Visata kupina daugybės paslapčių. Įvairių struktūra ir ypatumai, tarpplanetinių kelionių galimybė patraukia ne tik mokslininkų, bet ir mokslinės fantastikos mylėtojų dėmesį. Natūralu, kad patraukliausia yra tai, kas turi unikalių savybių, kuri dėl įvairių aplinkybių nebuvo pakankamai ištirta. Tokie objektai apima juodąsias skyles.

Juodosios skylės turi labai didelį tankį ir neįtikėtinai stiprią gravitacijos jėgą. Iš jų negali ištrūkti net šviesos spinduliai. Štai kodėl mokslininkai gali „pamatyti“ juodąją skylę tik dėl jos poveikio aplinkinei erdvei. Netoli juodosios skylės materija įkaista ir juda labai dideliu greičiu. Ši dujinė medžiaga vadinama akreciniu disku, kuris atrodo kaip plokščias šviečiantis debesis. Mokslininkai stebi rentgeno spindulių emisiją iš akrecinio disko rentgeno teleskopuose. Jie taip pat fiksuoja didžiulį žvaigždžių judėjimo savo orbitose greitį, kuris atsiranda dėl didelės nematomo didžiulės masės objekto gravitacijos. Astronomai išskiria tris juodųjų skylių klases:

Juodosios skylės su žvaigždžių mase

Juodosios skylės su tarpine mase

Supermasyvios juodosios skylės.

Žvaigždžių masė laikoma nuo trijų iki šimto Saulės masių. Juodosios skylės vadinamos supermasyviomis, turinčios nuo šimtų tūkstančių iki kelių milijardų saulės masių. Paprastai jie randami galaktikų centre.

Antrasis erdvės greitis arba pabėgimo greitis yra minimumas, kurį reikia pasiekti norint įveikti gravitacinį trauką ir peržengti tam tikro dangaus kūno orbitą. Žemei pabėgimo greitis siekia vienuolika kilometrų per sekundę, o juodosios skylės – daugiau nei trys šimtai tūkstančių, štai kokia stipri jos gravitacija!

Juodosios skylės riba vadinama įvykių horizontu. Į jo vidų patekęs objektas nebegali palikti šios zonos. Įvykio horizonto dydis yra proporcingas juodosios skylės masei. Norėdami parodyti, koks didžiulis yra juodųjų skylių tankis, mokslininkai pateikia tokius skaičius – juodosios skylės, kurios masė 10 kartų didesnė už Saulę, skersmuo būtų apie 60 km, o juodosios skylės, kurios masė būtų mūsų Žemės, būtų tik 2 cm Bet tai tik teoriniai skaičiavimai, nes mokslininkai dar nenustatė juodųjų skylių, kurios nepasiekė trijų Saulės masių. Viskas, kas patenka į įvykių horizonto sritį, juda singuliarumo link. Singuliarumas, paprasčiau tariant, yra vieta, kur tankis linkęs į begalybę. Neįmanoma nubrėžti geodezinės linijos per gravitacinį singuliarumą. Juodajai skylei būdingas erdvės ir laiko struktūros kreivumas. Tiesi linija, kuri fizikoje yra šviesos kelias vakuume, tampa kreive šalia juodosios skylės. Kokie fiziniai dėsniai veikia šalia singuliarumo taško ir tiesiai jame, vis dar nežinoma. Pavyzdžiui, kai kurie tyrinėtojai kalba apie vadinamųjų kirmgraužų arba erdvėlaikio tunelių buvimą juodosiose skylėse. Tačiau ne visi mokslininkai sutinka pripažinti tokių kirmgraužių tunelių egzistavimą.

Kosmoso kelionių tema, erdvės ir laiko tuneliai yra mokslinės fantastikos rašytojų, scenaristų ir režisierių įkvėpimo šaltinis. 2014 metais įvyko filmo „Tarpžvaigždinė“ premjera. Prie jo kūrimo dirbo visa grupė mokslininkų. Jų vadovas buvo žinomas mokslininkas, gravitacijos teorijos, astrofizikos specialistas – Kipas Stephenas Thornas. Šis filmas laikomas vienu moksliškiausių tarp mokslinės fantastikos filmų, todėl jam keliami aukšti reikalavimai. Daug diskutuojama apie tai, kaip įvairūs filmo momentai atitinka mokslinius faktus. Netgi buvo išleista knyga „Tarpžvaigždinis mokslas“, kurioje profesorius Stephenas Thorne'as moksliniu požiūriu paaiškina įvairius filmo epizodus. Jis kalbėjo apie tai, kiek filmo dalis paremta tiek moksliniais faktais, tiek mokslinėmis prielaidomis. Tačiau yra ir paprasta meninė fantastika. Pavyzdžiui, Gargantua juodoji skylė vaizduojama kaip šviečiantis diskas, kuris lenkiasi aplink šviesą. Tai neprieštarauja mokslo žinioms, nes. matoma ne pati juodoji skylė, o tik akrecinis diskas, o šviesa negali judėti tiesia linija dėl galingos gravitacijos ir erdvės kreivumo.

Gargantua juodojoje skylėje yra kirmgrauža, kuri yra kirmgrauža arba tunelis per erdvę ir laiką. Tokių tunelių buvimas juodosiose skylėse yra tik mokslinė prielaida, su kuria daugelis mokslininkų nesutinka. Grožinė literatūra apima galimybę keliauti tokiu tuneliu ir grįžti atgal.

Gargantua juodoji skylė yra Interstellar kūrėjų fantazija, kuri daugeliu atžvilgių atitinka tikrus kosminius objektus. Todėl ypač aršiems kritikams noriu priminti, kad filmas vis dėlto yra mokslinė fantastika, o ne mokslas. Tai parodo mus supančio pasaulio grožį ir didybę, primena, kiek daug neišspręstų problemų. O reikalauti iš mokslinės fantastikos filmo tikslaus moksliškai įrodytų faktų atspindėjimo yra kiek neteisėta ir naivu.

Visai neseniai mokslas tapo patikimai žinomas, kas yra juodoji skylė. Tačiau kai tik mokslininkai išsiaiškino šį Visatos reiškinį, juos užgriuvo naujas, daug sudėtingesnis ir painesnis: supermasyvi juodoji skylė, kurios net nepavadinsi juoda, o akinamai balta. Kodėl? Bet todėl, kad būtent toks apibrėžimas buvo suteiktas kiekvienos galaktikos centrui, kuris šviečia ir šviečia. Bet ten patekus, be juodumo, nieko nelieka. Kas tai per galvosūkis?

Atmintinė apie juodąsias skyles

Tikrai žinoma, kad paprasta juodoji skylė yra kadaise spindėjusi žvaigždė. Tam tikru egzistavimo etapu jie pradėjo nepaprastai didėti, o spindulys liko toks pat. Jei anksčiau žvaigždė „sprogdavo“, o ji augo, tai dabar jos šerdyje susitelkusios jėgos pradėjo prie savęs traukti visus kitus komponentus. Jo kraštai „griūva“ centre, sudarydami neįtikėtiną griūties jėgą, kuri tampa juodąja skyle. Tokios „buvusios žvaigždės“ nebešviečia, o yra absoliučiai nematomi Visatos objektai iš išorės. Tačiau jie yra labai pastebimi, nes tiesiogine prasme sugeria viską, kas patenka į jų gravitacinį spindulį. Nežinia, kas slypi už tokio įvykių horizonto. Remiantis faktais, bet koks kūnas, turintis tokią didžiulę gravitaciją, tiesiogine prasme sutraiškys. Tačiau pastaruoju metu ne tik mokslinės fantastikos rašytojai, bet ir mokslininkai puoselėja mintį, kad tai galėtų būti kažkokie kosminiai tuneliai, skirti keliauti dideliems atstumams.

Kas yra kvazaras

Panašias savybes turi ir supermasyvi juodoji skylė, kitaip tariant, galaktikos branduolys, turintis itin galingą gravitacinį lauką, kuris egzistuoja dėl savo masės (milijonai ar milijardai Saulės masių). Supermasyvių juodųjų skylių susidarymo principas dar nenustatytas. Remiantis viena versija, tokio griūties priežastis – per daug suslėgti dujų debesys, kuriuose dujos itin išsikrauna, o temperatūra yra neįtikėtinai aukšta. Antroji versija yra įvairių mažų juodųjų skylių, žvaigždžių ir debesų masės padidinimas iki vieno gravitacinio centro.

