Universul este plin de multe mistere. Structura și trăsăturile diferitelor obiecte și posibilitatea de călătorie interplanetară atrag atenția nu numai a oamenilor de știință, ci și a fanilor science fiction. Desigur, cea mai mare atractivitate este aceea care are proprietăți unice, care, din cauza diverselor circumstanțe, nu a fost suficient studiată. Astfel de obiecte includ găuri negre.

Găurile negre au densități foarte mari și forțe gravitaționale incredibil de puternice. Nici măcar razele de lumină nu pot scăpa din ele. Acesta este motivul pentru care oamenii de știință pot „vedea” o gaură neagră doar datorită efectului pe care îl are asupra spațiului înconjurător. În imediata apropiere a unei găuri negre, materia devine fierbinte și se mișcă cu viteză foarte mare. Acest material gazos se numește disc de acreție, care arată ca un nor plat și luminos. Oamenii de știință observă radiația de raze X de pe discul de acreție folosind telescoape cu raze X. Ei înregistrează, de asemenea, viteza enormă de mișcare a stelelor pe orbitele lor, care are loc din cauza gravitației ridicate a unui obiect invizibil de masă enormă. Astronomii disting trei clase de găuri negre:

Găuri negre cu masă stelară

Găuri negre cu masă intermediară,

Găuri negre supermasive.

Se consideră că o stea are o masă cuprinsă între trei și o sută de mase solare. Găurile negre cu sute de mii până la câteva miliarde de mase solare sunt numite supermasive. Ele sunt de obicei situate în centrul galaxiilor.

A doua viteză de evacuare sau viteza de evacuare este minimul care trebuie atins pentru a depăși atracția gravitațională și a depăși orbita unui anumit corp ceresc. Pentru Pământ, viteza de evacuare este de unsprezece kilometri pe secundă, iar pentru o gaură neagră este de peste trei sute de mii, atât de puternică este gravitația sa!

Limita unei găuri negre se numește orizont de evenimente. Un obiect odată intrat în el nu mai poate părăsi această zonă. Mărimea orizontului de evenimente este proporțională cu masa găurii negre. Pentru a arăta cât de enormă este densitatea găurilor negre, oamenii de știință oferă următoarele cifre: o gaură neagră cu o masă de 10 ori mai mare decât soarele ar avea aproximativ 60 km în diametru, iar o gaură neagră cu masa Pământului nostru ar fi doar 2 cm Dar acestea sunt doar calcule teoretice, deoarece oamenii de știință nu au identificat încă găurile negre care nu au atins trei mase solare. Tot ceea ce intră în regiunea orizontului evenimentului se deplasează spre singularitate. O singularitate, pentru a spune simplu, este un loc în care densitatea tinde spre infinit. Este imposibil să trasezi o linie geodezică care intră în ea printr-o singularitate gravitațională. O gaură neagră se caracterizează printr-o curbură a structurii spațiului și timpului. O linie dreaptă, care în fizică reprezintă calea luminii în vid, devine curbă lângă o gaură neagră. Ce legi fizice funcționează în apropierea punctului de singularitate și direct în el este încă necunoscut. Unii cercetători, de exemplu, vorbesc despre prezența așa-numitelor găuri de vierme, sau tuneluri spațiu-timp, în găurile negre. Dar nu toți oamenii de știință sunt de acord să admită existența unor astfel de tuneluri de găuri de vierme.

Tema călătoriilor în spațiu și a tunelurilor spațiu-timp servește drept sursă de inspirație pentru scriitorii, scenariștii și regizorii de science fiction. În 2014, a avut premiera filmul Interstellar. Un întreg grup de oameni de știință a lucrat la crearea lui. Conducătorul lor a fost celebrul om de știință, specialist în domeniul teoriei gravitației și al astrofizicii - Kip Stephen Thorne. Acest film este considerat unul dintre cele mai științifice dintre filmele științifico-fantastice și, în consecință, îi sunt impuse cerințe mari. Au existat multe dezbateri cu privire la măsura în care diferitele aspecte ale filmului corespund faptelor științifice. A fost publicată chiar și o carte, „The Science of Interstellar”, în care profesorul Stephen Thorne explică diferite scene din film din punct de vedere științific. El a spus că o mare parte din film se bazează atât pe fapte științifice, cât și pe presupuneri științifice. Cu toate acestea, există și pur și simplu ficțiune artistică. De exemplu, gaura neagră Gargantua este reprezentată ca un disc luminos care se îndoaie în jurul luminii. Acest lucru nu este în contradicție cu cunoștințele științifice, pentru că... Nu gaura neagră în sine este vizibilă, ci doar discul de acreție, iar lumina nu poate călători în linie dreaptă din cauza gravitației puternice și a curburii spațiului.

Gaura neagră a lui Gargantua conține o gaură de vierme, care este o gaură de vierme sau un tunel prin spațiu și timp. Prezența unor astfel de tuneluri în găurile negre este doar o presupunere științifică, cu care mulți oameni de știință nu sunt de acord. Este o fantezie artistică să poți călători printr-un astfel de tunel și să te întorci înapoi.

Gaura neagră din Gargantua este o fantezie a creatorilor Interstellar, care corespunde în mare măsură obiectelor spațiale reale. Prin urmare, pentru criticii deosebit de înflăcărați, aș dori să vă reamintesc că filmul este, până la urmă, science fiction, și nu popular science. Arată frumusețea și măreția lumii care ne înconjoară și ne amintește de câte probleme nerezolvate mai avem. Și a cere ca un film științifico-fantastic să reflecte cu exactitate fapte dovedite științific este oarecum nedrept și naiv.

