Фильм «Интерстеллар» достаточно точно отражает научные концепции. Некоторые идеи, такие как червоточины и расширение времени, подтверждаются теоретической физикой, хотя окончательного доказательства пока нет. Другие аспекты, например уравнение гравитации, основаны на реальных уравнениях, но пока не до конца поняты. «Интерстеллар» — популярный научно-фантастический триллер, охватывающий широкий спектр тем — от бегства с Земли из-за экологических катастроф до червоточин и расширения времени. Фильм исследует несколько интригующих концепций, некоторые из которых имеют разную степень научной точности. В этой статье мы подробнее рассмотрим эти идеи и обсудим, могут ли они существовать в реальности. Обратите внимание, что статья содержит 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, созданный, по-видимому, всемогущими пятимерными существами. Червоточина — это своего рода «туннель», искривляющий пространство-время и позволяющий энергии и информации перемещаться с одной стороны на другую. Самое простое объяснение этому дает сам Ромилли в фильме. Но могут ли червоточины существовать? Наука указывает на теоретическую возможность, но мы еще не обнаружили червоточину, что означает, что это все еще гигантская гипотеза. Кроме того, стены червоточины intrinsically нестабильны, поэтому прохождение через нее вызовет ее обрушение на вас. Вероятность найти естественную червоточину крайне мала, поэтому для существования проходимой червоточины она должна быть создана какой-то формой развитой цивилизации с возможностью перемещать целые звезды. Это действительно поражает воображение, но теоретическая физика все еще допускает возможность существования червоточин. Нам просто нужно, чтобы пятимерные существа заметили нас первыми. Вердикт: Червоточины были основой научной фантастики десятилетиями и, вероятно, останутся таковыми. Путешествие через них практически невозможно. (Примечание: падение в черную дыру точно убьет вас.)
Могут ли существовать роботы вроде ТАРС? Самая сложная часть создания робота вроде ТАРС или КЕЙС — это его искусственный интеллект, а не двигательные движения или дизайн. На самом деле, простой дизайн монолитного представления ТАРС получил широкое признание. Частично из-за того, что это дань уважения монолиту в «2001: Космическая одиссея», но в основном из-за его забавных шуток. Жесткий и прямоугольный робот теоретически мог бы работать, но для движения конечностей, как в фильме, потребовалось бы огромное количество крутящего момента; например, перенос доктора Бренд и выполнение сальто через море потребовало бы огромного количества энергии. Реальный робот в такой ситуации, скорее всего, имел бы колеса и когти вместо рук в форме Лего. Помимо энергии, есть часы программирования, которые потребовались бы для всего, от словарного запаса до настроек юмора, что просто невозможно в одном продукте сегодня, по крайней мере, не в такой отточенной и детерминированной версии, как ТАРС. Не говоря уже о всех датчиках, схемах, проводах и гидравлике, которые все нужно было бы уместить в элегантный мобильный блок. Для существования робота вроде ТАРС десятки крупных технологических компаний должны были бы посвятить тысячи людей полный рабочий день для работы над одним продуктом — возможно, в течение десятилетий. Фильм объясняет это тем, что это модифицированный военный робот, что имеет смысл в контексте, но, вероятно, не было бы идеальным спутником в пилотируемой межзвездной миссии. Вердикт: Искусственный интеллект быстро развивается, но один полностью воплощенный компаньон, такой же остроумный, автономный и физически способный, как ТАРС, все еще далеко за пределами того, что построила любая компания. Монолитный, плоский дизайн также вряд ли будет формой выбора.