Mūsų galaktika

Supermasyvi juodoji skylė Paukščių Tako centre nėra viena iš galingiausių. Faktas yra tas, kad pati galaktika turi spiralinę struktūrą, kuri savo ruožtu verčia visus jos dalyvius nuolat ir gana greitai judėti. Taigi gravitacinės jėgos, kurios gali būti sutelktos išskirtinai kvazare, tarsi išsisklaido ir tolygiai didėja nuo krašto iki šerdies. Nesunku atspėti, kad elipsinėse ar, tarkime, netaisyklingose ​​galaktikose viskas yra priešingai. „Pakraščiuose“ erdvė itin reta, planetos ir žvaigždės praktiškai nejuda. Tačiau pačiame kvazare gyvenimas tiesiogine prasme įsibėgėja.

Paukščių tako kvazaro parametrai

Radijo interferometrijos metodu mokslininkai sugebėjo apskaičiuoti supermasyvios juodosios skylės masę, spindulį ir gravitacinę jėgą. Kaip minėta aukščiau, mūsų kvazaras yra blankus, jį sunku pavadinti itin galingu, tačiau net patys astronomai nesitikėjo, kad tikrieji rezultatai bus tokie. Taigi Šaulys A* (toks branduolio pavadinimas) prilygsta keturiems milijonams saulės masių. Be to, akivaizdžiais duomenimis, ši juodoji skylė net nesugeria medžiagos, o jos aplinkoje esantys objektai neįkaista. Taip pat buvo pastebėtas įdomus faktas: kvazaras tiesiogine prasme yra palaidotas dujų debesyse, kurių materija yra labai reta. Galbūt supermasyvios mūsų galaktikos juodosios skylės evoliucija dar tik prasideda, o po milijardų metų ji taps tikru milžinu, kuris pritrauks ne tik planetų sistemas, bet ir kitas, mažesnes.

Kad ir kokia maža būtų mūsų kvazaro masė, labiausiai mokslininkus nustebino jo spindulys. Teoriškai tokį atstumą vienu iš šiuolaikinių erdvėlaivių galima įveikti per kelerius metus. Supermasyvios juodosios skylės dydis yra šiek tiek didesnis nei vidutinis atstumas nuo Žemės iki Saulės, ty 1,2 astronominio vieneto. Šio kvazaro gravitacinis spindulys yra 10 kartų mažesnis už pagrindinį skersmenį. Natūralu, kad naudojant tokius rodiklius materija tiesiog negali išsiskirti tol, kol ji tiesiogiai nekerta įvykių horizonto.

Paradoksalu faktai

Galaktika priklauso jaunų ir naujų žvaigždžių spiečių kategorijai. Tai liudija ne tik jos amžius, parametrai ir padėtis žmogui žinomame kosmoso žemėlapyje, bet ir galia, kurią turi jos supermasyvi juodoji skylė. Tačiau, kaip paaiškėjo, „juokingus“ parametrus gali turėti ne tik jaunuoliai.. Daugelis kvazarų, pasižyminčių neįtikėtina galia ir gravitacija, stebina savo savybėmis:

• Paprastas oras dažnai yra tankesnis nei supermasyvios juodosios skylės.
• Patekęs į įvykių horizontą, kūnas nepatirs potvynio jėgų. Faktas yra tas, kad singuliarumo centras yra pakankamai gilus, o norint jį pasiekti, teks nueiti ilgą kelią, net neįtariant, kad kelio atgal nebus.

Mūsų visatos milžinai

Vienas iš didžiausių ir seniausių kosmoso objektų yra supermasyvi juodoji skylė kvazare OJ 287. Tai ištisa juodoji skylė, esanti Vėžio žvaigždyne, kuri, beje, labai prastai matoma iš Žemės. Jis pagrįstas dvejetaine juodųjų skylių sistema, todėl yra du įvykių horizontai ir du singuliarumo taškai. Didesnis objektas turi 18 milijardų saulės masių, beveik kaip maža visavertė galaktika. Šis kompanionas yra statinis, sukasi tik objektai, kurie patenka į jo gravitacinį spindulį. Mažesnė sistema sveria 100 milijonų saulės masių, o orbitos periodas taip pat yra 12 metų.

pavojinga kaimynystė

Nustatyta, kad galaktikos OJ 287 ir Paukščių Takas yra kaimynės – atstumas tarp jų yra maždaug 3,5 milijardo šviesmečių. Astronomai neatmeta versijos, kad artimiausiu metu šie du kosminiai kūnai susidurs ir sudarys sudėtingą žvaigždžių struktūrą. Remiantis viena versija, būtent dėl ​​artėjimo prie tokio gravitacinio milžino planetų sistemų judėjimas mūsų galaktikoje nuolat greitėja, o žvaigždės tampa vis karštesnės ir aktyvesnės.

Supermasyvios juodosios skylės iš tikrųjų yra baltos

Pačioje straipsnio pradžioje buvo iškelta labai opi problema: spalvą, kuria prieš mus stovi galingiausi kvazarai, vargu ar galima pavadinti juoda. Plika akimi net paprasčiausioje bet kurios galaktikos nuotraukoje matosi, kad jos centras yra didžiulis baltas taškas. Kodėl tada manome, kad tai supermasyvi juodoji skylė? Teleskopais darytose nuotraukose matyti didžiulė žvaigždžių spiečius, kurį šerdis pritraukia prie savęs. Netoliese skriejančios planetos ir asteroidai atsispindi dėl savo artumo ir taip padaugina visą netoliese esančią šviesą. Kadangi kvazarai žaibo greičiu nevelka visų gretimų objektų, o tik laiko juos savo gravitaciniame spindulyje, jie neišnyksta, o pradeda dar labiau švytėti, nes jų temperatūra sparčiai auga. Kalbant apie įprastas juodąsias skyles, kurios egzistuoja kosmose, jų pavadinimas yra visiškai pagrįstas. Matmenys yra palyginti maži, tačiau gravitacijos jėga yra didžiulė. Jie tiesiog „suvalgo“ šviesą, neišleisdami nė vieno kiekio iš savo bankų.

Kinematografija ir supermasyvi juodoji skylė

Gargantua – šį terminą žmonija pradėjo plačiai vartoti kalbant apie juodąsias skyles po to, kai buvo išleistas filmas „Tarpžvaigždinė“. Žvelgiant į šį paveikslėlį sunku suprasti, kodėl pasirinktas būtent šis pavadinimas ir kur yra ryšys. Tačiau pirminiame scenarijuje jie planavo sukurti tris juodąsias skyles, iš kurių dvi būtų pavadintos Gargantua ir Pantagruel, paimtos iš satyrinio romano. Po pakeitimų liko tik viena „zuikio skylė“, kurios pirmasis pavadinimas. buvo pasirinktas. Verta pažymėti, kad filme juodoji skylė pavaizduota kuo tikroviškiau. Taip sakant, jo išvaizdos dizainą atliko mokslininkas Kipas Thorne'as, kuris rėmėsi ištirtomis šių kosminių kūnų savybėmis.

Kaip mes sužinojome apie juodąsias skyles?

Jei ne reliatyvumo teorija, kurią XX amžiaus pradžioje pasiūlė Albertas Einšteinas, niekas tikriausiai net nekreiptų dėmesio į šiuos paslaptingus objektus. Supermasyvi juodoji skylė būtų laikoma įprastu žvaigždžių spiečiumi galaktikos centre, o paprastos, mažos liktų visiškai nepastebimos. Tačiau šiandien dėl teorinių skaičiavimų ir stebėjimų, kurie patvirtina jų teisingumą, galime stebėti tokį reiškinį kaip erdvės-laiko kreivumas. Šiuolaikiniai mokslininkai teigia, kad rasti „zuikio skylę“ nėra taip sunku. Aplink tokį objektą materija elgiasi nenatūraliai, ji ne tik susitraukia, bet kartais ir švyti. Aplink juodą tašką, kuris matomas pro teleskopą, susidaro šviesi aureolė. Daugeliu atžvilgių juodųjų skylių prigimtis padeda mums suprasti Visatos formavimosi istoriją. Jų centre yra išskirtinumo taškas, panašus į tą, iš kurio anksčiau išsivystė visas mus supantis pasaulis.

