Продолжение предыдущей публикации «Искажённая наука «Интерстеллара» (5/6)». В ноябре 2014 года на экраны вышел голливудский блокбастер и научно-фантастический фильм «Интерстеллар», вызвавший огромный медийный резонанс. Это последний из шести материалов, посвящённых анализу некоторых научных аспектов картины, адаптированный из статьи, которую я опубликовал прошлой весной в журнале Inference: International Review of Science.
Финальное уравнение
В самом конце фильма персонаж-учёный по имени Мёрф начинает записывать уравнение, призванное решить проблему несовместимости общей теории относительности и квантовой механики. Мы видим доски, покрытые диаграммами и формулами, которые должны стать путём к «финальному уравнению» так называемой «Теории всего». Если учёные его обнаружат, это в конечном счёте поможет решить все проблемы человечества. Я не буду обсуждать наивность такого взгляда, но кратко затрону вопрос о том, имеют ли смысл уравнения на экране.
На первый взгляд возникает сомнение, поскольку объединение общей теории относительности и квантовой механики остаётся нерешённой задачей, даже если различные подходы, такие как петлевая квантовая гравитация, теория струн (к которой относится упомянутая выше модель Рэндалла-Сандрума как её частный случай) или некоммутативная геометрия, активно исследуются теоретическими физиками по всему миру.
Очевидно, создатели «Интерстеллара» поставили на самый «модный» из попыток объединить все фундаментальные взаимодействия: теорию струн. Теория струн утверждает, что фундаментальные составляющие материи — это не точечные частицы, а открытые или замкнутые струны масштаба длины Планка (10^-33 см), чьи моды колебаний определяют свойства частиц. В этой парадигме пространство-время становится производным понятием, которое имеет смысл только на масштабах, больших, чем у струн. Теория струн, существующая в пяти различных вариантах, вызвала такой живой интерес, что в 1990-х годах некоторые теоретики верили, что она способна дать «Теорию всего». Однако математические трудности, связанные с ней, колоссальны, и не факт, что они будут преодолены в будущем. Пять различных теорий струн породили более общую гипотетическую теорию, в которой теории струн являются лишь предельными случаями: колебаться могут не только одномерные линии, но и двумерные поверхности, а также пространства более высокой размерности, такие как мембраны, — отсюда и название M-теории, данное этой гипотезе.
Возвращаясь к финальному уравнению, которое мы кратко видим на доске Мёрф в «Интерстелларе», то, что я помню, выглядит так: физики, немного знакомые с теорией струн, узнают в нём так называемое эффективное действие M-теории в низшем порядке её пертурбационного разложения. Проще говоря, это намёк на то, как могло бы выглядеть «финальное уравнение» физики, если бы M-теория была правильной парадигмой. Скорее всего, это не так, но я полагаю, что Кип Торн бросил взгляд-намёк теоретикам струн, чтобы сказать, что, по его мнению, будущая Теория всего, вероятно, будет похожа на M-теорию. Я не разделяю эту точку зрения, но довольно неожиданно найти столь изысканное послание в голливудском фильме.
Члены g5 и d5x означают, что мы имеем дело с теорией в пяти измерениях: одно для времени и четыре для пространства, как в случае Рэндалла-Сандрума. В четырёхмерном пространстве без кривизны аналогом куба называется гиперкуб или тессеракт. Тессеракт относится к кубу так же, как куб к квадрату. Так же, как поверхность куба состоит из шести квадратных граней, гиперповерхность тессеракта состоит из восьми кубических ячеек, что создаёт визуальный эффект, захватывающе воплощённый в «Интерстелларе». Но я, со своей стороны, с художественной точки зрения гораздо больше тронут картиной «Корпус Гиперкубус», написанной Сальвадором Дали в 1954 году. Испанский художник изобразил крест распятия как тессеракт, чтобы signify, что так же, как Бог может существовать в пространстве, непостижимом для людей, гиперкуб существует в четырёх пространственных измерениях, equally недоступных обычному разуму.
