«Нашу вселенную уничтожат»: Наука за кадром «Интерстеллара» — Salon.com
В «Интерстелларе» гравитационные аномалии заинтриговывают профессора Брэнда по двум причинам. Если он сумеет разгадать их природу, это может привести к революции в нашем понимании гравитации, революции не меньшей, чем законы относительности Эйнштейна. Гораздо важнее: если он научится управлять аномалиями, это позволит NASA вывести большие колонии людей с умирающей Земли и отправить их к новому дому в другом конце вселенной. Для профессора ключом к пониманию и контролю аномалий является уравнение, которое он написал на своей доске. В фильме он и Мёрф пытаются решить его. Записные книжки Мёрф и профессора Брэнда — и доска до начала съёмок
Перед началом съёмок две талантливые студентки-физики из Калифорнийского технологического института заполнили записные книжки расчётами по уравнению профессора. Элена Мурчикова аккуратно написала в чистой, новой книжке расчёты взрослой Мёрф, с изысканным почерком. Кит Мэттьюз заполнил старую, потёртую книжку расчётами профессора Брэнда, с более небрежным почерком, как у стариков. В фильме взрослую Мёрф (Джессика Частейн) видно, как она обсуждает математику в своей книжке с профессором (Майкл Кейн). Мурчикова, специалист по квантовой гравитации и космологии, присутствовала на съёмочной площадке, чтобы проконсультировать Частейн по диалогам и записям в книжке, а также тому, что она должна писать на доске. Было удивительно видеть этих двух умных и красивых женщин из совершенно разных миров, обе с ярко-красными волосами, сгорбившихся вместе. Что до меня, я заполнил доску профессора Брэнда диаграммами и математикой, включая его уравнение — ТО уравнение — по просьбе, разумеется, Кристофера Нолана. И мне было большое удовольствие беседовать с Майклом Кейном, который, казалось, видел во мне своего рода прототип для профессора, которого он играл. И большое удовольствие было наблюдать, как Крис, мастер своего дела, превращает сцены, которые он снимает, в ту форму, которую он хочет. Несколько недель до съёмок в кабинете профессора Крис и я обсуждали, каким должно быть ТО уравнение. Вот мой долгий научный взгляд на то, что в итоге получилось — моё предположение о сюжете фильма. Источник аномалий — Пятимерное измерение
В моём предположении, профессору не требуется много времени, чтобы убедиться, что аномалии вызваны гравитацией из пятого измерения. Из булка. Почему? Внезапные изменения приливной гравитации не имеют видимого источника в нашей четырёхмерной вселенной. Например, в моём предположении, команда профессора наблюдает, как приливная гравитация над нефтяным месторождением за считанные минуты меняется с ожидаемого узора (верхнее изображение, ниже) на радикально другой узор (нижнее изображение). Нефть не сдвинулась. Камни не сдвинулись. Ничего в нашей четырёхмерной вселенной не изменилось, кроме приливной гравитации. Эти внезапные изменения должны иметь источник. Если источник не в нашей вселенной, на нашей бране, то есть только одно другое место, где он может быть, рассуждает профессор: в булке. В моём предположении, профессор может придумать только три способа, как что-то в булке может создавать эти аномалии, и первые два он быстро отвергает: 1. Некий объект в булке — возможно, даже живой объект, существо из булка — может приблизиться к нашей бране, но не пройти сквозь неё. Гравитация объекта распространяется через все измерения булка и поэтому может достичь нашей браны. Однако, слой AdS, окружающий нашу брану, заставит линии тенденций объекта стать параллельными нашей бране, позволяя только микроскопической части достичь нашей браны. Поэтому профессор отвергает это. 2. Объект из булка, проходящий через нашу брану, может создавать приливную гравитацию, которая меняется по мере движения объекта. Однако, в моём предположении, большинство узоров меняющейся гравитации, которые наблюдала команда профессора, не подходят под это объяснение. Линии тенденций обычно более диффузны, чем у локализованного объекта. Некоторые приливные аномалии могут быть от локализованных объектов, но большинство, должно быть, что-то другое. 