Nėra tiksliai žinoma, kas gali nutikti asmeniui, kuris peržengia įvykių horizontą. Ar gravitacija jį sutraiškys, ar atsidurs visai kitoje vietoje? Vienintelis dalykas, kurį galima visiškai užtikrintai pasakyti, yra tai, kad gargantua sulėtina laiką, o tam tikru momentu laikrodžio rodyklė galutinai ir negrįžtamai sustoja.

Lapkričio pradžioje pasirodęs filmas „Tarpžvaigždinis“ pagrįstai gali būti laikomas pagrindiniu sezono įvykiu. Ir ne tik kinematografiškai. Nuotraukoje rodomi įvykiai – skrydžiai į kosmosą per hipererdvę, kritimas į juodąsias skyles ir kelionės laiku – sukėlė karštų diskusijų tiek tarp mokslinės fantastikos gerbėjų, tiek pseudomoksliniuose sluoksniuose. Nenuostabu, kad filmą konsultavo garsus fizikas teoretikas Kipas Thorne'as. O kalbant apie šiuolaikinę teorinę fiziką, labai dažnai paaiškėja, kad tik vakar tai, kas šiandien buvo pašėlusi fantazija, pasirodo esanti garbinga mokslinė teorija.
*Atsargiai, tekste yra spoilerių.

Kurmio skylė

Pagrindiniai filmo įvykiai prasideda nuo pagrindinių veikėjų skrydžio pro kirmgraužą, išsiskleidusią prie Saturno. Fiziškai tai yra tunelis, jungiantis du tolimus erdvėlaikio regionus. Šios sritys gali būti toje pačioje visatoje arba jungti skirtingus skirtingų visatų taškus (daugiavisatos sąvokos ribose). Priklausomai nuo galimybės grįžti pro skylę, jie skirstomi į pravažiuojamus ir nepravažiuojamus. Nepravažiuojamos skylės greitai užsidaro ir neleidžia potencialiam keliautojui grįžti atgal.

Pirmą kartą Ludwigas Flammas atrado kirmgraužos tipo GR lygčių sprendimus 1916 m. Ketvirtajame dešimtmetyje jais susidomėjo Albertas Einsteinas ir Nathanas Rosenas, o vėliau ir Johnas Wheeleris. Tačiau visos šios kirmgraužos buvo neįveikiamos. Tik 1986 m. Kipas Thorne'as pasiūlė perkeliamą kirmgraužos sprendimą.

Matematiniu požiūriu kirmgrauža yra hipotetinis objektas, gautas kaip specialus Alberto Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos (GR) nevienetinis (baigtinis ir fiziškai reikšmingas) sprendimas. Kirmgraužos dažniausiai vaizduojamos kaip sulenktas dvimatis paviršius. Iš vienos pusės į kitą galite patekti judėdami įprastu būdu. Arba galite padaryti skylę ir sujungti abi puses tuneliu. Vizualiai dvimatės erdvės atveju galima pastebėti, kad tai gali žymiai sumažinti atstumą.

2D vaizde kirmgraužos gerklės – angos, nuo kurių prasideda ir baigiasi tunelis – yra apskritimo formos. 3D (kaip filme) kirmgraužos žiotys atrodo kaip rutulys. Tokie objektai susidaro iš dviejų skirtinguose erdvėlaikio regionuose esančių singuliarumų, kurie hipererdvėje (aukštesnės dimensijos erdvėje) susitraukia, kad susidarytų skylė. Kadangi skylė yra erdvės ir laiko tunelis, juo galima keliauti ne tik erdvėje, bet ir laike.

Tarpžvaigždinėje skylė buvo pravažiuojama ir jungė skirtingas galaktikas visatoje. Tačiau norint per ją grįžti atgal, kirmgrauža turi būti užpildyta medžiaga, kurios vidutinis masės tankis yra neigiamas, o tai neleidžia tuneliui užsidaryti. Mokslui žinomų elementariųjų dalelių, turinčių tokias savybes, nėra. Tačiau tikėtina, kad jie yra tamsiosios medžiagos dalis.

Planko ilgis yra maždaug 1,62 x 10–35 metrai, tai yra 2 x 10 20 kartų mažiau nei protono „skersmuo“. Planko vienetų skaitinė reikšmė (ilgis, masė, laikas ir kt.) gaunama iš keturių pagrindinių fizinių konstantų ir nusako šiuolaikinės fizikos taikymo ribą.

Manoma, kad tokia kirmgrauža gali būti įstrigusi kvantinėse putose, tada išplėsta ir potencialiai tinkama keliauti per hipererdvę. Tokios putos atspindi erdvės svyravimus Plancko ilgio skalėse, kur klasikinės bendrosios reliatyvumo teorijos dėsniai neveikia, nes reikia atsižvelgti į kvantinius efektus.

Kitas būdas sukurti kirmgraužą yra išplėsti vieną erdvės sritį, suformuojant skylę su išskirtinumu, kuri hipererdvėje pasiekia kitą erdvės sritį. Abiem atvejais siūloma išlaikyti skylės pralaidumą praleidžiant pro ją neigiamo masės tankio medžiagą. Tokie projektai neprieštarauja GR.

Egzoplanetos ir laiko išsiplėtimas

Išskridę pro kirmgraužą, kosmoso keliautojai siunčiami į egzoplanetas, kurios, remiantis žvalgybos misijų gautais duomenimis, gali būti tinkamos gyventi. Kad planeta būtų bent potencialiai tinkama žmogaus gyvybei, joje turi būti stabilūs šviesos, temperatūros ir gravitaciniai režimai, panašūs į esančius Žemėje. Slėgis atmosferoje turėtų būti panašus į žemės slėgį, o cheminė sudėtis turėtų būti tinkama bent kai kuriems sausumos organizmams. Būtina sąlyga yra vandens buvimas. Visa tai nustato tam tikrus planetos masės ir tūrio apribojimus, taip pat jos atstumą nuo žvaigždės ir orbitos parametrus.

Šiuo metu Žemės orbitoje sukurtos žmonėms palankiausios kelionės laiku. Kuo ilgiau astronautai ir astronautai yra Tarptautinėje kosminėje stotyje, kuri aplink planetą sukasi daugiau nei septynių kilometrų per sekundę greičiu, tuo lėčiau (palyginti su žemiečiais paviršiuje) jie sensta. Kelionės laiku rekordas priklauso Sergejui Krikalevui, kuris į ateitį nukeliavo apie 0,02 sekundės per daugiau nei 803 dienas.

Tuo pačiu metu pasirodė, kad pirmoji iš planetų (Mileris) yra labai arti supermasyvios juodosios skylės Gargantua, kurios masė yra 100 milijonų saulės ir 10 milijardų šviesmečių nuo Žemės. Skylės spindulys yra panašus į Žemės orbitos aplink Saulę spindulį, o ją supantis akrecinis diskas tęstųsi toli už Marso orbitos. Dėl stipraus juodosios skylės gravitacinio lauko viena valanda, praleista Milerio planetos paviršiuje, prilygsta septyneriems metams Žemėje.

Nieko stebėtino, teigia teorinė fizika, tai yra dėl laiko išsiplėtimo poveikio juodosios skylės, kurioje yra planeta, stipriame gravitaciniame lauke. Specialiojoje reliatyvumo teorijoje (SRT) – kūnų judėjimo beveik šviesos greičiu teorijoje – judančiuose objektuose stebimas laiko išsiplėtimas. O bendrojoje reliatyvumo teorijoje, kuri yra specialiosios reliatyvumo teorijos apibendrinimas su gravitacijos prielaida, yra inercijos ir gravitacijos lygiavertiškumas, kurio ilgalaikė pasekmė yra gravitacinis laiko išsiplėtimas.

Supermasyvi juodoji skylė

Po nesėkmingų misijų egzoplanetose herojus Matthew McConaughey (kartu su robotu) yra įsiurbiamas į supermasyvią juodąją skylę Gargantua. Be to, nei herojus McConaughey, nei jo robotas, artėdami prie skylės, nuo siaubingos gravitacijos nebuvo suplėšyti į tūkstantį mažųjų Matthew ir robotų. Tačiau net ir čia šiuolaikinė fizika turi paaiškinimą.

