Гравитационное линзирование вращающихся чёрных дыр в астрофизике и в фильме «Интерстеллар»
Общая теория относительности и квантовая космология. Заголовок: Гравитационное линзирование вращающихся чёрных дыр в астрофизике и в фильме «Интерстеллар». Аннотация: «Интерстеллар» — первый фильм Голливуда, который попытался изобразить чёрную дыру так, как она действительно будет выглядеть с ближайшей к ней точки зрения. Для этого мы разработали код под названием DNGR (Double Negative Gravitational Renderer), который решает уравнения для распространения лучей (световых лучей) через искривлённое пространство-время вращающейся (керровой) чёрной дыры, а также создаёт изображения качества IMAX с быстрыми изменениями. Наши методы распространения лучей были критически важны для достижения плавности качества IMAX без мерцания. У этой статьи четыре цели: (i) Описать DNGR для физиков и специалистов по компьютерной графике. (ii) Представить уравнения, которые мы используем, когда камера находится в произвольном движении в произвольной точке близко к керровой чёрной дыре, для отображения источников света на изображения камеры с помощью эллиптических лучей. (iii) Описать новые insight-ы, полученные с помощью DNGR, о гравитационном линзировании, когда камера находится близко к вращающейся чёрной дыре, а не далеко, как почти во всех предыдущих исследованиях. (iv) Описать, как были созданы изображения чёрной дыры Гаргантюа и её аккреционного диска в фильме «Интерстеллар» с помощью DNGR. В этом разделе статьи о аккреционном диске нет новых астрофизических insight-ов, но новичкам в теме может быть педагогически интересно, а любителям кино — интересны обсуждения фильма «Интерстеллар».
Наука о «Интерстелларе» — это нехудожественная книга американского теоретического физика и лауреата Нобелевской премии Kip Thorne, с предисловием от Christopher Nolan. Книга была впервые опубликована 7 ноября 2014 года издательством W. W. Norton & Company. Это его вторая полноформатная книга для неспециалистов после «Чёрных дыр и искажений времени», выпущенной в 1994 году. Наука о «Интерстелларе» — это продолжение текста для фильма Кристофера Нолана «Интерстеллар» (2014), в котором главную роль сыграл Matthew McConaughey, Anne Hathaway и Jessica Chastain. Kip Thorne был научным консультантом и исполнительным продюсером фильма. В этой книге он объясняет научные концепции, лежащие в основе космологических идей фильма.
Книга состоит из семи частей с предисловием от Christopher Nolan и дополнительной главой, посвящённой зарождению идеи «Интерстеллара». Thorne начинает с основополагающей информации о Вселенной, пространстве-времени, физических законах, теории относительности, приливных силах и чёрных дырах. Следующая секция посвящена сверхмассивной чёрной дыре Гаргантю, объясняет её внешний вид и способ создания с помощью компьютерной графики, а также гравитационным ускорением и научно неточным заявлением персонажа в фильме. Затем Thorne переходит к Земле, обсуждая болезнь, поражающую урожаи, развитие технологий межзвёздного путешествия и ещё одно научно неточное заявление в фильме. Следующая часть посвящена червяму, объясняя основы работы червей, способ визуализации червя в «Интерстелларе» с помощью компьютерной графики и метод, с помощью которого червь мог быть обнаружен в вселенной «Интерстеллара» посредством обнаружения гравитационных волн. Затем Thorne исследует развитие планет, орбитальных вокруг сверхмассивной чёрной дыры, и способ, которым планеты, изображённые в фильме, могли бы образоваться в реальности. Следующая секция посвящена некоторым более продвинутым и экстремальным физическим явлениям, изображённым в фильме, включая большие дополнительные измерения, искажение гравитационной постоянной и различные типы сингулярностей внутри чёрной дыры, включая BKL, mass-inflation и shock singularities. Последняя часть посвящена кульминации фильма, включая падение Купера в чёрную дыру Гаргантю, сцену с тессерактом и четырёхмерное пространство, а также спасение колоний людей с Земли.