Развязка
Вышедший за несколько месяцев до «Интерстеллара» научно-фантастический триллер «Гравитация» был восхвалён за впечатляющее изображение невесомости и враждебной природы космоса. Большую часть науки, показанной в «Гравитации», можно понять в рамках ньютоновской теории, опубликованной более 400 лет назад. В резком контрасте с этим, понимание большинства явлений, изображённых в «Интерстелларе», требует некоторого знания общей теории относительности, квантовой механики и даже немного теории струн. Результатом стал интригующий и примечательный фильм, который пытается совместить великую историю и точную науку. Но «Интерстеллар» — это произведение научной фантастики. Художественный вымысел и научная экстраполяция — часть игры. Определение точки, в которой наука уступает место научной фантастике, само по себе является стоящим образовательным предприятием.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1] C. Rovelli: Loop Quantum Gravity, Living Reviews in Relativity 1 (1998).
[2] M. Green, J. H. Schwarz, E. Witten: Superstring theory, Cambridge University Press (1987).
[3] A. Connes: Non-commutative geometry, Boston: Academic Press (1994).
[4] P. Woit: Not Even Wrong: The Failure of String Theory And the Search for Unity in Physical Law. New York: Basic Books (2006).
[5] Gravity, réalisé par Alfonso Cuarón, Warner Bros Pictures film (2013).
Интерстеллар. Раздел 4: «Рейнджер» приземляется на планете Миллер — Мёрф узнаёт правду о плане А. Краткое содержание и анализ | GradeSaver
Купер направляет «Рейнджер» через атмосферу планеты, используя аэродинамику аппарата, чтобы избежать включения контрреактивных двигателей, что потратило бы топливо и замедлило вход. КЕЙС и остальные насторожены, но Купер твёрд в своём намерении. Они пролетают ниже линии облаков и видят воду во всех направлениях. Они настраиваются на сигнальный маяк Миллер и спиралируют вниз к его местоположению, снижаясь всё быстрее и ниже, пока Купер внезапно не включает двигатели и не приземляет «Рейнджер» в воде глубиной в несколько футов, простирающейся до самого горизонта. Он торопит остальных выйти, напоминая, что на Земле за каждый их час проходит семь лет. В музыке сцены начинает тихо тикать часы. Бранд, Доул и КЕЙС выходят в воду по колено и направляются к маяку Миллер, находящемуся примерно в 200 метрах. Купер наблюдает за ними с «Рейнджера». Они замечают, что гравитация составляет 130% от земной. Бранд и Доул не могут найти Миллер или её маяк. КЕЙС выдвигает две механические руки и извлекает маяк из воды. Он разбит на части, а Миллер нигде не видно. Бранд отправляется искать остальную часть обломков в направлении далёких гор. Купер же внезапно понимает, что то, что они видят вдали, — это вовсе не горы: это колоссальные волны высотой в километры. Те, к которым движется Бранд, отходят от них, но Купер, глядя в заднюю часть «Рейнджера», видит, что другая волна возвышается над ними, невообразимо высокая и через несколько минут должна их уничтожить. Он приказывает всем вернуться на «Рейнджер», но Бранд отказывается уходить без данных. Она находит их в обломках корабля Миллер, но спотыкается и застревает под ними, пытаясь поднять их. Доул отправляет КЕЙС спасать её. КЕЙС превращается в колесоподобную структуру и катится за ней. Бранд кричит, чтобы они бросили её, но КЕЙС добирается до неё, поднимает обломки с её тела и несёт обратно на «Рейнджер». Доул пропускает Бранд и КЕЙС внутрь первыми, но когда он сам собирается забраться, его настигает вода и уносит. Бранд кричит, когда Купер закрывает внешнюю дверь. Вода устремляется в «Рейнджер», затопляя двигатели. Волна подхватывает их и медленно тянет вверх к своей вершине. Затем они переворачиваются через край и летят вниз по другой стороне. Когда