Как «уравнение гравитации» помогает массовому исходу человечества? Уравнение, над которым работает Мерф как ее единственная цель «спасти человечество», в фильме называется просто «уравнением гравитации». Ну, в реальной жизни тоже есть уравнение гравитации, хотя они не совсем одинаковы. В фильме Мерф и профессор Бренд пытаются разгадать доску, полную цифр, чтобы «решить гравитацию», что означало бы успех Плана А, который представляет собой план эвакуации, позволяющий мировому населению покинуть планету с помощью гравитационных ракет. Она в конечном итоге находит решение после получения информации о «бесконечной гравитации» внутри черной дыры. Одним из уравнений на этой доске является версия знаменитого уравнения поля Эйнштейна, которое представляет собой дифференциальное уравнение гравитации, объясняющее все, от Большого взрыва до черных дыр, и практически любую гравитационную аномалию между ними. Записанное уравнение выглядит так: Gμν + Λgμν = (8πG / c4) Tμν: левая часть кодирует, как искривляется пространство-время, а правая часть описывает материю и энергию, вызывающие искривление. «G» в последнем члене — это гравитационная постоянная Ньютона, именно ту величину команда Бренда отчаянно пытается узнать, как контролировать. Обнаружение гравитационных волн подтвердило одно из ключевых предсказаний Эйнштейна о гравитации. Сигнал поступил от двух сталкивающихся черных дыр примерно в 1,3 миллиарда световых лет. Кип Торн, который выступал в качестве научного консультанта «Интерстеллара», разделил Нобелевскую премию по физике за его решающий вклад в это обнаружение. То, что пытается решить Мерф в фильме, по сути, является концептуализированным уравнением поля Эйнштейна, помогающим «создать свою собственную гравитацию», что позволило бы поднять целые города в космос. Почти поэтично, что это работа Эйнштейна в конечном итоге спасает человечество в фильме, вместе с небольшой помощью от Мерф и некоторым транс-мерным взаимодействием, конечно. Вердикт: Уравнения существуют в какой-то форме, но они не помогут нам покинуть Землю в ближайшее время.
Итак, что такое «уравнение» в «Интерстелларе»? На экране уравнение, над которым одержимо работают Мерф и профессор Бренд, никогда не представлено как одна строка; это доска, полная тензорного исчисления. Но Кип Торн, научный консультант фильма, объяснил, что оно представляет собой попытку объединить общую теорию относительности Эйнштейна с квантовой механикой, долгожданную теорию квантовой гравитации. Конкретно, Бренд пытается смоделировать гравитационные аномалии (падающий дрон, узоры пыли в спальне Мерф) как утечку из более высокомерного «балка», и выяснить, как контролировать гравитационную постоянную G, чтобы NASA могла поднять целые космические станции с Земли. Критически важным недостающим ингредиентом являются данные изнутри горизонта событий черной дыры (квантовая информация о том, как ведет себя пространство-время, где общая теория относительности разрушается). Вот почему Купер должен упасть в Гаргантю: ТАРС собирает квантовые данные из сингулярности, а Купер передает их Мерф в виде морзянки на секундной стрелке ее наручных часов. Вооружившись этими данными, взрослая Мерф наконец может закрыть уравнение и разблокировать 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 другие три силы в крошечных масштабах), но нет экспериментально подтвержденной теории, объединяющей их. Существуют кандидаты (теория струн, петлевая квантовая гравитация, причинно-динамическая триангуляция), но ни одна из них не имеет решения в стиле Мерф, позволяющего поднять города на орбиту.
Расширение времени и планета с приливной волной. Это, вероятно, самый большой недостаток фильма. Как кто-то на космическом корабле может состариться на 23 года, 4 месяца и 8 дней, пока люди на земле находятся там всего около 3,5 часов? Давайте сначала попробуем понять некоторые основы расширения времени. Допустим, мы находимся на поверхности планеты Миллера с Ромилли на космическом корабле, орбитирующем черную дыру Гаргантю. