Фильм «Интерстеллар» достаточно точен с научной точки зрения. Некоторые концепции, представленные в фильме, такие как червоточины и замедление времени, подкреплены теоретической физикой, но пока не доказаны окончательно. Другие аспекты фильма, например, гравитационное уравнение, основаны на реальных уравнениях, но недостаточно хорошо изучены. «Интерстеллар» — популярный научно-фантастический триллер, охватывающий широкий спектр тем — от бегства с Земли из-за экологических катастроф до червоточин и замедления времени. Фильм исследует несколько интригующих концепций с разной степенью научной точности. В этой статье мы углубимся в эти идеи и обсудим, могут ли они существовать в реальности. Обратите внимание, что в этой статье содержатся спойлеры, поэтому будьте осторожны, если вы еще не видели фильм.
Могут ли люди действительно путешествовать через червоточины? Червоточина в «Интерстелларе» — движущая сила всего сюжета: портал появляется где-то возле Сатурна, который, по-видимому, создан всеведущими существами пятого измерения. Червоточина — это, по сути, «туннель», который искривляет пространство-время и позволяет энергии и информации перемещаться с одной стороны на другую. Самое простое объяснение даёт Ромилли в самом фильме, но вы можете прочитать об этом подробнее здесь.
Могут ли червоточины существовать? Что ж, наука указывает на теоретическую возможность их существования, но мы еще не обнаружили ни одной червоточины, а значит, это все еще гипотеза. Кроме того, стенки червоточины по своей природе нестабильны, поэтому путешествие через нее привело бы к схлопыванию червоточины. Вероятность обнаружения естественной червоточины ничтожно мала, поэтому для существования проходимой червоточины необходимо ее создание какой-то продвинутой цивилизацией, обладающей силой перемещать целые звезды. Это, конечно, поражает воображение, но теоретическая физика все еще допускает возможность существования червоточин. Нам просто нужно, чтобы существа пятого измерения обратили на нас внимание.
Вердикт: Червоточины уже десятилетиями являются основой научной фантастики и, вероятно, останутся таковыми. Путешествие через червоточину практически невозможно. (Кстати: падение в чёрную дыру точно вас убьёт.)
Могут ли существовать роботы, такие как TARS? Самая сложная часть создания робота, такого как TARS или CASE, — это его искусственный интеллект, а не движения или дизайн. На самом деле, упрощенный дизайн TARS, его монолитная форма, завоевала широкое признание. Отчасти из-за отсылки к монолиту в «2001 году: Космическая одиссея», но в основном из-за его забавных острот. Теоретически, жесткий прямоугольный робот мог бы работать, но для перемещения его конечностей, как в фильме, потребовалось бы огромное усилие; например, для переноски доктора Брэнд и выполнения кувырков в море потребовалось бы огромное количество энергии. Реальный робот в такой ситуации, вероятно, имел бы колеса и клешни вместо рук, похожих на детали Lego. Помимо энергии, есть часы, которые потребовались бы для программирования всего: от его словарного запаса до чувства юмора, что сегодня невозможно реализовать в одном продукте, по крайней мере, в такой отточенной и детерминированной форме, как у TARS. Не говоря уже обо всех датчиках, схемах, проводах и гидравлике, которые пришлось бы уместить в элегантный мобильный блок. Для существования робота, подобного TARS, потребовалось бы, чтобы десятки крупных технологических компаний посвятили тысячи людей работе над одним продуктом — возможно, на десятилетия. В фильме объясняется, что это переоборудованный военный робот, что имеет смысл в контексте, но вряд ли был бы идеальным компаньоном в межзвездной миссии.
Вердикт: Искусственный интеллект быстро развивается (подумайте о моделях класса GPT и гуманоидных роботах, таких как Atlas от Boston Dynamics), но отдельный, полностью воплощенный компаньон, такой как TARS, столь же остроумный, автономный и физически способный, все еще выходит за рамки возможностей любой компании. Монолитный дизайн в форме плиты также вряд ли станет формой-фактором по умолчанию.
Как «Гравитационное уравнение» помогает массовому исходу человечества? Уравнение, которое Мерф пытается решить в качестве своей единственной цели — «спасти человечество», в фильме просто называется «гравитационным уравнением». Что ж, в реальной жизни тоже есть гравитационное уравнение, хотя они не совсем одинаковы. В фильме Мерф и профессор Брэнд пытаются разгадать доску, заполненную числами, чтобы «решить гравитацию», что означало бы успех Плана А — эвакуационного плана, который мог бы помочь населению мира покинуть планету с помощью ракет с гравитационным двигателем. В конце концов, она находит решение, получив информацию о «бесконечной гравитации» внутри чёрной дыры. Одно из уравнений на этой доске — версия знаменитого уравнения поля Эйнштейна, дифференциального уравнения для гравитации, которое объясняет все: от Большого взрыва до чёрных дыр и практически любые гравитационные аномалии. В письменной форме это уравнение выглядит так: Gμν + Λgμν = (8πG / c4) Tμν: левая сторона кодирует, как искривляется пространство-время, а правая описывает материю и энергию, вызывающие это искривление. «G» в последнем члене — гравитационная постоянная Ньютона, именно ту величину, которую отчаянно пытается научиться контролировать команда Брэнда. Открытие гравитационных волн LIGO 14 сентября 2015 года (сигнал GW150914), объявленное в феврале 2016 года, подтвердило одно из ключевых предсказаний Эйнштейна о гравитации. Сигнал исходил от двух сталкивающихся чёрных дыр на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет. Кип Торн, который был научным консультантом «Интерстеллара», разделил Нобелевскую премию по физике 2017 года за его решающий вклад в это открытие.