они снова приземляются в мелкой воде, Купер выдвигает опоры «Рейнджера» и пытается запустить двигатели, но КЕЙС сообщает, что они затоплены и требуют 45–60 минут на слив. Купер кричит от ярости. Бранд начинает кричать, что Купер и остальные должны были бросить её. Он отвечает, что она должна была послушаться и оставить данные Миллер. Она говорит, что думала о миссии, пока он думал только о том, как вернуться домой. Судя по обломкам, корабль Миллер, вероятно, был сбит волной вскоре после её прибытия, что с учётом замедления времени означает, что она прибыла всего чуть более часа назад и, вероятно, погибла всего несколько минут назад. Данные, которые они получили от неё, были просто её начальным сигналом, бесконечно отражающимся, — ложная надежда. Купер выливает свою досаду о годах, которые они потеряют на Земле, и спрашивает, есть ли способ вернуться в прошлое, чтобы вернуть их, возможно, через чёрную дыру. Бранд говорит, что время может ускоряться и замедляться, но не течь назад. Единственное, что может двигаться назад во времени, — это гравитация. «Они», которые дали им червоточину, возможно, используют гравитацию для связи из будущего, но это потому, что они уникальные существа высших измерений. КЕЙС уведомляет Купера и Бранд о приближающейся ещё одной волне. Он сообщает, что двигателям нужен ещё минута для слива, но Купер выдувает воздух из кабины через главные двигатели, чтобы очистить их и заставить «Рейнджер» двигаться. Они летят вдоль стороны волны и проходят её гребень в самый последний момент. Они возвращаются на «Эндьюранс», где их встречает гораздо более старая Ромилли, выглядящая хрупкой и измождённой временем. КЕЙС сообщает, что их отсутствие эквивалентно 23 годам, 4 месяцам и 8 дням. Бранд спрашивает Ромилли, почему он не ввёл себя в гибернацию. Он говорит, что вводил, несколько раз, но когда перестал верить, что они вернутся, решил не спать всю жизнь. Он много узнал о гравитации от Гаргантюа, но не смог передать ничего профессору Бранду. Бранд спрашивает, жив ли ещё её отец. Ромилли говорит, что да. Тем временем Купер заходит в другой отсек и извлекает годы записанных видеосообщений от своей семьи. Он включает их с начала. На экране появляется Том и сообщает, что занял второе место в школе и познакомился с девушкой по имени Лойс, которая ему нравится. Далее взрослый Том показывает Куперу новорождённого мальчика по имени Джесси. Лойс появляется на экране и забирает его у Тома. В третьем сообщении более зрелый, бородатый Том сообщает, что Дональд умер и что они похоронили его сзади, рядом с могилами матери Тома и, что болезненно, Джесси. Купер непрерывно рыдает, глядя. Том размышляет, доходят ли вообще его сообщения. Лойс предложила ему отпустить Купера, поэтому он говорит, что сделает это, и желает отцу мира. Экран гаснет. Купер онемел. Затем появляется женщина, взрослая Мёрф. Она говорит, что была слишком зла, чтобы отправлять сообщения, пока Купер ещё отвечал, и не видела в этом смысла, когда он «пропал», но сегодня её день рождения, и она теперь в том возрасте, в котором был Купер, когда ушёл из дома. Она начинает плакать и выключает камеру. Мы переключаемся в комнату, где та же взрослая Мёрф записывает сообщение. Она поворачивается и видит теперь древнего, прикованного к инвалидному креслу профессора Бранда, который извиняется за вторжение, говоря, что никогда не видел, как она записывает сообщение для отца. Она везёт его в его кабинет, где он беспокоится, что если астронавты когда-нибудь вернутся, они увидят, что им не удалось решить задачу гравитации. Мёрф предлагает, чтобы они всё-таки преуспели. После этого они разговаривают, наблюдая, как строительные команды продолжают работу над космической станцией. Профессор Бранд говорит, что