Mai recent, știința a devenit conștientă de ceea ce este o gaură neagră. Dar, de îndată ce oamenii de știință și-au dat seama de acest fenomen al Universului, asupra lor a căzut unul nou, mult mai complex și mai confuz: o gaură neagră supermasivă, care nu poate fi numită neagră, ci mai degrabă orbitor de albă. De ce? Dar pentru că aceasta este exact definiția dată centrului fiecărei galaxii, care strălucește și strălucește. Dar odată ajuns acolo, nu mai rămâne nimic decât întuneric. Ce fel de puzzle este acesta?

Un memento despre găurile negre

Se știe cu siguranță că o simplă gaură neagră este o stea strălucitoare cândva. La o anumită etapă a existenței sale, a început să crească exorbitant, în timp ce raza a rămas aceeași. Dacă mai devreme steaua „se extindea” și creștea, acum forțele concentrate în miezul său au început să atragă toate celelalte componente. Marginile sale „se prăbușesc” în centru, formând un colaps incredibil, care devine o gaură neagră. Astfel de „foste stele” nu mai strălucesc, ci sunt obiecte complet invizibile din exterior ale Universului. Dar sunt foarte vizibile, deoarece absorb literalmente tot ceea ce se încadrează în raza lor gravitațională. Nu se știe ce se află în spatele unui astfel de orizont de evenimente. Pe baza faptelor, o astfel de gravitate uriașă va zdrobi literalmente orice corp. Cu toate acestea, recent, nu numai scriitorii de science fiction, ci și oamenii de știință au aderat la ideea că acestea ar putea fi un fel de tuneluri spațiale pentru călătorii pe distanțe lungi.

Ce este un quasar?

O gaură neagră supermasivă are proprietăți similare, cu alte cuvinte, nucleul unei galaxii, care are un câmp gravitațional super-puternic care există datorită masei sale (milioane sau miliarde de mase solare). Principiul formării găurilor negre supermasive nu a fost încă stabilit. Potrivit unei versiuni, cauza acestei prăbușiri sunt norii de gaz supracomprimați, gazul în care este extrem de descărcat și temperatura este incredibil de ridicată. A doua versiune este o creștere a maselor diferitelor găuri negre mici, stele și nori la un singur centru gravitațional.

Galaxia noastră

Gaura neagră supermasivă din centrul Căii Lactee nu este una dintre cele mai puternice. Faptul este că galaxia în sine are o structură în spirală, care, la rândul său, îi forțează pe toți participanții săi să fie într-o mișcare constantă și destul de rapidă. Astfel, forțele gravitaționale, care ar putea fi concentrate exclusiv în quasar, par să se disipeze și să crească uniform de la margine la miez. Este ușor de ghicit că lucrurile stau invers în galaxiile eliptice sau, să zicem, neregulate. La „periferie” spațiul este extrem de rarefiat, planetele și stelele practic nu se mișcă. Dar în quasarul însuși, viața este literalmente în plină desfășurare.

Parametrii quasarului Calei Lactee

Folosind interferometria radio, cercetătorii au reușit să calculeze masa găurii negre supermasive, raza acesteia și forța gravitațională. După cum sa menționat mai sus, quasarul nostru este slab, este dificil să-l numim super-puternic, dar nici astronomii înșiși nu se așteptau ca rezultatele adevărate să fie așa. Deci, Săgetător A* (așa este numele nucleului) este egal cu patru milioane de mase solare. Mai mult, conform datelor evidente, această gaură neagră nici măcar nu absoarbe materia, iar obiectele care se află în împrejurimile ei nu se încălzesc. A fost observat și un fapt interesant: quasarul este literalmente îngropat în nori de gaz, a căror materie este extrem de rarefiată. Poate că evoluția găurii negre supermasive a galaxiei noastre abia începe, iar în miliarde de ani va deveni un adevărat gigant care va atrage nu numai sisteme planetare, ci și altele, mai mici.

Indiferent cât de mică ar fi masa quasarului nostru, ceea ce i-a frapat cel mai mult pe oamenii de știință a fost raza acestuia. Teoretic, o astfel de distanță poate fi parcursă în câțiva ani cu una dintre navele spațiale moderne. Dimensiunile găurii negre supermasive sunt puțin mai mari decât distanța medie de la Pământ la Soare, și anume 1,2 unități astronomice. Raza gravitațională a acestui quasar este de 10 ori mai mică decât diametrul principal. Cu astfel de indicatori, în mod firesc, materia pur și simplu nu se va putea singulariza până nu trece direct orizontul evenimentelor.

Fapte paradoxale

Galaxia aparține categoriei de grupuri stelare tinere și noi. Acest lucru este dovedit nu numai de vârsta, parametrii și poziția sa pe harta spațiului cunoscută de om, ci și de puterea deținută de gaura sa neagră supermasivă. Cu toate acestea, după cum s-a dovedit, nu numai cei tineri pot avea parametri „amuzanti”, mulți quasari, care au o putere și o gravitate incredibile, surprind cu proprietățile lor:

• Aerul obișnuit este adesea mai dens decât găurile negre supermasive.
• Odată ajuns la orizontul evenimentului, corpul nu va experimenta forțe de maree. Cert este că centrul singularității este destul de adânc, iar pentru a ajunge la el va trebui să mergi mult, fără să bănuiești măcar că nu va mai fi cale de întoarcere.