Einšteinas vietinį pagreičio ir gravitacijos laukų lygiavertiškumą nustatė bendrosios reliatyvumo teorijos pagrindu. Tai lengva iliustruoti krentančio lifto viduje esančios laboratorijos pavyzdžiu. Visi tokio lifto viduje esantys objektai kris vienodu pagreičiu, o jų santykiniai pagreičiai bus lygūs nuliui. Šiuo atveju situaciją galima apibūdinti dviem atskaitos sistemomis. Pirmajame, inerciniame ir sujungtame su Žeme, liftas patenka į Žemės gravitacijos įtaką. Antrajame, susijusiame su liftu (neinerciniu), gravitacinio lauko nėra. Jei stebėtojas yra lifto viduje, jis negali nustatyti, kuriame lauke: pagreičio ar gravitacijos jis yra. Pasirodo, vietine prasme (kai laisvojo kritimo pagreitis tam tikrame erdvės regione turi maždaug tokias pačias reikšmes, tai yra, gravitacinis laukas yra vienalytis), inercija ir gravitacija yra lygiavertės.

Juodoji skylė yra masyvus objektas, kurio gravitacinė trauka, remiantis klasikine bendrosios reliatyvumo teorijos versija, neleidžia materijai išeiti iš savo ribų. Skylės riba su supančia erdve vadinama įvykių horizontu. Praėjęs pro jį kūnas, kaip manoma, negali grįžti atgal (bent jau tokiu pat būdu).

Yra keletas tokių objektų formavimosi scenarijų. Pagrindinis mechanizmas apima tam tikrų tipų žvaigždžių ar materijos gravitacinį žlugimą galaktikų centruose. Taip pat neatmestas jų susidarymas Didžiojo sprogimo metu ir vykstant elementariųjų dalelių reakcijoms. Dauguma mokslininkų neabejoja juodųjų skylių egzistavimu.

Juodosios skylės gravitacinio lauko stiprumas (kitaip tariant, laisvojo kritimo pagreičio vertė) mažėja didėjant atstumui nuo jos. Tai nepastebima dideliais atstumais, kur juodosios skylės laukas yra lokalus, vienalytis ir reikšmingas mažais atstumais: skirtingos to paties išplėsto objekto dalys į skylę patenka skirtingu pagreičiu, o objektas ištempiamas.

Taip veikia juodosios skylės potvynio jėga. Tačiau čia yra spraga. Potvynio jėga yra tiesiogiai proporcinga juodosios skylės masei ir atvirkščiai proporcinga įvykio horizonto spindulio kubui. Skylės įvykių horizonto spindulys auga proporcingai jos masei. Todėl potvynio jėga pagal dydį yra atvirkščiai proporcinga skylės masės kvadratui. Įprastoms juodosioms skylėms gaunamos didžiulės potvynių ir atoslūgių jėgų vertės, o supermasyvioms jos nėra tokios didelės, tuo ir pasinaudojo „Interstellar“ herojai.

hipererdvė

Besisukančioje juodojoje skylėje herojus Matthew McConaughey (ir jo robotas) atrado penkiamatę visatą. Ir čia, atvirai kalbant, jiems pasisekė – jei juodoji skylė nesisuktų, keliautojai toliau judėtų link jos centro – singuliarumo, o tokiu atveju filmo finalas būtų visai kitoks.

Matematiškai fizinės hipererdvės samprata atsirado 1910 m. pabaigoje, kai Theodoras Kaluza keturmatę bendrojo reliatyvumo erdvę investavo į penkiamatę erdvę ir taip įvedė naują dimensiją. Paprastai teorijose su papildomais matmenimis stebimos visatos matmenys pagal naujus matmenis yra tokie maži, kad jie beveik neturi įtakos kitiems keturiems.

Bendroji reliatyvumo teorija leidžia išspręsti Einšteino lygtis, pavyzdžiui, Kero metrikos pavidalu, kurios analitinės savybės leidžia išsisukti nuo singuliarumo. Tokie sprendimai turi neįprastų savybių, visų pirma, jie reiškia galimybę juodojoje skylėje egzistuoti specialių erdvės ir laiko trajektorijų, kurios pažeidžia įprastus priežasties ir pasekmės ryšius.

Galima daryti prielaidą, kad herojus McConaughey (ir jo robotas) sugebėjo prasiskverbti į tokią juodąją skylę, išvengti jos išskirtinumo ir keliauti jos viduje specialia trajektorija, kuri atvedė jį į naują visatą. Jame geometrija pasirodė lokaliai išdėstyta taip, kad keturi matmenys būtų erdviniai, o vienu metu - laikini. Formaliai tai neprieštarauja GR.

Ir nors žmogus, matyt, gali suvokti tik tris erdvines ir vieną laiko dimensijas, filme pagrindinis veikėjas naujoje visatoje gavo galimybę ne tik keliauti per laikinąją dimensiją, bet ir stebėti keturių projekcijas. matmenų trimatėje erdvėje.

"Gravitacijos lygtis"

Kol Matthew McConaughey (kartu su robotu) skrenda per egzoplanetas ir į juodąją skylę, žemėje likęs profesorius, kurį vaidina Michaelas Caine'as, bando išspręsti kažkokią „gravitacijos lygtį“, kuri leistų mums sujungti kvantinę mechaniką ir bendrąjį reliatyvumą į vieną teoriją ir taip suprasti kirmgraužos bei juodosios skylės fiziką.

Gribovo-Hawkingo spinduliuotė rodo, kad juodoji skylė išgaruoja dėl kvantinių svyravimų, susijusių su virtualių dalelių porų susidarymu. Viena dalelė iš tokios poros nuskrenda nuo juodosios skylės, o kita – su neigiama energija – „įkrenta“ į ją. Pirmą kartą apie tokio reiškinio galimybę prabilo sovietų fizikas teoretikas Vladimiras Gribovas. O aštuntojo dešimtmečio pirmoje pusėje, po apsilankymo SSRS, Stephenas Hawkingas paskelbė straipsnį, kuriame numatė juodųjų skylių radiacijos egzistavimą (anglų literatūroje vadinama Hawking radiation arba rusiškai Gribov-Hawking).

Ir, turiu pasakyti, Michaelo Caine'o herojus kenčia ne vienas. Sukurti universalią teoriją, jungiančią bendrąjį reliatyvumą ir kvantinę mechaniką, yra pagrindinis daugumos šiuolaikinių matematikos fizikų – stygų teorijos specialistų – uždavinys. Pagrindinis teorijos uždavinys – suvienodinti visas keturias žinomas sąveikas: stiprią, silpną, elektromagnetinę ir gravitacinę. Pirmieji trys aprašyti kvantinio lauko teorija (QFT), matematiniu šiuolaikinės elementariųjų dalelių fizikos modeliu, o paskutinis – bendruoju reliatyvumu. Tuo pačiu metu bendroji reliatyvumo teorija kaip visuma neprieštarauja QFT, nes ji kalba apie reiškinius kitose ilgio ir energijos skalėse. Bet jei bendroji reliatyvumo teorija susijusi su didžiulių masių kosmologiniais objektais, tada QFT taikomas subatominiame lygmenyje.

Problema ta, kad abi teorijos prieštarauja viena kitai Plancko skalėse, nes joms turi būti atsižvelgta į kvantines pataisas. Taigi juodojoje skylėje kvantiniai efektai sukelia jos išgaravimą. Kvantinė bendrosios reliatyvumo teorijos versija, gauta panašiai kaip QFT, pasirodo esanti nenormalizuojama, tai yra, stebimi dydžiai negali būti padaryti baigtiniais. Dauguma šios srities tyrimų yra skirti šios problemos sprendimui. Pati stygų teorija (M-teorija) remiasi hipotetinių vienmačių objektų – stygų, kurių sužadinimai interpretuojami kaip elementariosios dalelės ir jų sąveikos, egzistavimo prielaida Plancko skalėje.

Filme drąsūs tyrinėtojai naudoja kirmgraužą netoli Saturno orbitos, kad patektų į kitą planetų sistemą. Žiūrovui parodoma, kad „kirmgrauža“ yra erdvės ir laiko tunelis, kuriuo žmonės beveik akimirksniu gali nukeliauti didžiulius atstumus.

Jei perversite popieriaus lapą – įsivaizduojamą visatą – skirtinguose galuose, o tada sulenksite taip, kad dvi skylės būtų viena priešais kitą, gausite tą pačią kirmgraužą.
Bet ar įmanoma momentinė kelionė tarp dviejų tolimų taškų?

Profesorius Barstow:

Nemanau, kad kirmgraužos tikrai egzistuoja. Tai kažkas iš mokslinės fantastikos srities. Tiesioginių įrodymų, kad tokie dalykai egzistuoja visatoje, nėra. Žinome, kas yra juodosios skylės, bet tik pradedame tyrinėti erdvės ir laiko kreivumo galimybę.