3. Поля из булка, проходящие через нашу брану, могут создавать меняющуюся приливную гравитацию (левая часть, ниже). Это, заключает профессор в моём предположении, наиболее вероятное объяснение большинства аномалий. Что такое «поле из булка»? Физики используют слово «поле», чтобы обозначить что-то, что распространяется через пространство и оказывает силы на то, что встречает. Мы уже встречались с несколькими примерами полей, живущих в нашей вселенной, нашей бране: магнитные поля (сборники линий магнитной силы), электрические поля (сборники линий электрической силы), гравитационные поля (сборники линий гравитационной силы); и приливные поля (сборники линий растяжения и сжатия тенденций). Поле из булка — это сборник линий силы, проживающий в пятимерном булке. Какие линии силы, профессор не знает, но он предполагает; см. ниже. Диаграмма ниже показывает поле из булка (пунктирные фиолетовые линии), проходящее через нашу брану. Это поле из булка генерирует приливную гравитацию в нашей бране (красные и синие линии тенденций). По мере изменения поля из булка, его приливная гравитация меняется, что, по мнению профессора, вызывает большинство наблюдаемых аномалий. Но это не единная роль полей из булка, подозревает он — в моём предположении. Они также могут контролировать силу гравитации, производимой объектами, живущими в нашей бране, такими как камень или планета. Поля из булка контролируют силу гравитации
Гравитация каждой маленькой частицы материи в нашей бране подчиняется, с высокой точностью, закону обратных квадратов Ньютона (главы 2 и 23): её гравитационное притяжение воплощено в формуле g = Gm/r2, где r — расстояние до этой частицы материи, m — масса этой частицы материи, а G — гравитационная постоянная Ньютона. Это G контролирует общую силу гравитационного притяжения. В более точной, релятивистской версии законов гравитации Эйнштейна, сила гравитации и сила всех искривлений пространства и времени, производимых материей, также пропорциональны этому G. Если булка не существует — если единственное, что существует, это наша четырёхмерная вселенная — то релятивистские законы Эйнштейна говорят, что G абсолютно постоянна. Одна и та же везде в пространстве. Никогда не меняется со временем. Но если булка существует, то релятивистские законы позволяют этому G меняться. Оно, возможно, контролируется полями из булка, предполагает профессор. Оно, вероятно, контролируется полями из булка, думает он. Это лучшее объяснение одной из наблюдаемых аномалий в моём предположении о сюжете фильма. Сила притяжения Земли немного меняется от места к месту из-за разной плотности пород, нефти, океанов и атмосферы. Спутники, обращающиеся вокруг Земли, отображают эту меняющуюся силу. На 2014 год наиболее точная карта — от спутника GOCE Европейского космического агентства (верхняя карта ниже). В 2014 году гравитация Земли была слабейшей в южной Индии (синяя точка) и сильнейшей в Исландии и Индонезии (красные точки). В моём предположении, эта карта не менялась заметно, пока не начали появляться аномалии. Затем однажды, довольно внезапно, гравитационное притяжение Земли в Северной Америке ослабло, а в Южной Африке усилилось (нижняя карта). Профессор Брэнд попытался объяснить это как изменение приливных сил, производимых полями из булка, но с трудом. Лучшее объяснение, которое он смог найти, заключается в том, что гравитационная постоянная G увеличилась внутри Земли, под Южной Африкой, и уменьшилась внутри Земли, под Северной Америкой. Порода под Южной Африкой вдруг начала притягивать сильнее; порода под Северной Америкой вдруг начала притягивать слабее! Эти изменения, должно быть, были вызваны каким-то полем из булка, проходящим через нашу брану и контролирующим G, рассудил профессор. Поля из булка не только ключ к гравитационным аномалиям на Земле, считает профессор Брэнд (в моём предположении). Поля из булка также играют две другие важные роли: они держат червоточину открытою, и они защищают нашу вселенную от уничтожения. Держание червоточины открытою