Giganți ai Universului nostru

Unul dintre cele mai voluminoase și mai vechi obiecte din spațiu este gaura neagră supermasivă din quasarul OJ 287. Aceasta este o întreagă lacertidă situată în constelația Cancer, care, apropo, este foarte puțin vizibilă de pe Pământ. Se bazează pe un sistem binar de găuri negre, prin urmare, există două orizonturi de evenimente și două puncte de singularitate. Obiectul mai mare are o masă de 18 miliarde de mase solare, aproape la fel ca o mică galaxie cu drepturi depline. Acest însoțitor este static; doar obiectele care se încadrează în raza sa gravitațională se rotesc. Sistemul mai mic cântărește 100 de milioane de mase solare și are, de asemenea, o perioadă orbitală de 12 ani.

Cartier periculos

S-a descoperit că galaxiile OJ 287 și Calea Lactee sunt vecine - distanța dintre ele este de aproximativ 3,5 miliarde de ani lumină. Astronomii nu exclud posibilitatea ca în viitorul apropiat aceste două corpuri cosmice să se ciocnească, formând o structură stelar complexă. Potrivit unei versiuni, tocmai datorită abordării unui astfel de gigant gravitațional, mișcarea sistemelor planetare din galaxia noastră se accelerează în mod constant, iar stelele devin mai fierbinți și mai active.

Găurile negre supermasive sunt de fapt albe

Chiar la începutul articolului s-a pus în discuție o problemă foarte sensibilă: culoarea în care apar în fața noastră cei mai puternici quasari cu greu poate fi numită neagră. Chiar și cea mai simplă fotografie a oricărei galaxii poate fi văzută cu ochiul liber că centrul ei este un punct alb uriaș. Atunci de ce credem că este o gaură neagră supermasivă? Fotografiile realizate prin telescoape ne arată un grup uriaș de stele care sunt atrase de miez. Planetele și asteroizii care orbitează în apropiere se reflectă datorită apropierii lor, înmulțind astfel toată lumina prezentă în apropiere. Deoarece quasarii nu atrag toate obiectele învecinate cu viteza fulgerului, ci doar le țin în raza lor gravitațională, ei nu dispar, ci încep să strălucească și mai mult, deoarece temperatura lor crește rapid. În ceea ce privește găurile negre obișnuite care există în spațiul cosmic, numele lor este complet justificat. Dimensiunile sunt relativ mici, dar forța gravitației este colosală. Pur și simplu „mănâncă” lumina, fără a elibera o singură cuantă din băncile lor.

Cinema și o gaură neagră supermasivă

Gargantua - omenirea a început să folosească pe scară largă acest termen în legătură cu găurile negre după lansarea filmului „Interstellar”. Privind această imagine, este greu de înțeles de ce a fost ales acest nume și unde este legătura. Dar, în scenariul original, au plănuit să creeze trei găuri negre, dintre care două s-ar numi Gargantua și Pantagruel, preluate din romanul satiric. După ce au fost făcute modificări, a rămas doar o „găuri de iepure”, pentru care a fost ales prenumele. . Este de remarcat faptul că în film gaura neagră este descrisă cât se poate de realist. Ca să spunem așa, designul aspectului său a fost realizat de omul de știință Kip Thorne, care s-a bazat pe proprietățile studiate ale acestor corpuri cosmice.

De unde știam despre găurile negre?

Dacă nu ar fi teoria relativității, care a fost propusă de Albert Einstein la începutul secolului al XX-lea, probabil că nimeni nu ar fi acordat nici măcar atenție acestor obiecte misterioase. O gaură neagră supermasivă ar fi privită ca un grup obișnuit de stele în centrul galaxiei, iar cele obișnuite, mici, ar trece complet neobservate. Dar astăzi, datorită calculelor teoretice și observațiilor care confirmă corectitudinea lor, putem observa un astfel de fenomen precum curbura spațiu-timp. Oamenii de știință moderni spun că găsirea unei „găuri de iepure” nu este atât de dificilă. În jurul unui astfel de obiect, materia se comportă nefiresc; nu numai că se contractă, dar uneori chiar strălucește. În jurul punctului negru se formează un halou strălucitor, care este vizibil printr-un telescop. În multe privințe, natura găurilor negre ne ajută să înțelegem istoria formării Universului. În centrul lor se află un punct de singularitate, asemănător cu cel din care s-a dezvoltat anterior întreaga lume din jurul nostru.

Nu se știe cu siguranță ce se poate întâmpla cu o persoană care traversează orizontul evenimentelor. Îl va zdrobi gravitația sau va ajunge într-un loc complet diferit? Singurul lucru care se poate spune cu deplină încredere este că gargantua încetinește timpul și, la un moment dat, ceasul se oprește definitiv și irevocabil.

Filmul Interstellar, lansat la începutul lunii noiembrie, poate fi considerat pe bună dreptate evenimentul principal al sezonului. Și nu numai cinematografic. Evenimentele prezentate în film - zborurile spațiale prin hiperspațiu, căderea în găuri negre și călătoria în timp - au provocat discuții aprinse atât între fanii SF, cât și în cercurile pseudoștiințifice. Ceea ce nu este surprinzător este că celebrul fizician teoretician Kip Thorne a acționat ca consultant pentru film. Și când vine vorba de fizica teoretică modernă, de multe ori se dovedește că ceea ce a fost chiar ieri o fantezie frenetică astăzi se dovedește a fi o teorie științifică respectabilă.
*Atenție, textul conține spoilere.

Mole Hole

Principalele evenimente ale filmului încep cu zborul personajelor principale printr-o gaură de vierme care s-a desfășurat lângă Saturn. Din punct de vedere fizic, este un tunel care leagă două regiuni îndepărtate ale spațiu-timpului. Aceste zone pot fi fie în același univers, fie pot conecta puncte diferite ale universurilor diferite (în cadrul conceptului de multivers). În funcție de posibilitatea de întoarcere prin gaură, acestea se împart în transitabile și impracticabile. Găurile impracticabile se închid rapid și împiedică un potențial călător să facă călătoria de întoarcere.