Lee Billingsas:

Labai tikiuosi, kad erdvėje yra kirmgraužų, pro kurias galima keliauti penkiomis dimensijomis. Tačiau mes neįsivaizduojame, ar makroskopiniu mastu egzistuoja stabilios kirmgraužos. Atrodo, kad daug lengviau keliauti senamadiškai, nepasitikint stebuklu; galbūt šiuo klausimu padės saulės burės. Ir nereikia niekur skubėti.

Įkritęs į juodąją skylę, tu negali išgyventi

Viename iš pagrindinių filmo epizodų vienas pagrindinių veikėjų, palikęs erdvėlaivį, patenka į juodąją skylę, o paskui iš jos išlipa. Bet ar įmanoma išgyventi patekus į juodąją skylę?

Nr. Juodosios skylės gravitacinis laukas yra itin stiprus ir labai greitai kinta. Viskas, kas į jį patenka, yra ištempiama gravitacijos ir tampa kaip ilgi ploni makaronai. Todėl viskas, kas patenka į juodąją skylę, neturi šansų išgyventi. Iš ten taip pat neįmanoma perduoti signalų.

Lee Billingsas:

Priartėti prie akrecinio disko aplink supermasyvią juodąją skylę, kaip parodyta filme, yra labai bloga idėja. Didelė klaidinga nuomonė, kad galinga kaitinamosios medžiagos spinduliuotė leis slysti įvykių horizontu ir neištirpti. Čia skirtingai pavaizduotos ir apgyvendintos planetos.

Ar įmanoma skrieti aplink juodąją skylę?

Filmo herojus naudojasi juodosios skylės orbita, kad patektų į vieną iš egzoplanetų. Ar tai įmanoma?

Galite skrieti aplink juodąją skylę tol, kol priartėsite prie jos. Astronomija mums parodo daugybę sistemų, skriejančių aplink juodąją skylę. Ir, kaip taisyklė, tai yra sistemos su žvaigždėmis. Juos galite matyti tik būdami įvykių horizonte.

Jei aplink juodąją skylę yra planetų, greičiausiai jos nėra tinkamos gyventi.

Filmo tyrinėtojai aplanko planetų sistemą, kuri yra ne tik šalia juodosios skylės, bet ir turi potencialiai tinkamų gyventi planetų.

Niekas nedraudžia planetoms suktis aplink juodosios skylės orbitą, nors tokių pavyzdžių kol kas nėra. Problema yra tokių planetų sistemų stabilumas. Tikėtina, kad bet kuri planetų sistema šalia juodosios skylės bus praryta.

Lee Billingsas:

Manau, kad „Interstellar“ yra filmas, skirtas fizikai, o ne planetų mokslininkams. Filme yra daug neatitikimų, susijusių su planetomis.

Apie „šviesų singuliarumą“

Filmo herojus teigia, kad juodosios skylės viduje yra tik „šviesa“, kuri gali paaiškinti kai kuriuos planetų sistemos įvykius, kuriuos aplanko tyrėjai. Bet ar apskritai yra toks dalykas kaip „lengvas singuliarumas“?

Svarbu tai, kad juodosios skylės gali turėti skirtingą masę. Singuliarumas yra juodosios skylės centras. Tačiau yra nuomonė, kad visos juodosios skylės turi baigtinę masę, kuri neišnyksta erdvėje. Pagal ją iš tikrųjų juos randame – masė veikia aplinkinę medžiagą.

Mattas Kaplanas:

Mes mažai žinome apie procesus aplink juodąją skylę. Niekas nežino, kas slypi už įvykių horizonto. Kol kas pasikliaujame tik teorija.

Tiksliai parodytas senėjimo procesas dėl laiko išsiplėtimo

Dėl laiko išsiplėtimo astronautai sensta daug lėčiau nei jų kolegos Žemėje. Remiantis teorija, žmonės, važiuojantys artimu šviesos greičiui, sulėtina laiką. Tam yra eksperimentinių įrodymų.

Tai gerai žinoma. Einšteino reliatyvumo teorija teigia, kad žmonės, keliaujantys skirtingu greičiu, skirtingai išgyvena laiką. Pavyzdžiui, astronautai, skridę į Mėnulį, paseno šiek tiek mažiau nei tie, kurie liko Žemėje, nors tai buvo vos pastebima. Bet jei pasieksite greitį, artimą šviesos greičiui, o tai padaryti gana sunku, šis skirtumas bus matomas.

Galite tikėti dirbtine gravitacija „Endurance“ erdvėlaivyje, bet ne fantastišku jo varikliu

Pasak ekspertų, „Endurance“ atrodė gana tikroviškai. Tačiau paprastumas, kuriuo erdvėlaivis nusileido ant planetų paviršiaus ir pakilo nuo jų, buvo neįtikimas.

Lee Billingsas:

Dirbtinės gravitacijos, kuri neleidžia sunaikinti kaulų esant nulinei gravitacijai, požiūriu, „Endurance“ atrodo gana tikėtina. Abejonių kelia varomoji sistema, kuri leido nepaisyti planetų traukos jėgų įtakos, dėl kurios astronautai per valandą paseno dešimt metų.

Mattas Kaplanas:

Manau, kad tokios didelės istorijos atveju kai kurie dalykai gali būti nepastebėti.

Dalis to, kas rodoma filme, yra gryna tiesa, kai kas paremta mokslinėmis prielaidomis, o kai kas – gryna prielaida.

Christopherio Nolano filmas „Tarpžvaigždinis“ daugelio vadinamas moksliškiausiu šiuolaikinėje mokslinėje fantastikoje, tačiau pretenzijos jam reiškiamos itin griežtai. Ginčai dėl šio paveikslo privalumų ir trūkumų verčia žmones kapoti galvą į fizikos vadovėlius. Pabandykime išsiaiškinti, kaip „Interstellar“ tapo tuo, kas yra, ir kas jame yra griežtai moksliška, o kas ne visai.

ATSARGIAI! SPOILERIAI!

Šio straipsnio vaizdo įrašo versija.

Žmogus, kuris išrado tarpžvaigždinį

Garsaus fiziko Kipo Thorne'o vardas iškyla visose diskusijose apie Nolano tapybos mokslinį pobūdį. Kuriant filmą mokslininkas atliko didžiulį vaidmenį. Thorne'as neapsiribojo mokslinio konsultanto vaidmeniu – iš tikrųjų būtent jis sugalvojo „Interstellar“.

Profilis: Stephenas Kipas Thorne'as

Gravitacijos teorijos, astrofizikos ir matavimų kvantinės teorijos specialistas. Daugiau nei penkiolika metų jis buvo Kalifornijos technologijos instituto (Caltech) profesorius. Vienas iš pirmaujančių pasaulio bendrojo reliatyvumo ekspertų. Mokslo populiarintojas. Artimas Stepheno Hawkingo draugas ir kolega.

Maždaug prieš trisdešimt metų garsusis Stephenas Hawkingas surengė savo draugui, jaunam fizikui ir vienišam tėvui Kipui Thorne'ui akląjį pasimatymą su Linda Obst, žurnalo „The New-York Times Magazine“ mokslo redaktore ir trokštančia televizijos prodiuseriu. Romantikos pora neužmezgė, tačiau užsimezgė stipri draugystė. Maždaug prieš dešimt metų Linda ir Kipas ėmėsi kurti filmą, paremtą šiuolaikinio mokslo pasiekimais ir žiniomis. Jie parašė aštuonių puslapių eskizą, kuriame, be kita ko, buvo net šešios kirmgraužos, penkios juodosios skylės ir paslaptinga ateivių rasė, gyvenanti „spindulyje“ – erdvėje, kuri turi bent penkis matmenis. Vienas iš herojų turėjo būti Stephenas Hawkingas, kuris asmeniškai išėjo į kosmosą.

Siūlydamas savo idėją kino studijai, Thorne'as iškėlė sąlygą: visi filmo siužeto judesiai turi būti moksliškai patikimi arba bent jau pagrįsti priimtinomis teorijomis ir spėlionėmis.

