Вот переработанный текст:
—
В статье Wired «Карта странного и хаотичного пространства-времени внутри чёрных дыр» (оригинал опубликован в Quanta Magazine) речь идёт о том, что в начале времени и в центре каждой чёрной дыры находится точка бесконечной плотности, называемая сингулярностью. Чтобы исследовать эти загадки, учёные используют то, что знают о пространстве, времени, гравитации и квантовой механике, и применяют это к месту, где все эти вещи просто перестают работать. Возможно, в Вселенной нет ничего, что так бы заставляло воображение работать больше. Физики всё ещё верят, что если они смогут придумать согласованное объяснение того, что происходит внутри и вокруг сингулярностей, то что-то революционное выйдет наружу, возможно, новое понимание того, из чего состоит пространство и время. В конце 1960-х годов некоторые физики предположили, что сингулярности могут быть окружены областью бурного хаоса, где пространство и время хаотично растут и сжимаются. Чарльз Миснер из Университета Мэриленда назвал это «миксерным Вселенной», в честь тогда популярной линии кухонной техники. Если астронавт попадёт в чёрную дыру, «можно представить, что он перемешает части тела астронавта так же, как миксер или венчик перемешивают желток и белок яйца», позже написал Кип Торн, лауреат Нобелевской премии. Общая теория относительности Эйнштейна, которая используется для описания гравитации чёрных дыр, объясняет, как искривляется пространство и движется материя, с помощью одного уравнения поля. Но это уравнение использует математический сокращённый язык, называемый тензором, чтобы скрыть 16 различных, переплетённых уравнений. Несколько учёных, включая Миснера, придумали полезные упрощающие предположения, чтобы исследовать сценарии, такие как миксерное Вселенная. Без этих предположений уравнение Эйнштейна не могло быть решено аналитически, а с ними это было слишком сложно для численных симуляций того времени. Как и техника, которую они назвали в честь, эти идеи вышли из моды. «Эти динамики должны быть очень общей явлением в гравитации», — сказал Гербен Олинг, постдок из Университета Эдинбурга. «Но это что-то, что сошло с карты». В последние годы физики снова вернулись к хаосу вокруг сингулярностей с помощью новых математических инструментов. Их цели двойные. Одна надежда — показать, что приближения, которые сделал Миснер и другие, являются допустимыми приближениями гравитации Эйнштейна. Другая — приблизиться к сингулярностям, надеясь, что их экстремальные свойства помогут примирить общую теорию относительности с квантовой механикой в теории квантовой гравитации, которая была целью физиков уже более века. Как сказал Саймон Хартнолл из Кембриджского университета: «Сейчас время для развития этих идей». Рождение миксерного хаоса Торн описал конец 1960-х годов как «золотой век» для исследования чёрных дыр. Термин «чёрная дыра» только что вошёл в широкое употребление. В сентябре 1969 года во время визита в Москву Торну дали рукопись от Евгения Лифшица, известного украинского физика. Вместе с Владимиром Белинским и Исааком Халатниковым Лифшиц нашёл новое решение уравнений Эйнштейна вблизи сингулярности, используя предположения, которые они сами придумали. Лифшиц боялся, что советские цензоры задержат публикацию результата, так как он противоречил ранней доказанной им работе, поэтому он попросил Торна поделиться этим на Западе. Ранние модели чёрных дыр предполагали идеальные симметрии, не найденные в природе, например, что звезда была идеальным шаром перед коллапсом в чёрную дыру или что у неё не было нетривиального электрического заряда. (Эти предположения позволяли решить уравнения Эйнштейна в самой простой форме Карлом Шварцшильдом вскоре после публикации Эйнштейном.) Решение, найденное группой Белинского, Халатникова и Лифшица, которое позже стало называться решением БКЛ, описывало то, что могло произойти в хаотичной, более реалистичной ситуации, где чёрные дыры образуются из нерегулярно сформированных объектов. Результат не был плавным