Soluțiile pentru ecuațiile de relativitate generală de tip găuri de vierme au fost descoperite pentru prima dată în 1916 de Ludwig Flamm. În anii 1930, Albert Einstein și Nathan Rosen au devenit interesați de ei, iar mai târziu John Wheeler. Cu toate acestea, toate aceste găuri de vierme erau impracticabile. Abia în 1986, Kip Thorne a venit cu o soluție traversabilă pentru găuri de vierme.

Din punct de vedere matematic, o gaură de vierme este un obiect ipotetic obținut ca soluție specială nesingulară (finită și semnificativă din punct de vedere fizic) a ecuațiilor teoriei generale a relativității (GTR) a lui Albert Einstein. De obicei, găurile de vierme sunt descrise ca o suprafață bidimensională îndoită. Puteți ajunge dintr-o parte în cealaltă deplasându-vă în modul obișnuit. Sau puteți face o gaură și puteți conecta ambele părți cu un tunel. În cazul vizual al spațiului bidimensional, se poate observa că acest lucru permite reducerea semnificativă a distanței.

În două dimensiuni, gâturile unei găuri de vierme - găurile din care începe și se termină tunelul - au forma unui cerc. În trei dimensiuni (ca în film), gura unei găuri de vierme arată ca o sferă. Astfel de obiecte sunt formate din două singularități în regiuni diferite ale spațiului-timp, care în hiperspațiu (spațiul de dimensiune superioară) sunt trase una spre alta pentru a forma o gaură. Deoarece gaura este un tunel spațiu-timp, puteți călători prin ea nu numai în spațiu, ci și în timp.

În Interstellar, gaura a fost traversabilă și a conectat diferite galaxii din Univers. Dar pentru a se întoarce prin ea, gaura de vierme trebuie umplută cu materie cu o densitate medie de masă negativă, împiedicând închiderea tunelului. Nu există particule elementare cunoscute de știință care să aibă astfel de proprietăți. Cu toate acestea, probabil că ar putea face parte din materia întunecată.

Lungimea Planck este de aproximativ 1,62x10 -35 metri, ceea ce este de 2x10 de 20 de ori mai mică decât „diametrul” unui proton. Valoarea numerică a unităților Planck (lungime, masă, timp și altele) este obținută din patru constante fizice fundamentale și conturează limita de aplicabilitate a fizicii moderne.

Se crede că o astfel de gaură de vierme ar putea fi prinsă în spumă cuantică, apoi extinsă și făcută potențial potrivită pentru călătorie prin hiperspațiu. O astfel de spumă reprezintă fluctuații ale spațiului pe scalele de lungime Planck, unde legile relativității generale clasice nu funcționează, deoarece trebuie luate în considerare efectele cuantice.

O altă modalitate de a crea o gaură de vierme este de a întinde o regiune a spațiului, formând o gaură cu o singularitate care, în hiperspațiu, ajunge într-o altă regiune a spațiului. În ambele cazuri, se propune menținerea trecerii găurii prin trecerea materiei cu o densitate de masă negativă prin aceasta. Astfel de proiecte nu contrazic GTR.

Exoplanetele și dilatarea timpului

După ce zboară prin gaura de vierme, călătorii în spațiu sunt trimiși pe exoplanete care sunt potențial locuibile conform informațiilor primite din misiunile de recunoaștere. Pentru ca o planetă să fie cel puțin potențial potrivită pentru viața umană, trebuie să aibă lumină, temperatură și regimuri gravitaționale stabile similare cu cele de pe Pământ. Presiunea din atmosferă trebuie să fie comparabilă cu cea de pe Pământ, iar compoziția chimică trebuie să fie adecvată vieții pentru cel puțin unele organisme terestre. O condiție prealabilă este prezența apei. Toate acestea impun anumite restricții asupra masei și volumului planetei, precum și distanței acesteia față de stea și parametrilor orbitali.

În prezent, cea mai favorabilă călătorie în timp pentru oameni a fost creată pe orbita Pământului. Cu cât cosmonauții și astronauții stau mai mult la bordul Stației Spațiale Internaționale, care orbitează planeta cu mai mult de șapte kilometri pe secundă, cu atât îmbătrânesc mai încet (comparativ cu pământenii de la suprafață). Recordul călătoriei în timp îi aparține lui Serghei Krikalev, care în mai mult de 803 de zile s-a mutat în viitor cu aproximativ 0,02 secunde.

În același timp, prima dintre planete (Miller) s-a dovedit a fi situată foarte aproape de gaura neagră supermasivă Gargantua, cu o masă de 100 de milioane de sori și la 10 miliarde de ani lumină distanță de Pământ. Raza găurii este comparabilă cu raza orbitei Pământului în jurul Soarelui, iar discul de acreție din jurul acesteia s-ar extinde cu mult dincolo de orbita lui Marte. Datorită câmpului gravitațional puternic al găurii negre, o oră petrecută pe suprafața planetei lui Miller echivalează cu șapte ani pe Pământ.

Nu este surprinzător, spune fizica teoretică, acest lucru se datorează efectului dilatației timpului în câmpul gravitațional puternic al găurii negre în care se află planeta. În teoria relativității speciale (STR) - teoria mișcării corpurilor la viteze apropiate de lumina - se observă dilatarea timpului la obiectele în mișcare. Și în relativitatea generală, care este o generalizare a relativității speciale ținând cont de gravitație, există o echivalență a inerției și gravitației, a cărei consecință pe termen lung este dilatarea timpului gravitațional.