Червоточина, соединяющая нашу солнечную систему с окрестностями Гаргантюа, если оставить её саму по себе, сожмётся. Наше соединение с Гаргантюа будет разорвано. Это несомненный вывод законов относительности Эйнштейна. Если булка не существует, то единственным способом держать червоточину открытой является её заполнение экзотической материей, отталкивающей гравитацию. Темная энергия, которая, возможно, ускоряет расширение нашей вселенной, вероятно, не достаточно отталкивающая. Фактически, в 2014 году, вероятно, законы квантовой физики предотвращают даже чрезвычайно развитую цивилизацию от сбора достаточного количества экзотической материи, чтобы держать червоточину открытой. И я предполагаю, что этот вывод ещё более определён в эпоху профессора Брэнда. Но есть альтернатива, осознаёт профессор в моём предположении о сюжете фильма. Поля из булка могут выполнить эту работу. Они могут держать червоточину открытой. И поскольку профессор думает, что червоточина была построена и размещена рядом с Сатурном полями из булка, поля из булка, держащие её открытой, кажутся ему естественными. Защита нашей вселенной от уничтожения
Чтобы гравитация в нашей вселенной подчинялась закону обратных квадратов Ньютона с высокой точностью, наша брана должна быть зажата между двумя ограничивающими бранами с AdS-искривлением между ними. Однако, ограничивающие браны наполнены давлением и склонны сгибаться, как игральная карта, зажатая между двумя пальцами. Это несомненный прогноз законов относительности Эйнштейна, применённых к булку и бранам. Это сгибание, если его не противодействовать, заставит ограничивающие браны столкнуться с нашей браной — с нашей вселенной. Наша вселенная будет уничтожена! Очевидно, наша вселенная не была уничтожена, отмечает профессор в моём предположении. Поэтому что-то должно предотвращать сгибание ограничивающих бран. Единственное, что он может придумать, чтобы выполнить эту работу, — это поля из булка. Всякий раз, когда ограничивающая брана начинает сгибаться, поля из булка, должно быть, каким-то образом оказывают на неё силу, толкая её обратно в свою правильную, прямую форму. Уравнение профессора, наконец!
Законы физики выражаются на языке математики. До того, как Коопер встретил профессора Брэнда (в моём предположении о сюжете фильма), профессор попытался создать математическое описание полей из булка и того, как они могут создавать аномалии, контролировать гравитационную постоянную G нашей вселенной, держать червоточину открытой и защищать нашу брану от столкновений. Создавая эту математику, профессор руководствовался трофеем наблюдательных данных, собираемых его командой, и законами физики Эйнштейна в пяти измерениях. Профессор воплотил все свои прозрения в одно уравнение, ТО уравнение, которое он написал на одной из шестнадцати досок в его кабинете. Коопер видит уравнение на своей первой поездке в NASA, и уравнение всё ещё там, тридцать лет спустя, когда Мёрф выросла и стала выдающимся физиком, и помогает профессору пытаться его решить. Это уравнение называется «Действие». Существует хорошо известная (для физиков) математическая процедура, чтобы начать с такого Действия и из него вывести все не-квантовые физические законы. Уравнение профессора, в сущности, является матерью всех не-квантовых законов. Но для того, чтобы оно дала правильные законы — законы, которые правильно предсказывают, как создаются аномалии, как держится открытой червоточина, как контролируется G и как защищается наша вселенная — уравнение должно иметь точно правильную математическую форму. Профессор не знает правильной формы. Он угадывает. Его угадывание — образованное угадывание, но всё же угадывание. Его уравнение содержит множество угадываний: угадывания для вещей, называемых «U(Q), Hij(Q2), Wij, и M(стандартные модельные поля)» на его доске. В сущности, это угадывания о природе линий