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 были окончательно доказаны. Другие аспекты фильма, такие как 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 из 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 дано Ромилли в самом фильме, но вы можете прочитать об этом здесь, чтобы узнать больше.
Могут ли вообще существовать червоточины? Что ж, наука указывает на теоретическую возможность, но мы еще не обнаружили червоточину, а это значит, что это все еще гипотеза. Помимо этого, стенки червоточины внутренне нестабильны, поэтому путешествие через нее приведет к схлопыванию червоточины. Вероятность найти естественную червоточину ничтожно мала, поэтому для существования проходимой червоточины она должна быть создана какой-то формой продвинутой цивилизации, обладающей силой перемещать целые звезды. Это, действительно, поражает воображение, но теоретическая физика все еще допускает возможность существования червоточин. Нам просто нужно, чтобы существа из 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 черную дыру определенно убьет вас.)
Могут ли существовать роботы, такие как TARS?
Самая сложная часть создания робота, такого как TARS или CASE, — это его искусственный интеллект, а не движения моторов или дизайн. На самом деле, простой дизайн TARS, его монолитное представление, завоевал широкое признание. Отчасти из-за того, что это дань уважения монолиту в «2001 году: Космическая одиссея», но в основном из-за его забавных острот. Жесткий и прямоугольный робот теоретически мог бы работать, но для перемещения его конечностей, как в фильме, потребовалось бы огромное усилие; например, для переноски доктора Брэнд и выполнения колес через море потребовалось бы огромное количество энергии. Реальный робот в такой ситуации, вероятно, имел бы колеса и когти вместо рук в форме Lego.
Помимо мощности, есть часы, которые потребовались бы для программирования всего: от его словарного запаса до настройки юмора, что сегодня невозможно в одном продукте, по крайней мере, в такой же отточенной и детерминированной версии, как TARS. Не говоря уже обо всех датчиках, схемах, проводах и гидравлике, которые пришлось бы упаковать в гладкий мобильный блок. Для существования робота, такого как TARS, десятки крупных технологических компаний должны были бы выделить тысячи людей на полную ставку для работы над одним продуктом — возможно, на десятилетия. В фильме объясняется, что это переоборудованный военный робот, что имеет смысл в контексте, но, вероятно, не был бы идеальным компаньоном в межзвездной миссии с экипажем.
Вердикт: Искусственный интеллект быстро развивается (подумайте о моделях класса GPT и гуманоидных роботах, таких как Atlas от Boston Dynamics), но единый, полностью воплощенный компаньон, такой же остроумный, автономный и физически способный, как TARS, все еще выходит за рамки того, что построила какая-либо компания. Монолитный, пластинчатый дизайн 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, полную чисел, чтобы «решить гравитацию», что означало бы успех Плана А — эвакуационного ответа, который может помочь населению мира переместиться с планеты с помощью гравитационных ракет. В конце концов, она находит его, получив информацию о «бесконечной гравитации» внутри черной дыры.
Одно из уравнений на этой доске — версия знаменитого уравнения поля Эйнштейна, которое является дифференциальным уравнением для гравитации, объясняющим все: от Большого взрыва до черных дыр и практически любой гравитационной аномалии. В письменной форме это уравнение выглядит так: Gμν + Λgμν = (8πG / c4) Tμν: левая сторона кодирует, как искривляется пространство-время, а правая сторона описывает материю и энергию, вызывающие это искривление. «G» в последнем члене — гравитационная постоянная Ньютона, именно то количество, которое команда Брэнда отчаянно пытается научиться контролировать.
Открытие гравитационных волн LIGO, обнаруженное 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 на расстоянии примерно 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 свою 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 некоторого транс-измерительного взаимодействия, конечно.
Вердикт: Уравнения существуют в той или иной 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 Брэнд, никогда не записывается как единая строка; это доска, полная тензорного исчисления. 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 измерения «объема» и выяснить, как контролировать гравитационную постоянную G, чтобы NASA мог 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 там, где 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 наручных часов. Вооружившись этими данными, взрослая Мерф наконец-то может закрыть уравнение и открыть контролируемую гравитацию.
В реальной физике это именно тот тип информации, которого 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 крошечных масштабах), но нет экспериментально подтвержденной теории, которая объединяет их. Существуют кандидаты (теория струн, петлевая квантовая гравитация, причинные динамические триангуляции), 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, вероятно, самый большой вызов в фильме. Как человек в 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 основы замедления времени. Представьте, что мы находимся на поверхности планеты Миллера с Ромилли в космическом корабле, вращающемся вокруг черной 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 огромная гравитация черной дыры резко замедляет местное течение времени. Встречающиеся ими огромные приливные волны не вызваны быстрым вращением самой планеты; это приливные выпуклости, поднятые Гаргантюа, и планета качается вперед и назад сквозь них, когда вращается.
Планета Миллера, вращающаяся вокруг Гаргантюа
Ромилли, однако, вращается вокруг Гаргантюа на расстоянии, что значительно уменьшает влияние гравитации Гаргантюа на него. Обратите внимание, 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 на Земле также пройдет 23 года. 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 бы мгновенно передать это видео на Землю одним кадром (что на самом деле невозможно, поскольку информация не может перемещаться быстрее скорости света), его дочь Мерф увидела бы 3,5-часовое видео, а не замедленное. Однако, если бы он транслировал его в прямом эфире 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 подсчитал цифры в обратном порядке. Эффект в основном гравитационный, а не основанный на движении: Гаргантюа должен быть почти максимально вращающейся черной дырой, а планета Миллера должна находиться прямо за его горизонтом событий. Даже в этом случае, чтобы поддерживать стабильную орбиту на этом радиусе, планете все равно пришлось бы вращаться вокруг Гаргантюа со скоростью более половины скорости света. Нахождение так близко к черной дыре оказало бы огромное негативное влияние на планету, и она, вероятно, не смогла бы существовать в своей нынешней форме из-за невероятных гравитационных сил.
Вердикт: Математика немного неверна, но, позволяя некоторую творческую свободу, поскольку это научно-фантастический фильм, эффекты замедления времени точны.
«Интерстеллар» (который отметил свое 10-летие с повторным показом в формате IMAX 70mm в декабре 2024 года) остается одним из самых физически точных научно-фантастических фильмов, когда-либо снятых. Кип Торн, научный консультант фильма, профессор теоретической физики на пенсии в Калифорнийском технологическом институте и лауреат Нобелевской премии по физике 2017 года, написал целую книгу об этом под названием «Наука «Интерстеллара», подробно описывающую сцены с относительностью, червоточинами и тессерактом. Многие вопросы, возникающие в фильме, объясняются, и его участие приближает фильм к области возможностей от окраин научной фантастики, несмотря на его метафизические элементы… но это тема для другого дня.
Обновлено: Эшш Тивари.