Šia idėja susidomėjo studija „Paramount“, o į režisieriaus kėdę atsisėdo pats Stevenas Spielbergas. Scenarijus buvo atiduotas jaunesniajam Christopherio Nolano broliui Džonatanui. Tačiau vėliau prasidėjo sunkumai: dėl Rašytojų gildijos streiko Johnas nustojo dirbti prie filmo, tada jam teko pereiti prie „Tamsos riterio“, o Spielbergas kažkuo nepasidalijo su „Paramount“ bosais ir paliko projektą. Thorne'as neteko širdies, tačiau Linda nenusiminė ir per porą savaičių susirado naują režisierių – Christopherį Nolaną.

Vyresnysis Nolanas į „Interstellar“ atnešė daug naujų dalykų. Chrisas perrašė scenarijų, derindamas jį su savo idėjomis, kurios iš pradžių buvo skirtos visiškai kitam projektui. Galutinis juodraštis nebuvo panašus į pradinį aštuonių puslapių juodraštį, tačiau Kipas nenusimino, nes, jo požiūriu, Nolanas beveik visada laikėsi Thorne'o išsakyto principo. Thorne'as režisieriui kategoriškai paprieštaravo tik kartą – kai Chrisas sugalvojo sceną, kurioje veikėjai juda greičiau nei šviesa. Kipas dvi savaites ginčijosi, kodėl tai visiškai neįmanoma, ir gavo savo norą.

Tuo pat metu Kipas suprato, kad Chrisas kuria vaidybinį filmą, todėl užmerkė akis į smulkius netikslumus, reikalingus dramai sustiprinti, ir tik pasirūpino, kad Nolano fantazija neperžengtų toli. Ar jam pavyko? Išsiaiškinkime.

Dulkėtas pasaulis ir patogenai

Interstellar pradžia vyksta ateities Žemėje, kuri atrodo itin nepatraukliai. Naujas patogenas išnaikino visus pasėlius, išskyrus kukurūzus, gresia badas, vyriausybės išformavo armijas ir tyrimų centrus, o paprasti žmonės yra priversti tapti ūkininkais, kad galėtų maitintis. Lyg to būtų maža, gyventojai kenčia nuo nuolatinių dulkių audrų, kurios didžiąją dalį JAV pavertė „dulkių puodu“. Dar blogiau, ligos sukėlėjas sunaikina ore esantį deguonį, pakeisdamas jį azotu, todėl tie, kurie nemiršta iš bado, tiesiog uždus.

PAREIŠKIMAS: Palauk! Kaip vienas patogenas galėtų sunaikinti visą augalų gyvybę? Paprastai tokie dalykai veikia tik tam tikras augalų rūšis, visiškai išnaikindami jų populiaciją. Tos pačios ligos, kurios vienu metu paveikia kelias rūšis, paprastai nėra tokios stiprios.

Žemės istorijoje yra žinomi masinio išnykimo pavyzdžiai, kai dėl drastiškai pasikeitusių sąlygų mirė dauguma gyvų būtybių. Tai atsitiko, kai atsirado melsvadumblių, išskirdamos deguonį, kuris tais laikais daugeliui rūšių buvo tikras nuodas. Dabar gali išsivystyti panašus mikroorganizmas, kuris, pavyzdžiui, išskirs azotą į atmosferą.

Galimas ir kitas scenarijus: naujos ligos atsiradimas, pažeidžiantis pagrindines augalų veisles, nuo kurių labiausiai priklausome. Biologai tokios galimybės neatmeta, nors mano, kad tai labai mažai tikėtina.

KONTRAARGUMENTAS: Bet kam tokioje situacijoje mažinti išlaidas mokslui? Jų, priešingai, reikia didinti, kad biologai sukurtų naujas augalų kultūras, kurios būtų atsparios virusui, išrastų vakciną, priešnuodį ar kitą būdą kovoti su rykšte. Juk taip dabar kovojame su bet kokia liga, kuri turi net menkiausią galimybę sukelti pandemiją. Be kita ko, tai milžiniškas verslas, kuriame galima uždirbti daug pinigų. Daug pelningiau nei auginti kukurūzus Kanzase.

Galbūt tokių bandymų buvo, bet jie nepavyko. Net ir dabar yra ligų, nuo kurių vakcinų dar nerasta, nors vystymasis vyksta jau trisdešimt metų. Tarkime, iš pradžių valstybės tikrai išleido šimtus milijonų vaistų paieškoms, bet vėliau įplaukos į iždą sustojo, biudžetai išseko ir teko atšaukti finansavimą.

KONTRAARGUMENTAS: Bet kur deguonis eina iš oro?

Atmosferoje esantis deguonis daugiausia gaunamas iš augalų fotosintezės. Jei naujas patogenas paveiks būtent šį procesą, deguonis nebebus atsinaujinantis išteklius. Dabar pažiūrėkime, kaip susidaro anglies dioksidas: ar kvėpuojant visoms gyvoms būtybėms, ar dėl organinių medžiagų skilimo, arba kaip pramoninių išmetamųjų teršalų iš įmonių ir automobilių išmetamųjų dujų pavidalu. Net jei po bado ir ekonominės krizės gyventojų sumažės, o į atmosferą išmetamų teršalų, laukuose pūs mirštanti augmenija. Kai kuriais skaičiavimais, skilimo proceso metu bus sunaudota apie procentas likusių deguonies atsargų. Vietoj jo ateis anglies monoksidas, kuris jautriems žmonėms apsunkins kvėpavimą ir oro temperatūrą pakels dešimčia laipsnių. Žinoma, ne mirtina, bet pakankamai malonu.

Tačiau reikia pripažinti, kad toks scenarijus mažai tikėtinas. Jis filme naudojamas ne kaip ateities spėjimas, o kaip siužeto vingis, skirtas priversti veikėjus išeiti į kosmosą.

Kirmgrauža ir ištvermė

Pasinaudodama sėkmingai atsivėrusia kirmgrauža, NASA rengia tarpžvaigždinę ekspediciją erdvėlaiviu „Endurance“, ieškant naujų namų žmonijai. Gerai, kad prie Saturno yra skylė! Iš tiesų Cooperio pasaulyje keliauti šviesos greičiu neįmanoma, o nuskristi į žvaigždes prireiktų tūkstančių metų.

TEISINIMAS: Ar kirmgraužos yra tikros? Ar fizikai užregistravo bent vieną?

Ne, bet mokslas pripažįsta jų egzistavimą arba bent jau neneigia. O kas nedraudžiama... Pastaruoju metu ne be P. Thorne'o dalyvavimo kosmologijoje populiarėja mintis, kad erdvė – ne begalinė tuštuma, o savotiška medžiaga, kurią galima pakeisti, jei būtų tinkami įrankiai.

KONTRAARGUMENTAS: Tarkime. Tačiau norint išlaikyti darbinę skylę, reikia daug neigiamos ar egzotiškos medžiagos. Taip, o skylės atidarymui reikalingas didžiulis gravitacijos šaltinis, pavyzdžiui, Gargantua, o tokio atsiradimas Saulės sistemoje ją panardintų į chaosą.

Ir net jei atsirastų kirmgrauža – pavyzdžiui, dėl Gargantua įtakos – tai būtų vienpusis kelias. Kelionei atgal reikėtų panašaus gravitacijos šaltinio iš kitos pusės.

Taip, pati skylės išvaizda yra būtina licencija. Filme veikėjai manė, kad kirmgraužą sukūrė būtybės, gyvenančios 5D erdvėje, kad parodytų mums kelią į išganymą.

KONTRAARGUMENTAS: Profesorius Brandas sako, kad kirmgrauža Saturno orbitoje atsirado penkiasdešimt metų prieš tarpžvaigždinius įvykius. NASA buvo išsklaidyta dešimčiai metų iki filmo pradžios. Tai reiškia, kad keturiasdešimt metų niekas nieko nežinojo apie gravitacinės anomalijos atsiradimą Saulės sistemoje? Taip, prie Nobelio komiteto būtų išsirikiavusios minios stygų teoretikų. Tai šimtmečio naujiena!

Nuo to laiko praėjo pusė amžiaus, visi spėjo pamiršti kokią nors skylę kosmose – problemų užteko. Ją prisimena tik vienas pamišęs senelis, kuris gyvena po žeme, šienauja po Kipu Tornu ir ant kelių renka erdvėlaivius.

TEISINIMAS: Kalbant apie laivą! Kodėl stiprintuvas iškėlė jį į orbitą, jei jis galėjo pakilti iš Milerio ir Manos planetų?

