女儿的变速过程时间较短（如变速过程的总和时间不超过一年），这样便可忽略变速过程所用的时间，而只考察往返的恒速过程。在此过程中，牵涉到了三个惯性系:女儿所在的发射基地为惯性系S；爸爸飞离女儿时为惯性系S’；爸爸返回时为惯性系S’’。

假定爸爸离去的恒速和飞回的恒速均为0.8C。女儿观察到爸爸离去时30年，回来时30年，共用60年，即女儿过了60年爸爸回来了。那么爸爸过了多少年呢?

下面作一下计算，在S系考察，爸爸在t0时刻离开女儿，t1时刻到达目的地（某星球），在t2时刻由某星球回到地球。则:△t1=t1-t0=30（年），△t2=t2-t1=30（年），△t=△t1+△t2=60（年），在这，△t1是去时所经历的时间，△t2是回归时经历的时间，△t是爸爸旅行共用的时间。而在s系中，爸爸离开时是t0’，到达目的地是t1’，经历的本征时间间隔是△t1’=t1’-t0’，在S’’系的时钟，爸爸到达目换地的时刻是t1”，回到地球的时刻是t2”，经历的本征时间间隔是△t2’’=t2’’-t1’’。由

这样看来爸爸只经历了△t1’+△t2”=36（年）

由此可看出爸爸相对于女儿高速运动，所以时间膨胀了，女儿过了60年，爸爸只过了36年，故爸爸要比女儿年轻一些。那么爸爸观察的结果是否和女儿得到相同的结论呢?答案是肯定的。

由于爸爸分别处于两个惯性系S’和S’’，处理起来较麻烦。现从S’’系考察:当宇宙飞船起飞的时刻为t0’’，此时地球和飞船都远在2L’’的地方，目的地则在中间某一个地方，从t0’’时刻起，地球和其他星体都以V’’=0.8C的速度向S’’系的坐标原点前进，而爸爸乘坐的飞船则以更快的速度u’’向它飞来（如图一）。按照洛仑兹速度变换公式得

式中u是S’相对于S系的速度，V是S’’相对于S系的速度，u’’是S’相对于S’’系的速度。到t1”时刻，飞船和目的地（某星球）同时到达S’’系的坐标原点，而女儿所在的地球仍在旅程之中（如图二）。从飞船起飞到此时间间隔为t1’’-t0’’=2L’’/u’’

而爸爸生活在S’系上，他所经历的本征时间间隔是：

在这同一期间，女儿生活在S系，他所经历的本征时间的间隔是:

式中V’’是S相对于S’’系的速度为0.8C。在t1’’时刻S’和’S’’系会合，爸爸从S’系转到S’’系上，即为宇宙飞船调转航向在参考系上的表示。在t2’’处时刻，女儿所在S系到达S’’系的坐标原点上，爸爸返回地球。在这后一阶段，爸爸生活在S’’系上，他所经历的时间是在S’’系上的时间间隔t2’’-t1’’。然而女儿生活在S系上，他在后一阶段经历的本征时间间隔是

因女儿在地球上生活了60年：

可见在S系过了60年，在S’系已经过了100年，在此段时间地球以V’’=0.8C的速度，走完全程2L’’。在S”看距离是:2L’’=V’’*（t2’’-t0’’）=0.8CX100（年）=80（光年），即可求出

通过这个计算，我们得到爸爸前一段在S’系上经历了t1’-t0’=18（年），后一段在S’’系上，经历了t2’’-t1’’=18（年）。前后共经历了36年，与女儿在S系上考察结果完全一样。

从以上的计算应该发现:在S’’系考察，两个过程是不对称的。前一段S’’系测得的时间是t1’’-t0’’=82（年），宇宙飞船S’系的速度快，它的本征时间间隔只有18年。而地面站S系的速度较慢，它的本征时间间隔是

后一段S’’系经历的时间就是飞船的时间，它仍然是18年，可是地面站女儿所在的S系的本征时间间隔只有

女儿前一段经历的时间长，后一段经历的时间短，但总共经历了60年，而爸爸前一段经历了18年，后一段也经历了18年总共经历了36年，因而爸爸比女儿相对地年轻了24年。