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, часы, находящиеся глубоко внутри сильного гравитационного поля, тикают медленнее, чем часы далеко от любого массивного объекта, что именно происходит в фильме. Доктор Бренд и Купер приземляются на планету Миллера, опасно близко к Гаргантю, где огромная гравитация черной дыры резко замедляет местное течение времени. Мощные приливные волны, с которыми они сталкиваются, не вызваны быстрым вращением самой планеты; это приливные выпуклости, вызванные Гаргантю, и планета раскачивается взад и вперед через них, когда орбитирует. Планета Миллера, орбитирующая Гаргантю, Ромилли, однако, орбитирует Гаргантю с расстояния, что делает эффект гравитации Гаргантю на него намного меньше. Обратите внимание, что время замедляется только относительно между двумя группами людей; если предположить, что космический корабль «Выносливость», на котором находится Ромилли, имеет одинаковый гравитационный потенциал, что и Земля, 23 года также пройдут для людей на Земле. Никто на самом деле не испытывает ничего в замедленном темпе. Если бы Купер носил камеру на голове все 3,5 часа и каким-то образом смог бы транслировать это видео на Землю мгновенно за один раз (что на самом деле невозможно из-за того, что информация не может путешествовать быстрее скорости света), его дочь Мерф просто увидела бы 3,5-часовое видео, а не замедленное. Если бы он транслировал это в прямом эфире, однако, Мерф получила бы несколько бит каждые несколько дней или даже недель, и прямая трансляция была бы в сверхмедленном замедленном темпе. Для уровня расширения времени, изображенного в фильме (один час на планете соответствует примерно семи годам на Земле), Кип Торн работал цифры в обратном порядке. Эффект подавляюще гравитационный, а не связанный с движением: Гаргантю должна была быть почти максимально вращающейся черной дырой, а планета Миллера должна была находиться прямо за ее горизонтом событий. Даже так, чтобы поддерживать стабильную орбиту на этом радиусе, планета все равно должна была бы двигаться вокруг Гаргантю со скоростью более половины скорости света. Находиться так близко к черной дыре имело бы огромные неблагоприятные последствия для планеты, и она, вероятно, не смогла бы существовать в своем нынешнем виде из-за невероятных гравитационных сил. Вердикт: Математика немного не совпадает, но позволяя некоторую творческую свободу, поскольку это научно-фантастический фильм, эффекты расширения времени точны. «Интерстеллар» остается одним из самых физически точных научно-фантастических фильмов, когда-либо созданных. Кип Торн, научный консультант фильма, профессор теоретической физики в Калифорнийском технологическом институте и лауреат Нобелевской премии по физике, написал целую книгу на эту тему под названием «Наука Интерстеллара», в которой подробно описываются относительность, червоточины и сцены тессеракта. Многие вопросы, возникающие в фильме, объясняются, а его участие перемещает фильм в область возможности с окраин научной фантастики, несмотря на его метафизические элементы… но это тема для другого дня.
Лучшие космические фильмы, ранжированные по научной точности
Ранжированные по научной точности, самые реалистичные космические фильмы: 1) «Аполлон-13», 2) «Марсианин», 3) «2001: Космическая одиссея», 4) «Интерстеллар» и 5) «Гравитация». «Аполлон-13» пересказывает истинную миссию почти дословно из транскриптов NASA; «Марсианин» был проверен учеными NASA и изобрел только один крупный деталь (начальный пыльный шторм); черная дыра в «Интерстелларе» была отображена из уравнений относительности Кипа Торна, но обманывает с орбитами планет; «Гравитация» точно передает визуальные эффекты, но нарушает орбитальную механику почти в каждой сцене. Этот материал проходит через каждое ранжирование с конкретной физикой, которую каждый фильм правильно или неправильно представляет.
1. «Аполлон-13» — Отлично
Рон Ховард пересказывает неудачную лунную миссию, и это, без преувеличения, один из самых научно точных фильмов, когда-либо созданных. И у него было несправедливое преимущество: история была правдивой. Ховард одержимо следил за точностью. Актеры тренировались в самолете NASA с пониженной гравитацией для съемок сцен невесомости, и результатом стали одни из самых убедительных кадров невесомости, когда-либо снятых вне реального космоса. Диалог центра управления полетом был взят почти дословно из транскриптов. Интерьеры космического корабля были тщательно воссозданы. Даже сцена с импровизированным фильтром для углекислого газа — где астронавты вставляют квадратный фильтр в круглый корпус с помощью скотча и картона — произошла почти точно так, как показано. Где фильм берет небольшие вольности, так это в сжатии временных рамок и усилении межличностного напряжения для драматического эффекта. Но физика, инженерия и процедурная реальность космических полетов? Почти безупречны. Оценка точности: 9,5/10
2. «Марсианин» — Отлично