Pirma, „Endurance“ išskrido į orbitą, o astronautai nusileido „Ranger“ planetose, šaudykloje, prijungtame prie „Endurance“. Antra, pakeliui iš Žemės į Gargantua nėra degalinių, todėl reikia taupyti degalus.

KONTRAARGUMENTAS: Kalbant apie degalus. Tokiai kelionei jo reikia labai daug. Kodėl jokiame „Endurance“ kadre nematome milžiniškų degalų bakų?

Ar esate tikri, kad fotoaparatas parodė visus skyrius? Kodėl, pavyzdžiui, rodyti krovinių triumus, kuriuose nieko nevyksta? Be to, pakeliui į Saturną ekspedicijos nariai gravitacinių manevrų pagalba galėjo sutaupyti degalų – paspartinti, sulėtinti ar keisti skrydžio kryptį veikiami dangaus kūnų gravitacijos. Taip NASA 1990-ųjų pabaigoje paleido Cassini zondą. Laive nebuvo pakankamai degalų patekti į Saturną, tačiau NASA apskaičiavo kursą taip, kad Cassini pravažiuotų Veneros, Žemės ir Jupiterio orbitų liestinę. Kiekvienas toks manevras suteikdavo zondui pagreitį.

Kad per dvejus metus iš Žemės pasiektų Saturną, „Endurance“ turi įveikti vidutiniškai 20 kilometrų per sekundę. Kipas Thorne'as mano, kad manevrų pagalba ir padidinus raketų kuro efektyvumą, iki XXI amžiaus pabaigos žmonija galės pasiekti 300 kilometrų per sekundę greitį. Taigi skristi į Saturną tokiu laiku yra gana realu.

KONTRAARGUMENTAS: Bet kaip jie sulėtėjo Saturno orbitoje ir nenuskrido toliau? Čia aiškiai nepakaktų laivo laivapriekio variklių galios.

Galbūt vien to neužtektų, bet reguliariai koreguojant kursą Saturno orbitoje – kodėl gi ne? Be to, nepamirškite apie kirmgraužą, kuri gali turėti įtakos gravitacinių laukų vietai.

Gyvybė skrieja aplink juodąją skylę

Praėję pro kirmgraužą, Cooperis ir kiti atsiduria savo kelionės galutiniame taške – planetų sistemoje netoli didžiulės juodosios skylės Gargantua. Šis dangaus kūnas yra ypatingo pasididžiavimo šaltinis ir Kipui Thorne'ui, ir specialiųjų efektų meistrams. Vaizduojant skylę buvo naudojami Thorne'o specialiai filmui atlikti skaičiavimai. Rezultatas pribloškė patį Kipą. Jis spėliojo, kaip juodosios skylės turėtų atrodyti realybėje, tačiau kompiuterinė animacija pranoko visus jo lūkesčius.

TEISINIMAS: Jokių kitų dangaus kūnų netoli Gargantua nematyti, išskyrus keletą planetų. Iš kur Millerio, Edmundo ir Manno planetos semiasi šilumos ir šviesos?

Iš akrecijos disko. Gargantua gravitacija yra tokia stipri, kad gali užfiksuoti visą žvaigždę. Kai žvaigždė juda tiesiai į juodąją skylę, jos likimas yra apgailėtinas ir nuspėjamas. Jei jos orbita yra šalia Gargantua, juodosios skylės trauka tiesiog suardo dangaus kūną, o didžioji dalis medžiagos, kuri anksčiau sudarė žvaigždės kūną, patenka į Gargantua orbitą ir sudaro akrecijos diską. Jis skleidžia šviesą, šilumą ir spinduliuotę, todėl galėtų gerai pakeisti saulę.

KONTRAARGUMENTAS: Pasirodo, kad šiose planetose neįmanoma gyventi dėl aukštos temperatūros ir radiacijos. Kaip „Endurance“ ekipažas neapkepo vien praskridęs?

Galbūt praėjo keli milijonai metų nuo tada, kai paskutinė žvaigždė pateko į Gargantua gravitacinį gniaužtą. Tada dujos, sudarančios diską, atšalo iki kelių tūkstančių laipsnių temperatūros ir nebeskleidžia tokios stiprios spinduliuotės, nors ir toliau duoda pakankamai šviesos ir šilumos. Žema temperatūra taip pat paaiškina disko blukimą.

Gargantua yra pati tikriausia juodoji skylė kino istorijoje. Bet net ir tai skiriasi nuo tikrovės.

TEISINIMAS: Iš kur atsirado planetos? Ar jie neturėjo būti įsiurbti į skylę?

Tiesą sakant, mokslas pripažįsta įprasto laiko ir erdvės zonų egzistavimą šalia milžiniškų juodųjų skylių, net ištisų planetų sistemų, kurios sukasi aplink centrinį singuliarumą sudėtingomis, bet uždaromis orbitomis.

PAREIŠKIMAS: Akrecijos diskas atrodo neįtikėtinas. Jis turėtų būti šiek tiek išlygintas ir asimetriškas. Be to, modelyje neatsižvelgiama į Doplerio efektą: vienas disko kraštas turi būti raudonas, kitas – mėlynas.

Taip, čia Christopheris Nolanas sąmoningai priešinosi tiesai, kad nepadarytų gėdos publikai. Ir jis sąmoningai neįvertino juodosios skylės sukimosi greičio. Be to, atsižvelgiant į atstumą nuo juodosios skylės iki Millerio planetos, Gargantua turėtų užimti pusę dangaus, o planeta pagal šį scenarijų būtų akrecinio disko viduje, todėl ji dažniausiai būtų matoma tik iš priešingos planetos pusės. skylė.

Planetos Milleris ir Mana

Visų pirma, astronautai vyksta į Milerio planetą. Laikas ten eina lėtai – viena valanda jo paviršiuje prilygsta septyneriems Žemės metams.

TEISINIMAS: Tai įmanoma tik šalia objektų, kurių masė yra didžiulė, pavyzdžiui, juodosios skylės orbitoje. Bet jūs turite būti labai arti skylės, beveik virš jos paviršiaus. O stabili orbita aplink juodąją skylę turi būti bent tris kartus didesnė už Gargantua skersmenį. Priešingu atveju Millerio planeta jau seniai būtų įsiurbta. Atsižvelgiant į filme rodomus kadrus, laikas planetos paviršiuje turėtų tekėti lėčiau nei Žemėje – tik dvidešimt procentų.

Tai pasakytina apie nesisukančias juodąsias skyles, tačiau su Gargantua viskas yra kitaip. Gargantua yra supermasyvi besisukanti juodoji skylė, kuri šiek tiek keičia savo poveikį aplinkinei erdvei. Tam tikromis sąlygomis, tarkime, jei ji sukasi labai greitai, o Milerio planeta yra pakankamai arti Gargantua žiedinės orbitos, toks laiko išsiplėtimas yra įmanomas.

Tiesa, besisukančios juodosios skylės turi sukimosi greičio ribą ir, kaip taisyklė, maksimumo nepasiekia. Kad Milerio planeta turėtų tokį laiko išsiplėtimą, Gargantua turėtų suktis tik šiek tiek mažiau nei didžiausia. Tai realu, nors ir mažai tikėtina.

KONTRAARGUMENTAS: O potvynio bangos? Jie įmanomi tik tuo atveju, jei juodosios skylės gravitacinės traukos skirtumas skirtingose ​​planetos pusėse yra labai didelis. Bet tokiu atveju planeta būtų tiesiog sudraskyta!

Ne visai. Dėl milžiniško Gargantua dydžio juodosios skylės traukos skirtumas skirtingose ​​Millerio planetos pusėse nėra pakankamai didelis. Nepaisant to, gravitacijos jėgos turėjo pakakti planetai deformuotis. Milerio planeta turėjo atrodyti kaip elipsoidas, suspaustas iš šonų ir pailgos. Be to, jei planeta suktųsi aplink savo ašį, tai Gargantua patrauklios jėgos veiktų keliomis kryptimis, priklausomai nuo orbitų padėties. Filme matome, kad visos milžiniškos bangos juda maždaug ta pačia kryptimi. Iš to darytina išvada, kad Milerio planeta visada yra pasukta į juodąją skylę ta pačia puse.

Galimas ir kitas paaiškinimas: dėl planetos deformacijos ir Gargantua traukos tam tikrose vietose nuolat vyksta žemės drebėjimai, sukeliantys milžiniškus cunamius.