растягиванием пространства и времени внутри, а бурным морем пространства и времени, растягивающегося и сжимающегося в нескольких направлениях. Торн вывез рукопись обратно в США и отправил копию Миснеру, которого он знал, что тот думал о похожих вещах. Оказалось, что Миснер и советская группа независимо пришли к одним и тем же идеям, используя похожие предположения и разные методы. Более того, группа БКЛ «использовала это, чтобы решить самую нерешённую проблему того времени в математической релятивистике», — сказал Торн, касаемо существования «общего» сингулярности. Белинский, последний из выживших членов трио БКЛ, недавно сказал в электронном письме, что яркие описания Миснера помогли ему визуализировать хаотичную ситуацию возле сингулярностей, которые они оба открыли. Понимание некоторых из того, что они раскрыли, требует понимания того, как общая теория относительности и квантовая механика противоречат друг другу. Заметно, что релятивизм предполагает, что пространство-время должно быть непрерывным: вы можете смотреть на произвольно малые расстояния и никогда не найти в нём разрыв. В квантовой механике, однако, бессмысленно говорить о расстояниях меньше предела, называемого планковской длиной — за пределами этого мы не можем знать, нет ли разрывов в пространстве-времени. Но у двух теорий есть общая черта. Обе они глубоко противоречат интуиции. Релятивизм утверждает, что две области пространства могут быть отключены, что означает, что ничего, происходящего в одной области, не может иметь никакого влияния на другую. Это может быть просто потому, что они находятся далеко друг от друга — скорость света всё же конечна. Но области пространства-времени также могут стать отключёнными, или отсоединёнными, в присутствии сильных гравитационных полей, таких как те, которые находятся внутри и вокруг чёрной дыры. Эти поля замедляют течение времени так сильно, что взаимодействие становится невозможным. Например, внутри и снаружи чёрной дыры отсоединены границей, называемой горизонтом событий. Поскольку гравитация чёрной дыры так сильна, всё, что происходит внутри горизонта событий, не может быть никогда наблюдаемо извне чёрной дыры, согласно релятивизму. (Квантовая механика вносит дополнительные сложности.) Поскольку сильные гравитационные поля могут вызвать отключение пространства, группа БКЛ утверждала, что, приближаясь к сингулярности, сильная гравитация вызывает отключение каждой точки пространства от каждой другой. Это означает, что каждая крошечная часть пространства ведёт себя по-своему, и это делает математику намного проще (хотя всё ещё довольно сложной). Если отключение происходит, они показали, что внутри чёрной дыры — хаос, а не плавное растягивание пространства и времени, которое предполагала более ранняя решение Шварцшильда. Как объяснил Хартнолл, хотя аргумент БКЛ не был полностью строгим с математической точки зрения, до их продвижения идеи никто не предполагал, что отключение происходит. БКЛ, сказал он, были далеко впереди своего времени. В их описании вокруг каждой отключённой точки пространство растягивается в случайном направлении и сжимается в двух перпендикулярных направлениях. Затем, через короткое, но случайное время, оно переворачивается, растягиваясь в одном из ранее сжатых направлений и сжимая в двух других. Это можно представить как чрезвычайно вытянутый футбольный мяч, который продолжает «отскакивать» между разными ориентациями. Десятилетиями физики и математики хотели показать, что эти хаотичные динамики не являются артефактом упрощающего предположения об отключении, а являются внутренней чертой чёрных дыр. К началу 2000-х годов экспоненциально растущая вычислительная мощность и новые алгоритмы сделали возможными численные симуляции, согласующиеся с отключением. В то же время Марку Геннексу, Тибо Дамору и Герману Николаи удалось доказать существование ряда сложных симметрий возле сингулярности, не предполагая, что отключение должно происходить. С тех пор физики и математики работают над