То, что Мерф пытается решить в фильме, по сути, является сложно концептуализированным уравнением поля Эйнштейна, которое помогает «создать собственную гравитацию», что позволило бы поднять целые города в космос. Поэтично, что именно работа Эйнштейна в конечном итоге спасает человечество в фильме, а также немного помощи от Мерф и некоторой транс-измерительной связи, конечно.
Вердикт: Уравнения существуют в той или иной форме, но они не помогут нам покинуть Землю в ближайшее время.
Итак, что же такое «уравнение» в «Интерстелларе»? На экране уравнение, над которым одержимо работают Мерф и профессор Брэнд, никогда не записывается как единая строка; это доска, заполненная тензорным исчислением. Но Кип Торн, научный консультант фильма, объяснил, что это попытка объединить общую теорию относительности Эйнштейна с квантовой механикой, долгожданную теорию квантовой гравитации. В частности, Брэнд пытается смоделировать гравитационные аномалии (падающий дрон, пылевые узоры в спальне Мерф) как утечку из высшего «объёма» измерения и выяснить, как контролировать гравитационную постоянную G, чтобы NASA мог поднять целые космические станции с Земли. Ключевым недостающим ингредиентом являются данные изнутри горизонта событий чёрной дыры (квантовая информация о том, как ведет себя пространство-время, когда общая теория относительности перестает работать). Именно поэтому Купер должен упасть в Гаргантюа: TARS собирает квантовые данные из сингулярности и Купер передает их Мерф в виде азбуки Морзе на секундной стрелке ее часов. Вооружившись этими данными, взрослая Мерф наконец-то может закрыть уравнение и открыть контролируемую гравитацию.
В реальной физике это именно та информация, которой у физиков нет. У нас есть общая теория относительности (которая описывает гравитацию в больших масштабах) и квантовая теория поля (которая описывает три другие силы в небольших масштабах), но нет экспериментально подтвержденной теории, которая объединяет их. Существуют кандидаты (теория струн, петлевая квантовая гравитация, причинно-динамическая триангуляция), но ни один из них не имеет решения в замкнутой форме в стиле Мерф, которое позволило бы нам поднять города на орбиту.
Замедление времени и планета приливных волн
Это, пожалуй, самый большой вызов в фильме. Как один человек на космическом корабле может состариться на 23 года, 4 месяца и 8 дней, в то время как на Земле прошло всего около 3,5 часов?
Для начала давайте разберемся с основами замедления времени. Представьте, что мы находимся на поверхности планеты Миллера с Ромилли на космическом корабле, вращающемся вокруг чёрной дыры Гаргантюа. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, часы, находящиеся глубоко в сильном гравитационном поле, идут медленнее, чем часы, находящиеся далеко от массивного объекта, что именно и происходит в фильме. Доктор Брэнд и Купер приземляются на планету Миллера, опасно близко к Гаргантюа, где огромное гравитационное поле чёрной дыры резко замедляет местное течение времени. Встречающиеся с ними огромные приливные волны вызваны не быстрым вращением самой планеты, а приливными выпуклостями, вызванными Гаргантюа, и планета качается вперед и назад сквозь них при вращении.
Планета Миллера, вращающаяся вокруг Гаргантюа
Однако Ромилли вращается вокруг Гаргантюа на расстоянии, поэтому влияние гравитации Гаргантюа на него меньше. Важно отметить, что время замедляется только относительно двух групп людей; если предположить, что космический корабль «Выносливость», в котором находится Ромилли, имеет такой же гравитационный потенциал, как и Земля, то 23 года пройдут и для людей на Земле. Никто на самом деле не испытывает замедление времени. Если бы Купер надел GoPro на голову на все 3,5 часа и каким-то образом смог мгновенно передать это видео на Землю одним кадром (что невозможно, поскольку информация не может двигаться быстрее скорости света), Мерф увидела бы 3,5-часовое видео, а не замедленное. Если бы он транслировал его в Periscope, Мерф получала бы несколько битов каждые несколько дней или даже недель, и прямая трансляция была бы в сверхзамедленном режиме.
Для уровня замедления времени, изображенного в фильме (один час на планете равен примерно семи земным годам), Кип Торн рассчитал все задом наперед. Эффект в основном гравитационный, а не основанный на движении: Гаргантюа должен быть почти максимально вращающейся чёрной дырой, а планета Миллера должна находиться прямо за его горизонтом событий. Даже в этом случае, чтобы поддерживать стабильную орбиту на таком радиусе, планете все равно пришлось бы вращаться вокруг Гаргантюа со скоростью более половины скорости света. Нахождение так близко к чёрной дыре оказало бы огромное негативное влияние на планету, и она, вероятно, не смогла бы существовать в своей нынешней форме из-за огромных гравитационных сил.
Вердикт: Математика немного неверна, но, учитывая некоторую творческую свободу, поскольку это научно-фантастический фильм, эффекты замедления времени точны.
«Интерстеллар» (который отметил 10-летие повторным показом в формате IMAX 70 мм в декабре 2024 года) остается одним из самых физически точных научно-фантастических фильмов, когда-либо созданных. Кип Торн, научный консультант фильма, профессор теоретической физики на пенсии Калифорнийского технологического института и лауреат Нобелевской премии по физике 2017 года, написал целую книгу под названием «Наука «Интерстеллара», в которой подробно описываются сцены, связанные с относительностью, червоточинами и тессерактом. Многие вопросы, возникающие в фильме, объясняются, и его участие приближает фильм к области возможностей от границ научной фантастики, несмотря на его метафизические элементы… но это тема для другого дня.
Обновлено: Эшish Тивари