Энди Вейр написал роман, ставший этим фильмом, с почти одержимой преданностью тому, чтобы правильно изобразить Марс. Он рассчитывал орбитальные траектории вручную, исследовал химию марсианской почвы и консультировался с учеными NASA. Ридли Скотт перенес этот дух в производство, и это видно. Изображение использования ресурсов на месте — Марк Уотни выращивает картофель, используя марсианскую почву и свои собственные отходы в качестве удобрения, расщепляя гидразин для производства воды — основано на реальной науке, которую NASA изучала для будущих марсианских миссий. Задержка связи между Землей и Марсом точно изображена. Модули хаба, ровер и даже скафандры отражают реальные концепции дизайна. Большой научный грех? Начальный шторм. Атмосфера Марса менее чем на один процент плотности Земли. Марсианский шторм, даже со скоростью 100 миль в час, казался бы легким ветерком. Он никогда не мог бы опрокинуть антенну или угрожать космическому кораблю. Сам Вейр признал это, назвав это единственным обманом, который ему нужно было сделать, чтобы запустить сюжет. Справедливо. Оценка точности: 9/10
3. «2001: Космическая одиссея» — Пророчески
Шедевр Стэнли Кубрика не только стремился к точности — он предсказал будущее. Работая с Артуром Кларком и консультируясь с инженерами аэрокосмической промышленности, Кубрик создал видение космических путешествий, которое остается удивительно провидческим более чем через полвека. Вращающаяся космическая станция, создающая искусственную гравитацию с помощью центробежной силы? Это реальная физика, и она остается одним из ведущих концепций для долгосрочных космических обиталищ. Тишина космоса в внешних кадрах? Абсолютно точно, и смело для блокбастера показать. Планшетные компьютеры, используемые астронавтами на «Открытие Один», даже сослались на фильм в патентном споре десятилетиями позже. Изображение лунной базы, процедур стыковки космической станции и будничной рутины космических путешествий все еще выглядят удивительно хорошо. Где фильм переходит в спекуляции — сцена Звездных ворот, монолит, сознание HAL — это философские провокации, а не научные утверждения. Оценка точности: 8,5/10
4. «Интерстеллар» — В основном отлично, с сердцевидной звездочкой
Кристофер Нолан привлек Нобелевского лауреата физика Кипа Торна в качестве исполнительного продюсера и научного консультанта, и результаты были революционными. Визуальное изображение черной дыры Гаргантю было сгенерировано из уравнений Торна, и рендеринг был настолько точным, что привел к реальным научным статьям. Эффекты расширения времени вблизи массивного гравитационного тела реальны в общей теории относительности. Планета Миллера, где один час равен семи годам на Земле, научно правдоподобна, учитывая экстремальную близость к вращающейся черной дыре. Изображение гравитационного линзирования вокруг Гаргантю красиво и точно. Замороженные облака на планете Манна — это натяжка, но не невозможность. А затем есть конец. Купер падает в черную дыру и оказывается в тессеракте, где любовь превосходит пространство-время, чтобы общаться между измерениями через гравитацию. Это красивое, эмоционально разрушительное кино. Это также, мягко говоря, не то, что вы найдете в любой учебнике по физике. Сам Торн сказал, что спекулятивные прыжки фильма были преднамеренными — наука является основой, а не клеткой. Оценка точности: 8/10
5. «Первый человек» — Верный и основанный на фактах
Портрет Нила Армстронга Дэмиена Шазелла менее о зрелищности, чем о ощущении. Тесные, клаустрофобные интерьеры капсул «Джемини» и «Аполлон» изображены с документальной точностью. Механическое насилие запуска «Сатурн-5» — тряска, шум, ощущение, что вы сидите на вершине контролируемого взрыва — никогда не было передано более живо. Фильм исторически тщательный, опираясь на авторизованную биографию Джеймса Хэнсена. Технические детали процедур стыковки, аварии «Джемини-8» и лунной посадки обрабатываются с заботой. Если что-то, его приверженность точности делает его более тихим, более созерцательным фильмом, чем ожидали зрители. Оценка точности: 8,5/10
6. «Гравитация» — Визуально идеально, физически сложно
«Гравитация» Альфонсо Куарона — один из самых визуально потрясающих космических фильмов, когда-либо созданных. Долгий, непрерывный открывающий кадр, тишина, прерываемая радио-шумом, Сандра Буллок, крутящаяся в пустоте — это передает визцеральное ужас космического пространства. Но орбитальная механика — это беспорядок. Фильм имеет телескоп «Хаббл», Международную космическую станцию и китайскую станцию «Тяньгун» все в пределах досягаемости скафандра друг от друга. В реальности они орбитируют на совершенно разных высотах и наклонах, разделенных сотнями миль. Цепочка обломков синдрома Кесслера — это реальная и серьезная проблема, но она не разыгрывалась бы в быстром, драматическом ключе, как показано. Есть также сцена, где персонаж Джорджа Клуни должен отпустить трос, или он утащит персонажа Сандры Буллок. В невесомости без относительного движения легкий рывок вернул бы его обратно. Это больно. Тем не менее, фильм точно передает ощущение космоса — хрупкость, изоляцию, тонкую мембрану между жизнью и бесконечной пустотой. Оценка точности: 6,5/10