тем, чтобы установить, когда хаос появляется возле сингулярности, и выяснить, что ещё можно сказать о сингулярностях самих. Упрощающий голограмма В 1997 году Хуан Малдасена, физик, работающий в Институте перспективных исследований, обнаружил соответствие, известное как AdS/CFT, между двумя разными версиями пространства-времени: более высокоразмерным пространством-временем, называемым объёмом, и более низкоразмерным пространством-временем, называемым границей. Это соответствие часто сравнивают с тем, как голограмма может заставлять двумерные структуры выглядеть трёхмерными. Также называемое двойственностью, это означает, что решения, найденные в одной из двух упрощённых модельных вселенных, также применяются к другой. Гравитация появляется только на более высокоразмерной стороне соответствия, называемой анти-де Ситтером, или AdS. На граничной стороне нет гравитации. Взаимодействия между частицами там управляются только версией квантовой механики, называемой конформной полевой теорией, или CFT. Один может использовать AdS/CFT, чтобы задать сложную проблему на одной стороне, перевести её в более простую форму на другой, и перевести решение обратно — чрезвычайно мощный инструмент для физиков, стремящихся понять гравитационные явления, такие как чёрные дыры. (Некоторые проблемы проще на стороне AdS, а другие — на стороне CFT.) В 2019 году Хартнолл, тогда профессор Стэнфордского университета, вместе со своими студентами, решил использовать соответствие, чтобы выяснить, что происходит внутри чёрной дыры AdS. «Мы хотели сделать это, — сказал Хартнолл, — чтобы связать внутреннюю часть чёрной дыры, которая плохо понята, с областью, находящейся далеко, которая хорошо понята». Они нашли хаос, похожий на тот, который ранее обнаружил БКЛ. За последние полгода он и его коллеги продолжали использовать соответствие для анализа динамики чёрных дыр. После того, как Хартнолл впервые обнаружил хаос, похожий на БКЛ, в чёрных дырах AdS/CFT, другие пытались выяснить, что именно вызывает его появление. Олинг сказал, что открытие Хартнолла о миксере в чёрных дырах AdS/CFT было сюрпризом. Команда Хартнолла «обнаружила, что это поведение появляется в настройках, где они этого не ожидали», — сказал он. Вместе с Хуаном Педрасой из Института теоретической физики в Мадриде Олинг показал, что это происходит даже в упрощённой модели AdS/CFT, где скорость света установлена в ноль. Олинг сказал, что Геннекс, среди других, предполагал, что это должно произойти, но доказательство не было гарантировано. «Для меня это не очевидно, — сказал Олинг, — потому что вы действительно упрощаете теорию». Параллельно математики подходили к БКЛ-подобному хаосу со своей стороны, постепенно отбрасывая предположения, необходимые для доказательства того, что хаос возникает, и проверяя, возникает ли он даже без предположения об отключении. Как и следовало ожидать, моделирование хаотичных и непредсказуемых отскоков в пространстве-времени — это вызов. В последнее время Хартнолл и его студент Мин Ян пытались усреднить множество отскоков в чёрной дыре. В предпечатной версии, которую они поделились 4 февраля 2025 года, они нашли шаблон, используя эту технику, связанный с абстрактными математическими функциями, называемыми модулярными формами. Это предполагает, что известный математический язык может быть использован для понимания хаоса. «Эти шаблоны могут указывать на скрытую структуру гравитации, — сказал Хартнолл. — Это может облегчить формулирование квантовой теории гравитации». Даже если горизонт событий мешает нам напрямую наблюдать хаос внутри чёрных дыр, знание того, что он там есть и что это значит, может указать путь к новой физике и ответам на некоторые из наших величайших вопросов о самой реальности. Оригинальная история перепечатана с разрешения Quanta Magazine, редакционно независимого издания Симонсовского фонда, миссия которого — повышение понимания науки общественностью за счёт освещения разработок и тенденций в математике и физических и биологических науках.