由此我们看到无论是以哪一个惯性系为基准，经过计算都得到相同的结论。如果宇宙飞船能以接近光速旅行的话，当它再返回地球时将会发现，宇宙飞船上的人要比在地球上的孪生兄弟年轻，可以说他的寿命延长了，因此爸爸比女儿年轻是有可能的。

当然，从目前来看，这还只是一种理论上的预言，要实现这个预言，需要克服一系列技术上的巨大困难，就比如……如何将宇宙飞船的速度真正接近光速。我们已看到，即使达到0.8C的速度，时间膨胀的比率不大，寿命也延长不了多少。若要实现中国古代神话中的幻“天上一日，人间一年”，就需要天上的宇宙飞船的速度要达到0.999996C。如果我们希望在有生之年旅游银河系的话。宇宙飞船的速度要达到0.9999995C。

按照相对论，这样的事情当然有可能会发生，而且很合理。

星际穿越是好几年前的电影了，如果没记错的话，电影中存在这样一个场景，主角来到了一颗行星，该行星由于是在一颗大黑洞附近运行的，所以按照广义相对论，引力能够影响时间，引力场越强的地方时间过的越慢。

于是就有了“一小时等于7年”的设定，主角在该行星上每过一小时，地球就过去了7年。

至于有人疑惑为什么在黑洞附近，还能存在完整的星球、主角在穿越黑洞视界时为什么没有被撕碎等问题，关键在于这颗黑洞的质量非常大，以至于在视界附近的潮汐力足够低，要知道潮汐力才是引起物体破碎的原因。

虽然潮汐力低，但这并不影响事件视界是个单向膜的性质（好像电影中的黑洞是个旋转黑洞，那应该存在内外两个视界，这个设定我记不太清了），也就是说主角在穿越视界后，虽然还活着，但已经没法再回来了。

除了引力对时间的影响，在狭义相对论中，速度对时间也有影响，这一点对经常关注相对论的朋友来说，应该是老生常谈了。

简单来说，如果一艘飞船相对于某位观测者（比如地球上的人）快速运动，那么观测者的时间和飞船时间的流速是不一致的，飞船时间流逝慢，如果爸爸在飞船里，女儿在地球上，那么在旅程结束相遇时，爸爸比女儿年轻是可以实现的。

有人说这不就是双生子佯谬吗？运动是相对的，爸爸比女儿年轻，那女儿也可以比爸爸更小个几十岁啊！实际上，如果二者都是惯性系的话，这句话是对的，但这样也就意味着爸爸一去不复返，不会再相遇了。

如果相遇，那么这个过程中就必须存在非惯性系，因此结论的相对性就被打破了，只能是爸爸比女儿年轻。（注意一点，狭义相与广义相对论的本质区别在于时空是否弯曲，因此双生子问题属于狭义相对论，非惯性系只是度规变了而已，不影响时空）

期待您的点评和关注哦！

看过《星际穿越》的小伙伴一定对影片的最后大为惊奇，因为在最后依然年轻的主角终于见到了她心爱的女儿，只不过这时的女儿已经老的快要死了，在父女二人生离死别之后，主角就驾驶飞船去寻找女主角了。

影片中的父亲之所以比年老的女儿年前那么多，主要是因为男主深处黑洞之中，黑洞周围的强引力场会使男主的时间流逝速度相对比地球慢许多，早在男主一行人考察星球的时候就感叹“一小时七年”，等男主一行人回到飞船之后，黑人大叔已经老了几十岁了。

导致这种现象的原因就是在爱因斯坦的相对论中就可以得到答案，相对论最重要的一点就是说明了时空一体化以及时间的相对性，也就是说每个人的时间其实都不一样，而高速运动状态下的时间流逝速度就会比地球的时间流逝速度慢，爱因斯坦把这种现象称为时间膨胀。

太空中的卫星就利用到了相对论的时间膨胀效应，因为高速运动下的卫星时间要比地球时间慢一点，根据时间相对性公式就可以把这个误差消除掉，不然卫星就无法为人类提供服务。

所以只要一个人以近似光速飞行，那么他的时间和地球上的时间就是不一样的，这个人可以利用相对论的时间膨胀效应来实现“天上一天地上一年”的目标，这样一来几十天过后他回到地球，就会发现孩子们的年龄比自己还大。