Gaura neagra supermasiva

După misiuni nereușite pe exoplanete, eroul Matthew McConaughey (împreună cu un robot) este absorbit de Gargantua într-o gaură neagră supermasivă. Mai mult, nici eroul lui McConaughey, nici robotul lui nu au fost sfâșiați în o mie de Matthews și roboți de gravitația monstruoasă când se apropiau de gaură. Cu toate acestea, fizica modernă are o explicație și aici.

Einstein a bazat relativitatea generală pe echivalența locală a câmpurilor de accelerație și gravitație. Poate fi ilustrat cu ușurință folosind exemplul unui laborator în interiorul unui lift în cădere. Toate obiectele din interiorul unui astfel de ascensor vor cădea cu el cu aceeași accelerație, iar accelerațiile lor relative vor fi zero. În acest caz, situația poate fi descrisă în două sisteme de referință. În primul, inerțial și conectat la Pământ, liftul cade sub influența gravitației Pământului. În al doilea, asociat cu liftul (neinerțial), nu există câmp gravitațional. Dacă există un observator în interiorul liftului, atunci el nu este capabil să determine în ce câmp: accelerație sau gravitație, se află. Se dovedește că în sens local (când accelerația gravitației are aproximativ aceleași valori într-o anumită regiune a spațiului, adică câmpul gravitațional este omogen) inerția și gravitația sunt echivalente.

O gaură neagră este un obiect masiv, a cărui atracție gravitațională, conform versiunii clasice a relativității generale, nu permite materiei să-și părăsească limitele. Limita găurii cu spațiul înconjurător se numește orizont de evenimente. După ce a trecut prin el, corpul, așa cum se crede, nu se poate întoarce înapoi (cel puțin în același mod).

Există mai multe scenarii pentru formarea unor astfel de obiecte. Mecanismul de bază implică prăbușirea gravitațională a anumitor tipuri de stele sau materie în centrele galaxiilor. De asemenea, este posibil să se fi format în timpul Big Bang-ului și în timpul reacțiilor particulelor elementare. Existența găurilor negre este fără îndoială printre majoritatea oamenilor de știință.

Puterea câmpului gravitațional (cu alte cuvinte, valoarea accelerației datorate gravitației) al unei găuri negre scade odată cu distanța față de aceasta. Acest lucru nu se observă la distanțe mari, unde câmpul găurii negre este local, uniform și semnificativ la distanțe scurte: diferite părți ale aceluiași obiect extins cad în gaură cu accelerații diferite, iar obiectul este întins.

Exact așa funcționează forța mareelor ​​unei găuri negre. Cu toate acestea, aici există o lacună. Forța mareelor ​​este direct proporțională cu masa găurii negre și invers proporțională cu cubul razei orizontului evenimentelor. Raza orizontului de evenimente al găurii crește proporțional cu masa acesteia. Prin urmare, în ordinea mărimii, forța mareei este invers proporțională cu pătratul masei găurii. Pentru găurile negre obișnuite se obțin valori enorme ale forțelor de maree, în timp ce pentru cele supermasive nu sunt atât de mari, de care au profitat eroii din Interstellar.

Hiperspațiu

În interiorul unei găuri negre care se învârte, eroul lui Matthew McConaughey (și robotul său) au descoperit un univers cu dimensiunea a cincea. Și aici, sincer, au avut noroc - dacă gaura neagră nu s-ar fi rotit, călătorii ar fi continuat să se deplaseze spre centrul ei - singularitatea, iar în acest caz finalul filmului ar fi fost complet diferit.

Din punct de vedere matematic, conceptul de hiperspațiu fizic a apărut la sfârșitul anului 1910, când Theodor Kaluza a încorporat spațiul bidimensional al Relativității Generale în cel cincidimensional și, prin urmare, a introdus o nouă dimensiune. De obicei, în teoriile cu dimensiuni suplimentare, dimensiunile universului observabil de-a lungul noilor dimensiuni sunt atât de mici încât nu au aproape niciun efect asupra celorlalte patru.

Relativitatea generală permite posibilitatea unor soluții la ecuațiile lui Einstein, de exemplu, sub forma metricii Kerr, ale cărei proprietăți analitice permit să scape de singularitate. Astfel de soluții au proprietăți neobișnuite, în special, ele implică posibilitatea existenței în interiorul unei găuri negre a traiectorii speciale spațiu-timp care încalcă relațiile uzuale cauză-efect.

Se poate presupune că eroul lui McConaughey (și robotul său) a reușit să pătrundă într-o asemenea gaură neagră, să scape de singularitatea ei și să călătorească în interiorul ei de-a lungul unei traiectorii speciale care l-a condus către un nou univers. În ea, geometria s-a dovedit a fi aranjată local în așa fel încât patru dimensiuni să fie spațiale și simultane. Formal, acest lucru nu contrazice GTR.

Și, deși o persoană, aparent, este capabilă să perceapă doar trei dimensiuni spațiale și una de timp, în film personajul principal din noul univers a primit ocazia nu numai de a călători prin dimensiunea timpului, ci și de a observa proiecțiile unui patru- unul dimensional în spațiul tridimensional.

„Ecuația gravitației”

În timp ce Matthew McConaughey (împreună cu robotul) zboară prin exoplanete și într-o gaură neagră, profesorul care rămâne pe pământ, interpretat de Michael Caine, încearcă să rezolve o anumită „ecuație gravitațională” care să-i permită să conecteze mecanica cuantică și generalul. relativitatea într-o singură teorie și, prin urmare, să înțelegem fizica găurii de vierme și a găurii negre.