он не боится смерти, а боится времени. Мёрф изучает доски и понимает, что они не меняли определённые переменные, создавая бессмысленный цикл в расчётах. Она спрашивает профессора Бранда, почему он работал так, с руками, метафорически связанными за спиной, но он прерывает разговор, чтобы записать сообщение для дочери. Мы слышим его записанный голос, говорящий, что человечество должно «столкнуться с реальностью межзвёздных путешествий» и мыслить как единый вид. Затем он снова начинает читать «Не уходи тихо». Мы возвращаемся на «Эндьюранс», где Бранд смотрит это сообщение. Купер, Бранд и Ромилли далее обсуждают свои варианты. Длительная поездка истощила их топливо так, что теперь они могут посетить только планету Мэнна или Эдмундса, но не обе. Бранд говорит, что у них нет причин сомневаться в Эдмундсе только потому, что его передачи прекратились. Она рекомендует попробовать его. Купер давит на неё, спрашивая почему, и она указывает на Гаргантюа как на проблему с планетой доктора Мэнна, говоря, что закон Мёрфи нарушен чёрной дырой, которая засасывает астероиды и другие природные явления, которые в противном случае повлияли бы на планету. Купер argues, что они с самого начала восхваляли доктора Мэнна и не должны игнорировать его обещающий сигнал сейчас. Ромилли предлагает провести голосование, в этот момент Купер раскрывает слона в комнате: Бранд влюблена в Эдмундса. Бранд argues, что они не должны пренебрегать этим, поскольку любовь — это мощная сила, способная преодолевать время и пространство, как гравитация. Она признаёт, что хочет снова увидеть Эдмундса, но это не значит, что она неправа насчёт его планеты. Купер говорит, что это может быть так, и приказывает ТАРСу проложить курс на планету доктора Мэнна. Бранд выходит из комнаты в слезах. На Земле Том и Мёрф сжигают большой участок кукурузы. Том говорит, что в следующем году он будет работать и на части фермы своего соседа Нельсона, поскольку Нельсон умер. Далее Мёрф ест с Томом, Лойс и их вторым сыном, Купом. Лойс предлагает Мёрф остаться на ночь в её старой комнате, но та отказывается, говоря, что слишком много воспоминаний. Куп начинает сильно кашлять, виня пыль. Мёрф предлагает Лойс, чтобы её подруга посмотрела лёгкие Купа. Лойс выглядит раздвоенной и не отвечает. Мы видим кадр пыльной бури, приближающейся сзади дома. Купер извиняется перед Бранд за выбор планеты Мэнна, говоря, что это не лично. Она говорит, что его текущий план учитывает топливо, необходимое для возвращения домой, но если он ошибётся насчёт планеты Мэнна и она окажется непригодной, ему придётся принять crucial решение о том, использовать ли последнее топливо, чтобы поехать на планету Эдмундса и продолжить план Б. Она надеется, что он будет объективен и в этом, хотя это значит никогда больше не увидеть свою семью. Мёрф мчится в больничную палату, где здоровье профессора Бранда быстро ухудшается. Доктор Джеймс Гетти, друг Мёрф, проводит её к его комнате, где она падает на колени у его постели. Он беспокоится о том, что подведёт всех, но она говорит, что доведёт до конца то, что он начал. Он просит прощения, говоря, что солгал о необходимости возвращения Купера и остальных, поскольку никогда не было способа реализовать план А. Мёрф не может поверить. Она спрашивает об уравнениях, и он качает головой. Она спрашивает, знал ли её отец, что оставляет всех умирать, но он может только начать декламировать: «Не уходи тихо…», и затем умирает. Мы переключаемся на Мёрф, записывающую сообщение для доктора Бранд, сообщая, что её отец умер спокойно и без боли. Она собирается прекратить запись, но замирает, чтобы спросить, знала ли доктор Бранд, что план А всегда был ложью, что не было цели спасти людей, оставшихся на Земле, от удушья и голода.