KONTRAARGUMENTAS: Radiacija, įprasto šviesos ir šilumos šaltinio nebuvimas – Milerio planeta neatrodo tinkama vieta gyventi. Ar tikrai į ją pirmiausia reikėjo skristi ir ar tikrai buvo neįmanoma išvengti šios ekspedicijos dalies?

Žinoma, tai buvo įmanoma. Milerio planeta niekada nebūtų tapusi pirmąja kandidate į naujus žmonijos namus, jei Cooperis ar kiti „Endurance“ įgulos nariai būtų spėję panaudoti pagal paskirtį krūvą mokslinės įrangos, kuri buvo atgabenta į laivą tam tikslui. Informaciją apie Milerio planetos tinkamumą gyvybei buvo galima gauti tiesiai iš orbitos, naudojant teleskopus ir kitus prietaisus. Tie patys, kuriuos Romilly beveik ketvirtį amžiaus tyrinėjo pačią juodąją skylę, o likusieji kovojo su cunamis.

Nenusileidus į planetą būtų galima ją tirti iš saugaus atstumo, kur laiko delsa minimali. Paprasta spektrinė analizė sutaupytų ekspedicijos kuro ir sumažintų įtampą ekrane. Christopheriui Nolanui prireikė šio laiko prailginimo, kad parodytų, kaip auga atotrūkis tarp tėvo ir dukters.

Kraštutiniu atveju, jei NASA tikrai norėtų į planetą nusiųsti mąstančių būtybių delegaciją, būtų visiškai įmanoma į ekspediciją išsiųsti įgulą, kurią sudaro tik robotai. Robotai sugeba išgyventi beveik bet kokiomis sąlygomis (sprendžiant iš filmo – net juodojoje skylėje), yra mažiau reiklūs, ne tokie kaprizingi ir lengviau ištveria vienatvę.

TEISINIMAS: Kiek pagrįsti Cooperio manevrai prieš nusileidžiant į Milerio planetą, siekiant išvengti laiko išsiplėtimo ir juodosios skylės traukos?

Bet kuriuo atveju jis nebūtų išvengęs laiko sulėtėjimo – jis didėja atvirkščiai, didėjant atstumui nuo juodosios skylės. Tačiau sutaupykite laiko, kiek įmanoma pakoreguodami laivo kursą dėl skirtingų dangaus kūnų gravitacinės traukos. Filme Cooperis nusprendžia išvengti Gargantua traukos, įsibėgėdamas iki didelio greičio ir stipriai stabdydamas, atsitrenkdamas į neutroninės žvaigždės gravitacinę trauką.

Tiesą sakant, tokiu būdu sumažinti greičio (ir taip, kad laivas ir keleiviai nesuplyštų į gabalus staigiai stabdant) neutroninės žvaigždės pagalba nebūtų buvę įmanoma - tam reikia nedidelės juodosios skylės žemė. Tačiau Nolanas buvo tvirtas dėl juodųjų skylių skaičiaus filme: viena, tik viena!

***

Greitai pirmyn į Mannos planetą. Veiksmas vyksta aukštai virš paviršiaus, kurio danguje kabo milžiniški ledo debesys.

TEISINIMAS: Kaip tokie debesys gali egzistuoti? Ir kodėl jie nepatenka į savo svorį?

Matyt, Mannos planeta sukasi aplink Gargantua itin sudėtinga orbita ir didžiąją laiko dalį praleidžia toli nuo juodosios skylės. Kodėl? Pirma, tai buvo beveik ilgiausias skrydis į Manno planetą, kai „Endurance“ įgula nusprendė, nuo ko pradėti. Tačiau kai Cooperis pakyla iš planetos, „Ranger“ yra labai arti Gargantua. Antra, apie tai užsimena milžiniški ledo debesys, kurie užšąla tam laikui, kol planeta pašalinama iš susikaupimo disko.

Ir jie nenukrenta dėl ypatingos magijos. Kino magija. Tiesą sakant, jie jau seniai turėjo sugriūti į paviršių.

Įkristi į juodąją skylę

PAREIŠKINIMAS: pakilus iš Manno planetos, „Endurance“ sulaiko Gargantua gravitacija. Cooperiui pavyksta išsaugoti pagrindinį modulį, tačiau jis, TARS robotas ir reindžeris pereina įvykių horizontą ir patenka į juodąją skylę. Kaip jie išgyveno visą procesą? Jie turėjo arba žūti dėl akrecinio disko spinduliuotės ir temperatūros, arba dėl skirtingų kūno dalių traukos skirtumo jie turėjo būti spagetivę – pavirtę pailgu siūlu.

Jei Gargantua paskutinį kartą užfiksavo žvaigždes savo gravitaciniuose spąstuose prieš milijonus metų, tai diskas tapo saugus atsitiktiniams keliautojams (beje, ir nenaudingas aplinkinėms planetoms). Kalbant apie spagetifikavimą, tai vėlgi įmanoma mažose ir nesisukančiose juodosiose skylėse. Gargantua dydis ir sukimosi greitis sumažina įvairių kūno dalių traukos skirtumą iki nulio, todėl negalima bijoti pavirsti spagečiais.

KONTRAARGUMENTAS: Ar tai reiškia, kad žmogus gali saugiai išgyventi patekęs į juodąją skylę?

Žinoma ne. Eidamas po TARS, Cooperis pasirašė savo mirties nuosprendį ir pats tai žinojo.

KONTRAARGUMENTAS: Tarkime, per stebuklą Kuperis išgyveno. Kaip jis tikėjosi perduoti signalą namo? Galų gale, jie patyrė sunkumų net perduodami signalą per kirmgraužą. Ką jau kalbėti apie juodąją skylę, iš kurios, kaip žinia, niekas neišbėga.

Buvo tikima, kad niekas, net šviesa, negali išvengti juodosios skylės traukos. Tačiau Stephenas Hawkingas įrodė, kad juodosios skylės taip pat gali skleisti elementarias daleles, daugiausia fotonus. Kai kurios teorijos rodo, kad informacija iš esmės nesustabdoma, tačiau mokslininkai šiuo klausimu nesutaria. Tačiau vargu ar jie sutiks, kad signalas gali būti transliuojamas iš juodosios skylės, todėl tai, žinoma, yra perdėta.

TEISINIMAS: Kas yra šie gravitaciniai duomenys, be kurių neįmanoma išspręsti profesoriaus Brando lygties?

Pasak filmo, profesoriui prireikė duomenų, kurie padėtų suprasti gravitaciją ir jos sąveiką su kvantine mechanika. Vėliau tai padėtų iš Žemės iškelti naujas žmonių kolonijas. Žinoma, norint išspręsti tokias problemas realiame gyvenime, šokti į juodąją skylę nereikia. Ir mažai tikėtina, kad tokie duomenys gali būti perduodami tokia trumpa signalų seka.

PAREIŠKIMAS: Peržengęs įvykių horizontą, Cooperis atsiduria tesserakte – keturių dimensijų hiperkube, leidžiančiame matuoti laiką kaip tiesinį dydį ir bendrauti su Murph bet kuriuo jos gyvenimo momentu. Ar tai irgi moksliška?

Nuo šuolio į juodąją skylę momento iki filmo pabaigos scenarijus nustoja koncentruotis į mokslą ir veikia grynai spėlionėmis. Taip, mokslininkai pripažįsta kitų dimensijų egzistavimą, tačiau jų žinios trimatėje erdvėje neįmanomos. Ir žinoma, neįmanoma moksliškai įrodyti, kad įšokus į juodąją skylę, nežinomos jėgos perkels žmogų į jo dukters kambarį. Visus šiuos paslaptingus reiškinius Nolanas nurašo paslaptingiems ir paslaptingiems „jiems“, gyvenantiems penkiamatėje erdvėje.

***
Nolanas visgi filmavo mokslinę fantastiką, o ne dokumentinius filmus, todėl turėjo teisę nekreipti dėmesio į kai kurias detales. „Tarpžvaigždinė“ kartais tapdavo meninio dizaino auka, vizualiniai sprendimai buvo kuriami žiūrovų ir filmavimo grupės patogumui, o ne mokslininkams. Nepaisant to, vaizdas pasirodė daug moksliškesnis nei dauguma šiuolaikinės mokslinės fantastikos. Pagalvokite apie tai: kokioje kitoje sesijoje mums net reikėjo žinoti, kaip veikia tikroji astrofizika?