Radiația Gribov-Hawking sugerează evaporarea unei găuri negre din cauza fluctuațiilor cuantice asociate cu formarea de perechi de particule virtuale. O particulă dintr-o astfel de pereche zboară departe de gaura neagră, iar cealaltă - cu energie negativă - „cade” în ea. Pentru prima dată, fizicianul teoretician sovietic Vladimir Gribov a vorbit despre posibilitatea unui astfel de fenomen. Și în prima jumătate a anilor 1970, după o vizită în URSS, Stephen Hawking a publicat o lucrare în care a prezis existența radiațiilor din găurile negre (numite Hawking radiation în literatura de limbă engleză sau Gribov-Hawking în literatura de limba rusă). ).

Și, trebuie să spun, eroul lui Michael Caine nu suferă singur. Crearea unei teorii universale care să conecteze relativitatea generală și mecanica cuantică este sarcina principală a majorității fizicienilor matematici moderni - specialiști în teoria corzilor. Sarcina principală a teoriei este de a unifica toate cele patru interacțiuni cunoscute: puternice, slabe, electromagnetice și gravitaționale. Primele trei sunt descrise de teoria cuantică a câmpului (QFT), un model matematic al fizicii moderne a particulelor, iar ultimul de relativitatea generală. În același timp, Relativitatea Generală în ansamblu nu contrazice QFT, deoarece vorbește despre fenomene la alte scări de lungime și energie. Dar dacă GR se ocupă de obiecte cosmologice de mase uriașe, atunci QFT este aplicabil la nivel subatomic.

Problema este că ambele teorii sunt în conflict una cu cealaltă pe scara Planck, deoarece asupra lor corecțiile cuantice trebuie luate în considerare în relativitatea generală. Astfel, într-o gaură neagră, efectele cuantice duc la evaporarea acesteia. Versiunea cuantică a relativității generale, obținută într-un mod similar cu QFT, se dovedește a fi nerenormalizabilă, adică mărimile observate nu pot fi finite. Majoritatea cercetărilor din acest domeniu sunt dedicate rezolvării acestei probleme. Teoria corzilor în sine (teoria M) se bazează pe ipoteza existenței pe scara Planck a obiectelor unidimensionale ipotetice - șiruri, ale căror excitații sunt interpretate ca particule elementare și interacțiunile lor.

În film, exploratorii îndrăzneți folosesc o gaură de vierme din apropierea orbitei lui Saturn pentru a intra într-un alt sistem planetar. Privitorului i se arată că o „găură de vierme” este un tunel spațiu-timp prin care oamenii pot parcurge aproape instantaneu distanțe mari.

Dacă străpungeți o bucată de hârtie - Universul imaginar - la capete diferite și apoi o îndoiți astfel încât cele două găuri să fie opuse una de cealaltă, veți obține aceeași gaură de vierme.
Dar este posibilă călătoria instantanee între două puncte îndepărtate?

Profesorul Barstow:

Nu cred că există găuri de vierme cu adevărat. Acesta este ceva din science fiction. Nu există nicio dovadă directă a existenței unor astfel de lucruri în Univers. Știm ce sunt găurile negre, dar abia începem să explorăm posibilitatea curburii spațiu-timp.

Lee Billings:

Chiar sper că există găuri de vierme în spațiu prin care poți călători în cinci dimensiuni. Dar nu avem idee dacă există găuri de vierme stabile la scară macroscopică. Se pare că este mult mai ușor să călătorești pe calea de modă veche fără să te bazezi pe un miracol; Poate că pânzele solare vor ajuta în această chestiune. Și nu este nevoie să te grăbești nicăieri.

Nu poți supraviețui dacă cazi într-o gaură neagră

Într-unul dintre episoadele cheie ale filmului, unul dintre personajele principale, părăsind o navă spațială, cade într-o gaură neagră și apoi iese din ea. Dar este posibil să supraviețuiești dacă cazi într-o gaură neagră?

Nu. Câmpul gravitațional al unei găuri negre este extrem de puternic și se modifică foarte repede. Tot ceea ce intră în el este întins de gravitație și devine ca paste lungi și subțiri. Prin urmare, orice cade într-o gaură neagră nu are nicio șansă de supraviețuire. De asemenea, este imposibil să transmiteți semnale de acolo.

Lee Billings:

Apropierea discului de acreție în jurul unei găuri negre supermasive, așa cum se arată în film, este o idee foarte proastă. Este o mare concepție greșită că radiația puternică a materialului fierbinte îi va permite să alunece de-a lungul orizontului evenimentului și să nu se topească. Planetele locuibile sunt, de asemenea, prezentate diferit aici.

Este posibil să intri pe orbita unei găuri negre?

Eroul filmului folosește orbita unei găuri negre pentru a ajunge la una dintre exoplanete. Este posibil?

Puteți orbita o gaură neagră până când vă apropiați foarte mult de ea. Astronomia ne arată multe sisteme pe orbită în jurul unei găuri negre. Și, de regulă, acestea sunt sisteme cu stele. Le poți vedea doar dacă te afli în orizontul evenimentului.

Dacă există planete în jurul unei găuri negre, probabil că acestea nu sunt potrivite pentru viață.

Cercetătorii din film vizitează un sistem planetar care nu este doar aproape de o gaură neagră, dar are și planete potențial locuibile.

Nimic nu împiedică planetele să orbiteze în jurul unei găuri negre, deși nu există încă astfel de exemple. Problema este stabilitatea unor astfel de sisteme planetare. Orice sistem planetar apropiat de o gaură neagră este probabil să fie consumat.

