Фильм “Интерстеллар” достаточно точно отражает научные концепции. Некоторые идеи, такие как червоточины и замедление 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 замедления времени. Фильм исследует несколько интригующих концепций, некоторые из которых имеют разную степень научной точности. В этой статье мы глубже 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: возле Сатурна появляется портал, созданный, по-видимому, всемогущими существами из пятого измерения. Червоточина – это своего рода “туннель”, искривляющий пространство-время и позволяющий передавать энергию и информацию с одной стороны на другую. Самое простое объяснение дано в фильме самим Ромилли, но вы можете узнать больше здесь. Но могут ли червоточины существовать на самом деле? Наука предполагает теоретическую возможность их существования, но пока мы не обнаружили ни одной червоточины, что делает их гигантской гипотезой. Кроме того, стены червоточины внутренне нестабильны, поэтому прохождение через нее вызовет ее обрушение. Вероятность найти естественную червоточину крайне мала, поэтому для существования проходимой червоточины ее необходимо создать какой-то развитой цивилизацией, способной двигать 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 десятилетиями являются классикой научной фантастики 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. Фактически, простой дизайн монолитного представления ТАРС получил широкое признание. Частично это дань уважения монолиту из “2001: Космическая одиссея”, но в основном благодаря его забавным шуткам. Робот с жестким прямоугольным дизайном теоретически возможен, но для движения конечностей, как в фильме, потребуется огромный крутящий момент; например, перенос доктора Бренд и выполнение сальто через море потребуют огромной мощности. Реальный робот в такой ситуации, скорее всего, будет иметь колеса и когти вместо рук в виде деталей Лего. Помимо мощности, есть часы программирования, которые потребуются для настройки всего, от словарного запаса до настроек юмора, что сейчас невозможно в одном продукте, 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 уместить в элегантный мобильный блок. Для существования робота вроде ТАРС десятки крупных технологических компаний должны посвятить тысячи людей полной занятости работе над одним продуктом – возможно, на протяжении десятилетий. Фильм объясняет это тем, что это переоборудованный военный робот, что имеет смысл в контексте, но, вероятно, не станет идеальным спутником для пилотируемой межзвездной миссии.
Вердикт: Искусственный интеллект быстро развивается (например, модели класса GPT и антропоморфные роботы вроде Atlas от Boston Dynamics), 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 станет формой выбора.
Как уравнение гравитации помогает массовому исходу человечества?
Уравнение, над которым работает Мерф, называется в фильме просто “уравнением гравитации”. В реальности тоже существует уравнение гравитации, хотя они не совсем одинаковы. В фильме Мерф и профессор Бренд пытаются разгадать доску, полную чисел, чтобы “решить гравитацию”, что означало бы успех плана А – плана эвакуации, который может помочь мировому населению покинуть планету с помощью гравитационных ракет. Она в конце концов находит решение после получения информации о “бесконечной гравитации” внутри черной дыры. Одним из уравнений на доске является версия знаменитого уравнения Эйнштейна, которое является дифференциальным уравнением гравитации, объясняющим все, от Большого взрыва до черных дыр, и практически любые гравитационные аномалии 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 – гравитационная постоянная Ньютона, именно ту величину команда Бренда отчаянно пытается контролировать. Обнаружение гравитационных волн LIGO, зарегистрированное 14 сентября 2015 года (сигнал GW150914) и объявленное в феврале 2016 года, подтвердило одно из ключевых предсказаний Эйнштейна о гравитации. Сигнал исходил от двух сталкивающихся черных дыр примерно в 1,3 миллиарда световых лет от нас. Кип Торн, который был научным консультантом “Интерстеллара”, разделил Нобелевскую премию по физике 2017 года за свои решающие вклады в это открытие. То, что пытается решить Мерф в фильме, по сути, является концептуализированным уравнением Эйнштейна, помогающим “создать свою собственную гравитацию”, что позволило бы поднять целые города в космос. Почти поэтично, что именно работа Эйнштейна в конечном итоге спасает человечество в фильме, вместе с небольшим 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. Ключевым недостающим ингредиентом являются данные изнутри горизонта событий черной дыры (квантовая информация о том, как ведет себя пространство-время, где общая теория относительности разрушается). Поэтому Купер должен упасть в Гаргантю: ТАРС собирает квантовые данные из сингулярности, а Купер передает их Мерф в виде морзянки на секундной стрелке ее 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.
Замедление времени и планета с приливной волной
Это, вероятно, самый большой вопрос в фильме. Как можно, находясь на космическом корабле, прожить 23 года, 4 месяца и 8 дней, в то время как на Земле прошло всего около 3,5 часов? Давайте сначала попробуем понять некоторые основы замедления 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, находящиеся 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 сильно замедляет местное течение времени. Мощные приливные волны, с которыми они сталкиваются, не вызваны быстрым вращением самой планеты; это приливные выпуклости, созданные Гаргантю, и планета качается взад и вперед через них, вращаясь вокруг черной дыры. Планета Миллера, орбитирующая Гаргантю
Ромилли, однако, находится на орбите Гаргантю на расстоянии, что делает эффект гравитации черной дыры на него намного слабее. 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, то 23 года также пройдут для людей на Земле. Никто не испытывает ничего в замедленном темпе. Если бы Купер носил камеру GoPro на голове все 3,5 часа и каким-то образом смог бы мгновенно передать видео на Землю (что невозможно из-за ограничения скорости света), его дочь Мерф увидела бы просто 3,5-часовое видео, а не замедленное. Если бы он транслировал его в прямом эфире на Periscope, Мерф получила бы несколько бит каждые несколько дней или даже недель, и прямая трансляция была бы в сверхмедленном режиме. Для уровня замедления времени, показанного в фильме (один час на планете соответствует примерно семи годам на Земле), Кип Торн рассчитал цифры в обратном порядке. Эффект в основном гравитационный, а не связанный с движением: Гаргантю должна была быть почти максимально вращающейся черной дырой, а планета Миллера должна была находиться чуть за пределами ее горизонта событий. Даже так, чтобы поддерживать стабильную орбиту на этом расстоянии, планета все равно должна двигаться вокруг Гаргантю со скоростью более половины скорости света. Находиться так близко к черной дыре имело бы огромные негативные последствия для планеты, и она, вероятно, не смогла бы существовать в своем нынешнем виде из-за невероятных гравитационных сил.
Вердикт: Математика немного не точна, но позволяя некоторую творческую свободу, поскольку это научно-фантастический фильм, эффекты замедления времени точны. “Интерстеллар” (который отметил свое 10-летие переизданием 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 в Калифорнийском технологическом институте и лауреат Нобелевской премии по физике 2017 года, написал целую книгу об этом под названием “Наука Интерстеллара”, в которой подробно описывает относительность, червоточины и сцены тессеракта. Многие вопросы, возникающие в фильме, объяснены, а его участие перемещает фильм из области научной фантастики в область возможности, несмотря на его метафизические элементы… но это тема для другого дня.
Последнее обновление: Ашиш Тивари