Анализ раздела 4
«Интерстеллар» был восхвалён кинокритиками и учёными за кропотливые попытки достичь научной точности, особенно в отношении влияния Гаргантюа на планету Миллер. Известный астрофизик и телеведущий Нил Деграсс Тайсон похвалил фильм за то, что он стал одним из первых, точно показавших, как интенсивное гравитационное притяжение чёрной дыры заставит время течь медленнее по мере приближения к ней, так что на планете Миллер, существующей очень близко к горизонту событий, один час равен семи годам на Земле. Во время предпроизводства Кристофер Нолан консультировался с исполнительным продюсером Кипом Торном о возможности существования планеты достаточно близко к чёрной дыре, чтобы произошло это расхождение во времени, при этом сохраняя способность поддерживать жизнь. Торн изначально был убеждён, что это невозможно, но когда Нолан попросил его перепроверить расчёты, Торн с удивлением обнаружил, что это возможно. Таким образом, планета, подобная Миллер, хотя и выдумана для фильма, не является necessarily невозможной.
Резкий контраст между реакциями Купера и Бранд, когда они осознают опасность быть сбитыми массивными приливными волнами, говорит об их индивидуальных мотивах, которые они сами поднимают, когда снова оказываются в безопасности на «Рейнджере»: Бранд, Доул и Ромилли покинули Землю, понимая, что, вероятно, никогда не вернутся. Таким образом, они могут действовать с меньшей озабоченностью временем, поскольку их цели не укладываются в окно возможностей увидеть близких снова. Купер, с другой стороны, всё ещё надеется воссоединиться с семьёй и поэтому крайне обеспокоен потерей времени на планете Миллер. Когда он понимает, что шансы извлечь данные Миллер до удара волны минимальны, он решает прервать миссию и вывести всех в безопасность, потому что一旦 миссия становится безнадёжной, она превращается просто в трату его драгоценного времени. В контрасте с этим insistence Бранд попытаться получить данные Миллер показывает её приоритет целей миссии над сохранением времени.
Нолан использует несколько сюжетных элементов, чтобы драматизировать passage времени и тронуть сердца зрителей. Первый из них — решение Ромилли остаться на «Эндьюрансе». Если бы все четыре астронавта посетили планету Миллер вместе, они могли бы вернуться более или менее без последствий (за исключением Доула), имея одинаковый опыт со временем. Однако, поскольку Ромилли остаётся, мы видим, как краткая неприятность остальной части экипажа на планете заставляет его пережить десятилетия мучительного одиночества и изоляции. Ущерб от потраченного времени становится ещё более масштабным благодаря отделению его от других членов экипажа, и это немедленно заметно в его хрупком виде, поседевших волосах и робких движениях, когда они возвращаются к нему.
Второй выбор Нолана для драматизации passage времени — это backlog видеосообщений от семьи Купера, которые показывают нам в быстрой последовательности, как постарел Том, тот факт, что первый сын Тома, а также Дональд, умерли, и что Мёрф отказалась простить отца и отправлять ему сообщения в течение 23 лет. Её единственное сообщение затем используется с большим эффектом как переходный кадр обратно на Землю. Раньше в фильме Купер разговаривал с Дональдом о том, как земные фермеры всегда говорят: «В следующем году… в следующем году всё будет лучше», отрицая бесплодность их усилий спасти планету от голода. Теперь, будучи взрослым, мы видим, как Том продолжает эту трагическую традицию, говоря, что в следующем году он будет обрабатывать часть фермы своего покойного соседа, отказываясь признавать, что его усилия напрасны. Опасность этого отрицания возрастает по мере развития фильма: Том позже отказывается от медицинской помощи для жены и сына, выбирая остаться там, где они есть, и продолжать фермерство, а не пытаться бежать из города, поражённого болезнью, как все остальные. Он становится foil персонажем по отношению к сестре, которая сохраняет надежду решить свои проблемы, но реалистична в том, как действовать, пока это не произойдёт.