Lee Billings:

Cred că Interstellar este un film pentru fizicieni, nu pentru oameni de știință planetar. Există multe neconcordanțe în film legate de planete.

Despre „singularitatea ușoară”

Eroul filmului spune că în interiorul găurii negre există doar o „lumină”, care poate explica unele dintre evenimentele din sistemul planetar pe care le vizitează cercetătorii. Dar există măcar o „singularitate ușoară”?

Important este că găurile negre pot avea mase diferite. Singularitatea este centrul găurii negre. Dar există un concept conform căruia toate găurile negre au o masă finită care nu dispare în spațiu. Așa le detectăm de fapt - masa influențează materialul din jur.

Matt Kaplan:

Știm puține despre procesele din apropierea unei găuri negre. Nimeni nu știe ce se află dincolo de orizontul evenimentelor. Deocamdată ne bazăm doar pe teorie.

Procesul de îmbătrânire din cauza dilatației timpului este prezentat cu acuratețe

Astronauții îmbătrânesc mult mai lent decât omologii lor de pe Pământ din cauza efectelor dilatării timpului. Potrivit teoriei, oamenii care călătoresc cu viteze apropiate de viteza luminii încetinesc timpul. Există o confirmare experimentală în acest sens.

Acest lucru este bine cunoscut. Teoria relativității a lui Einstein afirmă că oamenii care călătoresc cu viteze diferite experimentează timpul diferit. De exemplu, astronauții care au zburat pe Lună au îmbătrânit puțin mai puțin decât cei care au rămas pe Pământ, deși acest lucru abia se observa. Dar dacă atingeți viteze apropiate de viteza luminii, ceea ce este destul de greu de realizat, diferența va fi vizibilă.

Puteți crede în gravitația artificială pe naveta spațială Endurance, dar nu și în motorul său fantastic

Potrivit experților, Endurance părea destul de realist. Dar ușurința cu care nava spațială a aterizat și s-a ridicat de pe suprafața planetelor a fost considerată neplauzibilă de către aceștia.

Lee Billings:

Din punctul de vedere al gravitației artificiale, care împiedică distrugerea oaselor în gravitate zero, Endurance pare destul de plauzibil. Îndoielile sunt ridicate de sistemul de propulsie, care a făcut posibilă ignorarea influenței forțelor gravitaționale ale planetelor, în urma căreia astronauții au îmbătrânit zece ani într-o oră.

Matt Kaplan:

Cred că pentru o poveste atât de mare, unele lucruri pot fi trecute cu vederea.

O parte din ceea ce este arătat în film este pur adevăr, o altă parte se bazează pe presupuneri științifice, iar o altă parte este pură speculație.

Filmul lui Christopher Nolan Interstellar este numit de mulți cel mai științific din science-fiction modernă, dar afirmațiile împotriva lui sunt făcute în cea mai mare măsură. Disputele despre meritele și demeritele acestei imagini îi obligă pe oameni să-și îngroape capul în manualele de fizică. Să încercăm să ne dăm seama cum a devenit Interstellar ceea ce este și ce este strict științific în el și ce nu este în întregime științific.

CU GRIJA! SPOILER!

Versiunea video a acestui articol.

Omul care a inventat Interstellar

Numele celebrului fizician Kip Thorne apare în fiecare dezbatere despre natura științifică a filmului lui Nolan. Omul de știință a jucat un rol imens în crearea filmului. Thorne nu s-a limitat la rolul de consultant științific - de fapt, el a fost cel care a venit cu Interstellar.

Profil: Stephen Kip Thorne

Specialist în domeniul teoriei gravitației, astrofizicii și teoriei măsurătorii cuantice. A fost profesor la Institutul de Tehnologie din California (Caltech) timp de mai bine de cincisprezece ani. Unul dintre cei mai mari experți ai lumii în relativitate generală. Popularizator al științei. Prieten apropiat și coleg al lui Stephen Hawking.

În urmă cu aproximativ treizeci de ani, celebrul Stephen Hawking a aranjat ca prietenul său, tânărul fizician și tată singur Kip Thorne, să meargă la o întâlnire nevăzută cu Linda Obst, redactorul științific al revistei The New-York Times și un aspirant producător de televiziune. Romantismul cuplului nu a funcționat niciodată, dar au format o prietenie puternică. În urmă cu aproximativ zece ani, Lindei și Kip au avut ideea de a crea un film bazat pe realizările și cunoștințele științei moderne. Ei au scris o schiță de opt pagini care a inclus, printre altele, până la șase găuri de vierme, cinci găuri negre și o rasă misterioasă de extratereștri care trăiesc într-un „vrac” - un spațiu cu cel puțin cinci dimensiuni. Unul dintre eroi trebuia să fie Stephen Hawking, care a mers personal în spațiu.

Când și-a prezentat ideea studioului de film, Thorne a pus o condiție: toate mișcările intrigă din film trebuie să fie sigure din punct de vedere științific sau cel puțin bazate pe teorii și speculații acceptabile.

Studioul Paramount a devenit interesat de idee, iar Steven Spielberg însuși s-a așezat pe scaunul de regizor. Scenariul a fost repartizat fratelui mai mic al lui Christopher Nolan, Jonathan. Dar apoi au început dificultăți: din cauza grevei Writers Guild, John a încetat să lucreze la film, apoi a trebuit să treacă la The Dark Knight, iar Spielberg nu a împărtășit ceva cu șefii Paramount și a părăsit proiectul. Thorne și-a pierdut inima, dar Linda nu a disperat și în câteva săptămâni a găsit un nou regizor - Christopher Nolan.

