Фильм «Интерстеллар» достаточно точен с научной точки зрения. Некоторые концепции, представленные в фильме, такие как червоточины и замедление времени, подкрепляются теоретической физикой, но 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 эта статья содержит спойлеры, поэтому будьте осторожны, если вы еще не видели фильм.
Могут ли люди действительно путешествовать через червоточины?
Червоточина в фильме «Интерстеллар» — движущая сила всего сюжета: где-то возле Сатурна появляется портал, 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 это значит, что она пока что остаётся гипотетической. Кроме того, стенки червоточины по своей природе нестабильны, поэтому путешествие через неё привело бы к её схлопыванию. Вероятность обнаружения естественной червоточины крайне мала, поэтому для существования проходимой червоточины её необходимо создать какой-то форме продвинутой цивилизации, обладающей силой перемещать целые звёзды. Это действительно поражает воображение, но теоретическая физика всё ещё 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 определённо убьёт вас.)
Могут ли существовать роботы, такие как TARS?
Самая сложная часть создания робота, такого как TARS или CASE, — это его искусственный интеллект, а не моторика или дизайн. Фактически, упрощённый дизайн TARS, его монолитная форма, завоевал широкую популярность. Отчасти из-за того, что это дань уважения монолиту из «2001 года: Космическая одиссея», а в основном — из-за его забавных шуток. Жесткий 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 кувырков в море потребовалось бы огромное количество энергии. Реальный робот в этой ситуации, вероятно, имел бы колёса и клешни вместо рук, похожих на детали Lego.
Помимо мощности, стоит учитывать время, которое потребовалось бы на программирование всего — от его словарного запаса до чувства юмора, что сегодня невозможно реализовать в одном продукте, по крайней мере, в такой же отточенной и детерминированной версии, как у TARS. Не говоря уже обо всех датчиках, схемах, проводах и гидравлике, которые пришлось бы уместить в элегантном мобильном устройстве. Для существования робота, подобного TARS, десяткам крупных технологических компаний пришлось бы выделить тысячи людей для работы над одним продуктом — возможно, на десятилетия. В фильме это объясняется тем, что это переоборудованный военный робот, что имеет смысл в контексте, но, вероятно, не было бы идеальным компаньоном в межзвёздной миссии.
Вердикт: Искусственный интеллект быстро развивается (подумайте о моделях класса GPT и гуманоидных роботах, таких как Atlas от Boston Dynamics), но единый, полностью воплощённый компаньон, такой же остроумный, автономный и физически способный, как TARS, всё ещё 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 и не совсем одинаковы. В фильме Мерф и профессор Брэнд пытаются разгадать доску, заполненную числами, чтобы «решить гравитацию», что означало бы успех Плана А — плана эвакуации, который может помочь населению мира покинуть планету с помощью гравитационных ракет. Она в конце концов находит решение, получив информацию о «бесконечной гравитации» внутри чёрной дыры.
Одно из уравнений на этой доске — версия знаменитого уравнения поля Эйнштейна, дифференциального уравнения гравитации, которое объясняет всё — от Большого взрыва до чёрных дыр и практически любой гравитационной аномалии. В письменном виде 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 эту величину 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 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 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 такое «уравнение» в «Интерстелларе»?
На экране уравнение, над которым одержимо работают Мерф и профессор Брэнд, никогда не записывается в виде одной строки; это доска, заполненная тензорным исчислением. Но Кип Торн, научный консультант фильма, объяснил, что это попытка объединить общую теорию относительности Эйнштейна с квантовой механикой, давно искомой теорией квантовой гравитации. В частности, Брэнд пытается смоделировать гравитационные аномалии (падающий дрон, пылевые узоры в спальне Мерф) как утечку из высшего «объёма» 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 ведёт себя пространство-время там, где общая теория относительности перестаёт работать). Именно поэтому Купер должен упасть в Гаргантуа: TARS собирает квантовые данные из сингулярности, и Купер передаёт их Мерф в виде азбуки Морзе на секундной стрелке её часов. Получив эти данные, взрослая Мерф наконец-то 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 три другие силы в малых масштабах), но нет экспериментально подтверждённой теории, которая объединяет их. Существуют кандидаты (теория струн, петлевая квантовая гравитация, причинно-динамическая триангуляция), но ни один из них не имеет решения в стиле Мерф, которое позволило бы нам поднять города на орбиту.
Замедление времени и планета с приливными волнами
Это, пожалуй, самый сложный момент в фильме. Как может человек в космическом корабле состариться на 23 года, 4 месяца и 8 дней, в то время как на Земле прошло всего около 3,5 часов?
Давайте сначала попробуем понять основы замедления времени. Представьте, что мы находимся на поверхности планеты Миллера, а Ромилли находится в космическом корабле, вращающемся вокруг чёрной дыры Гаргантуа. 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 Гаргантуа, где огромная гравитация чёрной дыры резко замедляет течение времени. Огромные приливные волны, с которыми они сталкиваются, вызваны не быстрым вращением самой планеты; это приливные выпуклости, вызванные Гаргантуа, и планета качается взад и вперёд сквозь них, вращаясь вокруг него.
Ромилли, однако, вращается вокруг Гаргантуа с расстояния, что значительно уменьшает влияние гравитации Гаргантуа на него. Важно отметить, что замедление времени происходит 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 замедления 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 невозможно, поскольку информация не может перемещаться быстрее скорости света), его дочь 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, изображённого в фильме (один час на планете равен примерно семи земным годам), Кип Торн проделал обратные вычисления. Эффект в основном гравитационный, а не основанный на движении: Гаргантуа должен был быть почти максимально вращающейся чёрной дырой, а планета Миллера должна была находиться прямо за его горизонтом событий. Даже в этом случае, чтобы поддерживать стабильную орбиту на этом радиусе, планете всё равно пришлось бы вращаться вокруг Гаргантуа 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, позволяя себе некоторую творческую свободу, поскольку это научно-фантастический фильм, эффекты замедления времени точны.
«Интерстеллар» (который отметил своё 10-летие повторным показом в формате IMAX 70mm в декабре 2024 года) остаётся одним из самых физически точных научно-фантастических фильмов, когда-либо созданных. Кип Торн, научный консультант фильма, эмерит профессор теоретической физики Калифорнийского технологического института и лауреат Нобелевской премии по физике 2017 года, написал целую книгу об этом 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, несмотря на его метафизические элементы… но это тема для другого дня.
Обновлено: Эшиш Тивари