сил полей из булка и о том, как они влияют на нашу брану, и как поля в нашей бране влияют на них. Когда профессор и его команда говорят о «решении его уравнения», в моём предположении они имеют в виду два вещи. Во-первых, выяснить правильные формы для всех этих вещей, которые они угадывают: «U(Q), Hij(Q2), Wij, и M(стандартные модельные поля)». Во-вторых (следуя хорошо известной процедуре), вывести из его уравнения всё, что он хочет знать о нашей вселенной, об аномалиях, и, самое главное, о том, как контролировать аномалии, чтобы поднять колонии с Земли. Когда персонажи в фильме говорят о «решении гравитации», они имеют в виду то же самое. В фильме, когда профессор очень стар, мы видим, как он и взрослая Мёрф пытаются решить его уравнение с помощью итераций. На доске они делают список угадываний для неизвестных вещей (угадывания, которые я написал на доске непосредственно перед съёмкой сцены). Затем, в моём предположении, Мёрф вставляет каждое угадывание в огромную компьютерную программу, которую они написали. Программа вычисляет физические законы для этого угадывания, и эти законы предсказывают, как ведут себя гравитационные аномалии. В моём предположении, ни одно из угадываний не предсказывает аномалии, которые выглядят каким-либо образом как наблюдения. Но в фильме профессор и Мёрф продолжают пробовать. Они продолжают итерироваться: делать угадывание, вычислять последствия, отказываться от угадывания и переходить к следующему угадыванию, одно угадывание за другим за другим за другим, пока не наступит усталость. Затем они начинают заново на следующий день. Немного позже в фильме, когда профессор на смертном одре, он признавается Мёрф: «Я обманул, Мёрф. Я обманул тебя». Это трогательная сцена. Мёрф предполагает, что он знал, что что-то не так с его уравнением, знал с самого начала. И доктор Манн рассказывает дочери профессора то же самое в равной степени трогательной сцене на планете Манна. Но, на самом деле — Мёрф осознаёт, вскоре после смерти профессора — «Его решение было правильным. У него было это много лет. Это половина ответа». Другая половина может быть найдена внутри чёрной дыры. В сингулярности чёрной дыры. Выдержка из «Наука «Интерстеллара» Кипа Торна. Издательство W.W. Norton and Co. Inc. Авторское право 2014 г. Кип Торн. Перепечатано с разрешения издателя. Все права защищены.
«Интерстеллар» (2014) объяснён | Кристофер Нолан — Flickside
Что, если самый потрясающий момент в кино не был о спасении мира, а о преодолении невозможного? Сцена стыковки в «Интерстелларе» концентрирует всё, что Нолан делает лучше всего: точность, напряжение и хаос в идеальном синхронизме. Коопер борется с физикой и судьбой одновременно. Но под всем этим спектаклем — история о любви, времени и устрашающей красоте не знать нашего места во вселенной. ИНТЕРСТЕЛЛЯР ОБЪЯСНЁН Где всё началось
История начинается с Коопера, бывшего пилота NASA, превратившегося в фермера, борющегося с умирающей Землёй. Пыльевые бури бушуют, урожаи умирают, и надежда тускнеет. Нет ярких образов апокалипсиса. Просто тихий коллапс цивилизации, которая перестала смотреть вверх. Дочь Коопера, Мёрф, верит, что в её комнате есть «призрак»: что-то, что двигает предметы, оставляя странные узоры в пыли. Но это не преследование; это гравитация, пытающаяся общаться. Аномалия ведёт их к координатам: секретному объекту NASA, который думали, что давно заброшен. Внутри профессор Брэнд и его команда планируют последнюю миссию, чтобы спасти человечество. И Коопер становится их лучшим пилотом, но цена ужасна: он должен оставить своих детей. Возможно, навсегда. Координаты, аномалия, время — ничего не кажется случайным. Это, как будто что-то, или кто-то, направляет их. Под всем этим научным сюжетом фильм никогда не теряет из виду то, что движет его персонажами. Связь. Связь Коопера с Мёрф даёт миссии её сердце. Есть причина, почему он хочет вернуться на Землю, но это больше, чем это. Перед уходом Коопер даёт Мёрф свой часы. Эти часы — не просто сувенир.