Иконическое стихотворение Дилана Томаса «Не уходи тихо в ту добрую ночь» является повторяющейся точкой вдохновения для профессора Бранда, которую он использует как нарратив более одного раза в «Интерстелларе». Стихотворение говорит о том, чтобы упорно бороться с притяжением смерти, отказываться сдаваться независимо от обстоятельств. Такие темы широко применяются к сюжету фильма, в котором человечество «бунтует» против умирания собственного вида, ища выживание среди космоса. Отчаяние и потенциальное безумие этого предприятия говорят об их отказе сдаться и принять свою судьбу. Ирония использования профессором Брандом стихотворения в том, что он, на самом деле, сдался насчёт всех, кто ещё остался на Земле; его revelation, что план А был ложью, означает, что только астронавты, покинувшие планету, когда-либо имели шанс «бунтовать» против угасания света, в то время как те, кто не ушёл, не имели никакого. Однако эта revelation двойственно иронична, потому что она станет катализатором усиленного гнева Мёрф, который мотивирует её решить проблему гравитации и дать человечеству способ всё-таки отказаться уходить тихо в ту добрую ночь.
План А | Вики по Интерстеллару | Fandom
План А был одним из двух резервных вариантов, разработанных профессором Брандом и NASA для обеспечения непрерывности человечества. План состоял из нескольких частей:
– Отправить «Эндьюранс» через червоточину, чтобы найти человечеству новый дом.
– Построить массивные космические станции на земле, способные вместить большую часть или всё текущее население Земли.
– Использовать решение профессора Бранда по гравитации для запуска станций с Земли.
– Переселить человечество на новую обитаемую планету.
Неизвестно NASA и экипажу «Эндьюранса», профессор Бранд никогда не намеревался сделать план А жизнеспособным вариантом. Он использовал план А как средство мотивировать финансирование NASA и в конечном счёте оставить экипаж «Эндьюранса» без выбора, кроме как реализовать план Б. Профессор Бранд считал план А невозможным, поскольку для решения своего уравнения гравитации ему потребовались бы недостижимые данные из сингулярности чёрной дыры. Профессор Бранд приложил огромные усилия, чтобы скрыть этот факт от всех, включая свою дочь Амилию и Мёрф. В течение многих лет он притворялся, что пытается решить уравнение гравитации вместе с Мёрф, несмотря на то, что ранее определил его как нерешаемое ещё до того, как миссии «Лазарус» покинули Землю, за десять лет до «Эндьюранса». На смертном одре профессор Бранд наконец признался Мёрф, что план А был уловкой. Это подтолкнуло Мёрф отправить сообщение отцу, обвиняя его в том, что он знал о лжи и бросил её умирать на Земле. Это стало revelation для всего экипажа «Эндьюранса», но не для доктора Мэнна. Позже Купер и ТАРС жертвуют собой, чтобы позволить доктору Бранд начать план Б на планете Эдмундса. ТАРС был tasked войти в Гаргантюа, заглянуть в сингулярность и передать данные обратно на Землю, дав человечеству шанс инициировать план А. ТАРС в конечном счёте не смог передать данные на Землю из-за огромной гравитации чёрной дыры. Однако Купер и ТАРС вошли в тессеракт и смогли передать квантовые данные Мёрф, используя часы, которые Купер подарил Мёрф перед уходом с Земли. План А подразумевается успешным, поскольку завершение Мёрф уравнения гравитации Бранда позволило запустить очень крупные космические станции с Земли, одна из которых — станция «Купер», названная в честь Мёрф, а не её отца.