—
Книга «Наука «Интерстеллара»» — Википедия
Книга «Наука «Интерстеллара»» — это научно-популярная книга американского теоретического физика и лауреата Нобелевской премии Кипа Торна, с предисловием Кристофера Нолана. Книга была впервые издана 7 ноября 2014 года издательством W. W. Norton & Company. Это вторая полноформатная книга Торна для широкой аудитории после «Чёрные дыры и искривления времени», вышедшей в 1994 году. «Наука «Интерстеллара»» — это продолжение фильма Кристофера Нолана «Интерстеллар», в котором снимались Мэттью Макконахи, Энн Хэтэуэй и Джессика Частейн. Обзор Кип Торн 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 Кристофера Нолана и одного дополнительного раздела, посвящённого созданию «Интерстеллара». Торн начинает с введения в Вселенную, пространство-время, физические законы, теорию относительности, приливные силы и чёрные дыры. В следующей части рассматривается сверхмассивная чёрная дыра Гаргантюа, её внешний вид и создание через CGI, а также гравитационные катапульты и научно неверное утверждение персонажа фильма. Затем речь идёт о Земле, включая разрушительный грибок, развитие технологий межзвёздных путешествий и ещё одно научно неверное утверждение в фильме. Следующая часть посвящена червоточине, её основам, визуализации червоточины в «Интерстелларе» через CGI и способ, которым червоточина могла быть обнаружена в вселенной «Интерстеллара» через обнаружение гравитационных волн. Затем Торн исследует формирование планет, вращающихся вокруг сверхмассивной чёрной дыры, и то, как планеты, изображённые в фильме, могли бы сформироваться в реальности. Следующая часть обсуждает более сложные и экстремальные физические явления, изображённые в фильме, включая большие дополнительные измерения, искривление гравитационной постоянной и разные типы сингулярностей внутри чёрной дыры, включая сингулярности БКЛ, расширения массы и ударные сингулярности. В заключительной части рассматривается кульминация фильма, включая падение Купера в чёрную дыру Гаргантюа, сцену тессеракта и четырёхмерное пространство, а также способ перемещения колоний людей с Земли. Смотрите также Статьи по теме Похожие книги Параллельные миры — Митио Каку Элегантная вселенная — Брайан Грин Ткань космоса — Брайан Грин Ткань реальности — Дэвид Дойч Вселенная в орех — Стивен Хокинг Ссылки ↑ Торн, Кип С. (2014). Наука «Интерстеллара». Предисловие Кристофера Нолана. W. W. Norton & Company. ISBN 9780393351378. OCLC 891611098. ↑ «Наука «Интерстеллара» Кипом С. Торном, Кристофером Дж. Ноланом (предисловие)». goodreads.com. Получено 21 февраля 2015 года. ↑ Торн, Кип (29 ноября 2014). «Наша вселенная будет уничтожена: внутри науки «Интерстеллара»». salon.com.
—
Наука «Интерстеллара» — книга Кипа С. Торна, бесплатная загрузка, аренда и потоковое воспроизведение: Интернет-архив
Наука «Интерстеллара» — книга Кипа С. Торна, бесплатная загрузка, аренда и потоковое воспроизведение: Интернет-архив
«Интерстеллар», снятый Кристофером Ноланом, ведёт нас в фантастическое путешествие за пределы нашей солнечной системы. Однако в «Науке «Интерстеллара»» Кип Торн, физик, который консультировал Нолана по научным аспектам фильма, показывает, что потрясающие события и уникальные визуальные эффекты фильма основаны на реальной науке. Торн делится своим опытом работы над фильмом в качестве научного консультанта, а затем переходит к самой науке. В главах о червоточинах, чёрных дырах, межзвёздных путешествиях и многом другом Торн делится своими научными идеями, многие из которых возникли во время написания и съёмок «Интерстеллара», и описывает физические законы, которые управляют нашей вселенной, и поразительные явления, которые эти законы делают возможными. «Интерстеллар», снятый Кристофером Ноланом, ведёт нас в фантастическое путешествие за пределы нашей солнечной системы. Однако в «Науке «Интерстеллара»» Кип Торн, физик, который консультировал Нолана по научным аспектам фильма, показывает, что потрясающие события и уникальные визуальные эффекты фильма основаны на реальной науке. Торн делится своим опытом работы над фильмом в качестве научного консультанта, а затем переходит к самой науке. В главах о червоточинах, чёрных дырах, межзвёздных путешествиях и многом другом Торн делится своими научными идеями, многие из которых возникли во время написания и съёмок «Интерстеллара», и описывает физические законы, которые управляют нашей вселенной, и поразительные явления, которые эти законы делают возможными.