Когда время становится врагом
Время — это суть в «Интерстелларе». Достичь червоточины рядом с Сатурном — это двухлетняя поездка сама по себе. На борту «Эндьюранса» Коопер и его экипаж — Амелия Брэнд, Ромилли, Дойл и роботы ТАРС и КЕЙС — отправляются в миссию, которая может спасти человечество или оставить их в ловушке навсегда. Их задача: исследовать три потенциально пригодные для жизни планеты, идентифицированные через червоточину. Миллер, Манн и Эдмундс, все названы в честь учёных, которые впервые их исследовали. Все три вращаются вокруг гигантской чёрной дыры под названием Гаргантюа. Первая планета, Миллер, — это бесконечный океан, где один час равен семи годам на Земле. Миллер уже ушла, стёртая приливными волнами. Это жестокое напоминание о том, как быстро время может уничтожить всё, что мы боремся, чтобы сохранить. После потери Дойла и почти что убежав, Коопер и Брэнд возвращаются на «Эндьюранс», только чтобы обнаружить, что 23 года прошли на Земле. Мёрф теперь взрослая, и Коопер наблюдает, как десятилетия её жизни проходят за минуты. Это одна из самых разрушительных сцен фильма. Любовь — это ключ
В одной из самых обсуждаемых сцен фильма доктор Брэнд говорит: «Любовь — это единственное, что мы способны воспринимать, что превосходит измерения времени и пространства». Эта строка может звучать глупо, но это несомненная тема фильма. Любовь, а не логика, движет миссией. Это то, что держит Коопера: необходимость убедиться, что у Мёрф есть будущее. Брэнд, тем временем, всё ещё надеется достичь Эдмунда, человека, которого она любит, застрявшего на другой планете. Но чтобы добраться туда, потребуется больше топлива, что означает, что Коопер никогда не сможет вернуться домой. Любовь вдохновляет, но она также затуманивает суждение. Коопер обвиняет Брэнд в том, что он позволил эмоциям перекрыть разум. В конечном итоге, они отправляются на планету Манна. Его сигналы сильнее, и он ближе. Но что рискованнее, чем любовь, затуманивающая суждение? Desperation. Планета Манна — это замёрзшая пустыня. Когда экипаж приземляется на его планете, они находят Манна живым, но разбитым. Его данные были поддельными. Он лгал, чтобы быть спасённым. Его обман стоит Ромилли его жизни и почти убивает Коопера. Риск Манна заканчивается его смертью, когда он не может безопасно состыковаться с «Эндьюранс». Его смерть — урок: выживание само по себе недостаточно. Без цели, это бессмысленно. С «Эндьюранс» почти без топлива, Коопер и Брэнд делают последнюю ставку: использовать гравитацию Гаргантюа для слингшота, чтобы отправить Брэнда к планете Эдмунда. План: сбросить ТАРС в чёрную дыру, чтобы он собрал данные изнутри сингулярности, данные, которые, возможно, наконец спасут человечество. Что такое сингулярность?
Это центр чёрной дыры, где гравитация настолько сильна, что время, пространство и физика перестают работать так, как мы их знаем. Всё, что подходит слишком близко, раздавливается. И всё же, парадоксально, это также место создания. ТАРС погружается первым, чтобы собрать квантовые данные изнутри сингулярности, прежде чем его разрушат. Коопер следует, отсоединяя свой модуль, чтобы дать Брэнду достаточно импульса, чтобы достичь планеты Эдмунда, жертва, которая также ставит его в положение, чтобы достичь этих данных. Он просыпается внутри загадочного тессеракта. Громадная, многомерная решётка комнаты Мёрф из детства. Время здесь не линейно. Оно существует сразу. Оно физическое, осязаемое. Коопер может двигаться по нему, достичь моментов, общаться через прошлое. Почему комната Мёрф?
Потому что это единственное место, где Коопер может достичь Мёрф: точка, где гравитация уже соединила их через время. Это место, где аномалия впервые появилась, где Мёрф заметила «призрака». Тессеракт был построен вокруг этого момента, чтобы Коопер мог передать квантовые данные, которые ей нужны, чтобы решить уравнение гравитации — единственный способ человечества покинуть Землю. Внутри он осознаёт, что он был призраком всё это время. Используя гравитацию, он кодирует данные в секундную стрелку часов, дав Мёрф ключ, чтобы завершить уравнение и спасти человечество. Многие годы профессор Брэнд утверждал, что он близок, но отсутствующий кусок — квантовые данные — мог прийти только изнутри чёрной дыры, из самой сингулярности. Если Коопер не нашёл бы их, единственным резервным планом человечества был План Б: засеять жизнь из эмбрионов на другой планете. План, о котором он не знал, когда ушёл. Объяснение конца: кто построил тессеракт?