7. «К звездам» — Красиво и сбивающе с толку
Медитативное путешествие Джеймса Грея в внешнюю Солнечную систему визуально потрясающе и эмоционально богато. Путешествие Брэда Питта с Земли на Луну на Марс на Нептун — это глубоко личная одиссея, завернутая в космическое оборудование. Изображение коммерциализированной Луны с лобби Virgin Atlantic и рестораном Subway неудобно правдоподобно. Сцена погони на лунном ровере захватывающая. Но фильм берет все более дикие вольности по мере развития — катание на ударной волне ядерного взрыва, чтобы сбежать с Нептуна, биология космических приматов и временная шкала путешествия, которая, кажется, игнорирует реальные расстояния. «К звездам» — это фильм о отцах и сыновьях, который происходит в космосе, и он носит свою научную вольность с определенной художественной уверенностью. Оценка точности: 5/10
8. «Не смотрите вверх» — Сатира над наукой
Темная комедия Адама Маккея о комете, убивающей планету, не о астрономии. Это о нас — нашей политике, нашей экосистеме СМИ, нашей патологической неспособности реагировать на экзистенциальные угрозы. Комета сама по себе — Макгаффин. Говоря о том, базовая наука разумна. Процесс обнаружения, расчеты орбиты и общие протоколы реагирования отражают то, что, вероятно, произошло бы, если бы был обнаружен крупный околоземный объект. Персонажи Дженнифер Лоуренс и Леонардо ДиКаприо проходят через каналы, похожие на реальные обсуждения планетарной защиты. Изображение общественного безразличия и политических расчетов кажется, если что, преуменьшенным. Наука отходит на второй план перед сатирой, но она никогда не оскорбляет ваш интеллект. Оценка точности: 6/10 (но это не главное)
9. «Армагеддон» — Весело, громко и научно катастрофично
Фильм-катастрофа Майкла Бэя — абсолютное удовольствие смотреть и абсолютная катастрофа с точки зрения науки. NASA якобы использовала этот фильм в тренировках по управлению — просили новых сотрудников определить как можно больше научных неточностей. Количество обычно превышает 160. Бурение в астероид, чтобы заложить ядерную бомбу? Физика не работает в таком масштабе. Обучение нефтяным буровикам быть астронавтами вместо обучения астронавтов бурению? Абсурдно, и фильм это знает. Гравитация астероида, огонь в космосе, звук взрывов в вакууме, маневры шаттла, которые разорвали бы его — ничего из этого не выдерживает критики. Но вот в чем дело: «Армагеддон» никогда не притворялся реалистичным. Это гимн излишествам, фильм, где Aerosmith играет во время запуска шаттла, а Бен Аффлек спорит с буровым долотом на астероиде. Он работает именно потому, что ему плевать. Оценка точности: 2/10 (оценка веселья: 9/10)
Почему важна точность (и почему нет)
Отношения между Голливудом и реальной космической наукой более симбиотичны, чем может показаться. У NASA есть активный отдел развлечений, и многие режиссеры искренне ищут консультации. Кип Торн не только консультировал «Интерстеллар» — он стал сопродюсером. Тщательное исследование Энди Вейра для «Марсианина» частично было обусловлено инженерами NASA, которые отвечали на его вопросы в онлайн-форумах до того, как кто-либо знал, кто он такой. Эти сотрудничества важны, потому что они формируют общественное воображение. Поколение инженеров, построивших шаттл, выросло, смотря «2001: Космическую одиссею». Студенты, поступающие в аэрокосмические программы сегодня, выросли, смотря «Марсианина» и «Интерстеллар». Когда фильм точно передает науку, он не только развлекает — он вербует. Но давайте не будем слишком придирчивыми. Некоторые из самых культурно влиятельных космических фильмов научно ужасны. «Звездные войны» не в этом списке, потому что это фэнтези, а не научная фантастика, и оно вдохновило больше людей посмотреть на ночное небо, чем тысяча точных симуляций. Лучшие космические фильмы — это те, которые заставляют вас чувствовать что-то — удивление, ужас, одиночество, надежду. Если они также учат вас об орбитальной механике по пути, это прекрасный бонус. А если нет, ну, для этого есть Википедия.