Коопер осознаёт, что тессеракт был построен будущими людьми, которые упоминаются в фильме как «они». Как они его создали, не важно. Важно то, почему они это сделали: чтобы дать человечеству способ выжить. Как Коопер смог направить Мёрф своей любовью, кто-то, где-то, хотел, чтобы он преуспел. Любовь в конечном итоге служит объяснением самого тессеракта. Это петля компасионности, а не парадокс. Мёрф декодирует часы и решает уравнение гравитации. Человечество покидает Землю. Коопер выживает, спасённый людьми на гигантской космической станции, названной в честь его дочери. Он объединяется с Мёрф, которая состарилась на восемь десятилетий и теперь близка к смерти, в то время как Коопер почти не состарился, благодаря времени. «Ни один родитель не должен смотреть, как умирает его ребёнок», говорит она ему. (сохранить видео-клип как есть) Эдмунд не выжил, но Брэнд безопасно приземлился на новой планете. Конец не просто о выживании, это о создании. Внутри чёрной дыры сингулярность становится и концом, и началом, где разрушение рождает понимание. Будущие люди построили тессеракт, чтобы помочь Кооперу передать Мёрф данные, закрыв петлю, которая началась с «призрака» в её комнате. Сингулярность становится точкой, где наука и любовь пересекаются. СМОТРИ: Нолан спрятал «Одиссею» в каждом своём фильме Наука за «Интерстелларом»
«Интерстеллар» черпает из нескольких научно-фантастических классиков. «2001: Одиссея в космосе», «Правильная ставка», «Солярис», «Тихий бег», и «Аполлон 13». Но он ближе всего к «Контакту» Роберта Земекиса 1997 года, основанному на романе Карла Сагана. В фильме Джоди Фостер играет учёного, декодирующего сообщение из глубокого космоса — чертёж машины, которая позволяет ей путешествовать по вселенной и, в конечном итоге, столкнуться с чем-то глубоко личным: потерей отца. Если это звучит знакомо, это не совпадение. Роман Сагана был вдохновлён исследованием физика Кипа Торна о червоточинах, та же наука, которая позже сформировала «Интерстеллар». Торн и продюсер Линда Обст, которые работали вместе над «Контактом», начали разрабатывать свою собственную космическую историю: идея, которая в конечном итоге стала «Интерстеллар», с Стивеном Спилбергом, изначально прикреплённым к режиссуре. Проект действительно сформировался, когда Джонатан Нолан присоединился к написанию сценария — изначально для версии Спилберга. Он провёл годы, изучая относительность, реальные проблемы NASA и даже пыльные бури 1930-х годов, чтобы заземлить историю умирающей Земли в реальности. Когда Спилберг ушёл из проекта, Кристофер Нолан вошёл, уточнив сценарий своего брата в фильм, который мы знаем сегодня. Для фильма Кип Торн помог разработать чёрную дыру, эффекты замедления времени и последовательности тессеракта. И если вы когда-нибудь задумывались, как всё это могло бы на самом деле работать (от искривления пространства-времени до передачи данных через часы) Торн разбирает всё это в своей книге «Наука «Интерстеллара». Нолан взял творческие свободы, конечно, но «Интерстеллар» всё же даёт нам один из самых реалистичных чёрных дыр, когда-либо показанных на экране. Достаточно реалистичный, чтобы даже учёные спорили об этом. И под всем этим научным и спектаклем, «Интерстеллар» для меня, на самом деле, о одном вопросе: что значит оставаться человеком, когда всё остальное тускнеет? Что-то, над чем задуматься в следующий раз, когда вы будете восхищаться последовательностью стыковки.
Искажённая наука «Интерстеллара» (6/6): окончательное уравнение, Жан-Пьер Луминет
Продолжение предыдущей статьи «Искажённая наука «Интерстеллара» (5/6) В ноябре 2014 года, блокбастер Холливуда и научно-фантастический фильм «Интерстеллар» вышел на экраны, и много медиатической экзальтации возникло вокруг него. Это последняя из серии из 6 статей, посвящённых анализу некоторых научных аспектов фильма, адаптированная из статьи, которую я опубликовал прошлой весной в Inference: International Review of Science. Окончательное уравнение
В самом конце фильма, персонаж-учёный по имени Мёрф начинает писать уравнение, направленное на решение проблемы несовместимости общей теории относительности и квантовой механики. Мы можем видеть доски, заполненные диаграммами и уравнениями, которые, как предполагается, являются возможным путём к «окончательному уравнению» так называемой «Теории Всего». Если открыта учёными, это, в конечном итоге, поможет решить все проблемы человечества. Я не буду обсуждать наивность такого взгляда, но кратко обсудю вопрос, имеет ли смысл уравнения на экране. Сначала мы можем сомневаться, потому что объединение общей теории относительности и квантовой механики остаётся нерешённым — даже если различные подходы, такие как петлевая квантовая гравитация[1], теория струн[2] (из которых модель Рэндала-Сандерсона, упомянутая выше, является очень частным решением) или не-коммутативная геометрия[3], интенсивно исследуются теоретическими физиками по всему миру. Очевидно, что создатели «Интерстеллара» сделали ставку на самый «модный» попытку объединить все фундаментальные взаимодействия: теорию струн. Теория струн утверждает, что фундаментальные компоненты материи не являются точечными частицами, а открытыми или замкнутыми струнами на масштабе планковской длины (10-33 см), чьи колебательные режимы определяют свойства частиц. В этой рамке, пространство-время становится производным концептом, который имеет смысл только на масштабе, большем, чем масштаб струн. Теория струн, которая существует в пяти разных вариантах, вызвала такой сильный интерес, что в 1990-х годах некоторые теоретики думали, что она способна дать «Теорию Всего». Однако, математические трудности, связанные с ней, колоссальны, и неясно, будут ли они решены в будущем[4]. Пять разных теорий струн породили более крупную предполагаемую теорию, из которой теории струн были бы лишь пределами: не только одномерные линии могли бы колебаться, но также и двумерные поверхности и другие пространства более высоких измерений, такие как мембраны — отсюда и название M-теории, данное этой гипотезе. Возвращаясь к окончательному уравнению, кратко увиденному в «Интерстелларе» на доске Мёрф, что-то, похожее на то, что я помню, физики, которые знают немного о теории струн, узнают так называемое эффективное действие M-теории в низшем приближении её пертурбативного развития. Проще говоря, это даёт намек на то, каким будет «окончательное уравнение» физики, если M-теория является правильной рамкой. Это, вероятно, не так, но я предполагаю, что Кип Торн сделал кивок теоретикам струн, чтобы показать, что, по его мнению, будущая Теория Всего, вероятно, будет похожа на M-теорию. Я не разделяю эту точку зрения, но довольно неожиданно, чтобы найти такую сложную информацию в голливудском фильме. Сроки g5 и d5x означают, что мы имеем дело с теорией в 5 измерениях: 1 для времени и 4 для пространства, как в случае Рэндала-Сандерсона. В четырёхмерном пространстве без кривизны аналог куба называется гиперкубом или тессерактом. Тессеракт — это то, что куб является для квадрата. Так же, как поверхность куба состоит из 6 квадратных граней, гиперповерхность тессеракта состоит из 8 кубических ячеек, давая визуальный эффект, который был захватывающе представлен в «Интерстелларе». Но для меня, с художественной точки зрения, я гораздо больше тронут картиной «Корпус Хиперкубус» (1954), написанной Сальвадором Дали. Испанский художник изобразил крестifixion как тессеракт, чтобы показать, что, как Бог может существовать в пространстве, необъяснимом для людей, гиперкуб существует в четырёх пространственных измерениях, которые также недоступны для обычных умов. Завершение
Опубликованный несколько месяцев до «Интерстеллара», научно-фантастический триллер «Гравитация» был похвален за впечатляющие изображения невесомости и враждебной природы космоса[5]. Большая часть науки, показанной в «Гравитации», может быть понята в рамках ньютоновой теории, опубликованной более 400 лет назад. В резком контрасте, понимание большинства явлений, изображённых в «Интерстелларе», требует некоторого понимания общей теории относительности, а также квантовой механики, и даже немного теории струн. Результат — заинтриговывающий и замечательный фильм, который пытается соединить великолепную историю и точную науку. Но «Интерстеллар» — это работа научной фантастики. Художественная свобода и научная экстраполяция являются частью игры. Оценка точки, в которой наука уступает место научной фантастике, сама по себе является полезным образовательным занятием. ССЫЛКИ [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» — доски профессора Брэнда
16 досок профессора Брэнда
Вот шестнадцать досок в кабинете профессора Брэнда в фильме «Интерстеллар». Из них физик может вывести предположения профессора о причинах гравитационных аномалий, видимых в фильме. | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | Вопросы или комментарии? Пожалуйста, свяжитесь с joann[at]caltech.edu Последнее изменение 3-2-17 | | | | |
Чем закончился «Интерстеллар» (2014) — объяснение концовки | MovieSense
ВНИМАНИЕ: ниже раскрыты все ключевые повороты. «Призрак» в комнате Мёрф — это сам Коопер. Фильм открывается загадкой: кто-то сбрасывает книги с полки и выкладывает пылью координаты. Ответ, данный лишь в третьем акте, переворачивает всю структуру: гравитационные аномалии всегда были посланиями Коопера из будущего. Значит, Коопер отправился в космос потому, что сам себя туда и отправил, — сюжет замкнут в петлю с первого кадра. Ложь профессора Брэнда. Умирая, Брэнд признаётся Мёрф, что решил уравнение гравитации давно — и знал, что оно нерешаемо без данных из-под горизонта событий чёрной дыры. «План А» (эвакуация всех живущих) с самого начала был фикцией, призванной мотивировать людей; настоящей целью всегда был «план Б» — колония из замороженных эмбрионов. Это ретроспективно перекрашивает всю миссию: Коопер улетел, обманутый человеком, которому доверял, и его дочь узнаёт правду раньше него. Планета Миллер. Ближайшая к Гаргантюа планета оказывается покрыта мелководьем с километровыми приливными волнами; час здесь равен семи земным годам. Сигнал «пригодна для жизни» шёл всего несколько минут по местному времени — Миллер погибла почти сразу после посадки. Из-за этой ошибки экипаж теряет двадцать три года, и Коопер, вернувшись на корабль, отсматривает записи, где его сын вырос, женился и потерял ребёнка, а Мёрф достигла возраста самого Коопера. Предательство доктора Манна. Манн подделал данные о пригодности своей планеты, потому что не смог вынести одиночества и смерти. Он пытается убить Коопера, бросает его на замёрзшей планете и захватывает корабль; при попытке ручной стыковки без разрешения он гибнет вместе с частью «Эндьюранс». Это самый жестокий тезис фильма: героизм разрушается не злом, а страхом. Тессеракт. Коопер и TARS падают в Гаргантюа, чтобы уменьшить массу корабля и дать Амелии дойти до планеты Эдмундса. Внутри Коопер попадает в тессеракт — пятимерную конструкцию, где время развёрнуто как пространственное измерение, а «комната Мёрф» повторяется бесконечно во все моменты её жизни. Существа, построившие его («они»), по предположению Коопера, — не инопланетяне, а люди далёкого будущего, эволюционировавшие настолько, что владеют энергиями и доступом ко всей вселенной. Ключевая деталь: пятимерные существа воспринимают время целиком, но не могут выбрать в нём точку — у них нет привязки. У Коопера она есть: любовь к дочери. Именно поэтому тессеракт построен вокруг Мёрф. Передача данных. TARS собирает квантовые данные из-под горизонта событий, и Коопер передаёт их азбукой Морзе через секундную стрелку тех самых часов, которые подарил дочери перед отлётом. Взрослая Мёрф возвращается на ферму, понимает, что призраком был отец, и решает уравнение — человечество удаётся эвакуировать на орбитальные станции. Финал. Тессеракт закрывается, Коопера выбрасывает через червоточину, и его подбирают у Сатурна. Он приходит в себя на станции «Купер» — названной, как выясняется, не в его честь, а в честь Мёрф. Ему 124 года по земному счёту, дочери — за девяносто, она умирает в окружении собственных детей и внуков. Мёрф отсылает отца прочь: ни один родитель не должен смотреть, как умирает его ребёнок, а её история завершена. Последний кадр — Коопер угоняет корабль и летит к Амелии Брэнд, которая в одиночестве, похоронив Эдмундса, разворачивает колонию на пригодной планете. Что становится ясно только после просмотра. Первая сцена фильма — интервью пожилых людей о пыльных бурях — это не документальная вставка из прошлого, а воспоминания выживших, записанные уже на станции: то есть фильм с самого начала рассказан из будущего, где спасение уже произошло. Название станции, часы, «призрак», выбор Амелии в пользу планеты Эдмундса — все эти линии в финале сходятся в одну мысль: человечество спасло себя само, а инструментом этого спасения стала частная, «нерациональная» любовь одного отца к одной дочери.