Bătrânul Nolan a adus o mulțime de lucruri noi la Interstellar. Chris a rescris scenariul, combinându-l cu propriile sale idei care au fost inițial destinate unui proiect complet diferit. Versiunea finală a fost complet diferită de versiunea originală de opt pagini, dar Kip nu a fost supărat, deoarece, din punctul său de vedere, Nolan a aderat aproape întotdeauna la principiul exprimat de Thorne. Thorne s-a opus categoric regizorului o singură dată - când Chris a venit cu o scenă în care eroii se mișcau mai repede decât lumina. Kip a petrecut două săptămâni demonstrând de ce acest lucru era complet imposibil și și-a atins obiectivul.

În același timp, Kip a înțeles că Chris face un lungmetraj, așa că din când în când închidea ochii la inexactitățile minore necesare pentru a îmbunătăți drama și s-a asigurat doar că imaginația lui Nolan nu-l duce prea departe. A reusit? Să ne dăm seama.

Lume prăfuită și agenți patogeni

Începutul Interstellar are loc pe un viitor Pământ care pare extrem de neatractiv. Un nou agent patogen a distrus toate culturile, cu excepția porumbului, există amenințarea foametei, guvernele au desființat armatele și centrele științifice, iar oamenii obișnuiți sunt nevoiți să devină fermieri pentru a se hrăni. De parcă nu ar fi de ajuns, locuitorii sunt afectați de furtuni obișnuite de praf care au transformat o mare parte din Statele Unite într-un bol de praf. Și mai rău, agentul patogen distruge rezervele de oxigen din aer, înlocuindu-l cu azot, astfel încât cei care nu mor de foame pur și simplu se sufocă.

REVENIRE: Stai! Cum ar putea un singur agent patogen să distrugă toată viața vegetală? De regulă, astfel de lucruri afectează doar anumite tipuri de plante, decimându-le complet populația. Acele boli care afectează mai multe specii simultan nu sunt de obicei atât de grave.

Istoria Pământului cunoaște exemple de extincții în masă, când, din cauza condițiilor schimbate dramatic, majoritatea ființelor vii au murit. Acest lucru s-a întâmplat când au apărut cianobacteriile, eliberând oxigen, care în acele vremuri era o adevărată otravă pentru majoritatea speciilor. Acum se poate dezvolta un microorganism similar, care, de exemplu, va elibera azot în atmosferă.

Un alt scenariu posibil este apariția unei noi boli care atacă soiurile majore de plante de care depindem cel mai mult. Biologii nu exclud această posibilitate, deși o consideră extrem de puțin probabilă.

CONTRARGIMENT: Dar de ce să reduceți cheltuielile pentru știință într-o astfel de situație? Dimpotrivă, ele trebuie crescute pentru ca biologii să dezvolte noi culturi de plante care să fie imune la virus, să inventeze o vaccinare, un antidot sau o altă modalitate de a combate flagelul. La urma urmei, așa luptăm acum cu orice boală care are chiar și cea mai mică șansă de a provoca o pandemie. Printre altele, aceasta este o afacere gigantică în care poți câștiga mulți bani. Mult mai profitabil decât cultivarea porumbului în Kansas.

Poate că au existat astfel de încercări, dar au eșuat. Chiar și acum există boli pentru care nu s-au găsit încă vaccinuri, deși dezvoltarea continuă de treizeci de ani. Să presupunem că la început statele chiar au cheltuit sute de milioane pentru căutarea unui remediu, dar apoi veniturile trezoreriei s-au oprit, bugetele s-au secat și finanțarea a trebuit să fie anulată.

CONTRARGMENT: Dar unde va merge oxigenul din aer?

Oxigenul din atmosferă provine în principal din fotosinteza plantelor. Dacă un nou agent patogen interferează cu acest proces special, oxigenul nu va mai fi o resursă regenerabilă. Acum să vedem cum se formează dioxidul de carbon: fie în procesul de respirație al tuturor ființelor vii, fie ca urmare a degradarii materiei organice, fie sub formă de emisii industriale de la întreprinderi și de evacuare a mașinilor. Chiar dacă, după foamete și criză economică, populația scade și emisiile în atmosferă scad, vegetația pe moarte va putrezi în câmpuri. Potrivit unor estimări, aproximativ un procent din cantitatea de oxigen rămasă va fi consumată în timpul procesului de degradare. În locul lui va veni monoxidul de carbon, care va îngreuna respirația persoanelor sensibile și va crește temperatura aerului cu zece grade. Nu fatal, desigur, dar nu foarte plăcut.

Cu toate acestea, trebuie să recunoaștem că un astfel de scenariu este puțin probabil. Este folosit în film nu ca o predicție a viitorului, ci ca o întorsătură a intrigii pentru a forța personajele în spațiu.

Gaură de vierme și rezistență

Profitând de o gaură de vierme norocoasă, NASA echipează o expediție interstelară pe nava Endurance în căutarea unei noi căminuri pentru umanitate. E bine că există o gaură lângă Saturn! La urma urmei, în lumea lui Cooper, călătoria cu viteza luminii este imposibilă și ar dura mii de ani pentru a zbura către stele.

REVENȚIE: Găurile de vierme sunt reale? Fizicienii chiar au înregistrat cel puțin unul?

Nu, dar știința le admite existența, sau cel puțin nu o neagă. Și ce nu este interzis... Recent, nu fără participarea domnului Thorne, ideea că spațiul nu este un vid nesfârșit, ci un fel de material care poate fi schimbat, câștigă popularitate în cosmologie, dacă ar exista instrumentele necesare.

CONTRAARGUMENT: Să recunoaștem. Dar pentru a menține vizuina în stare de funcționare, sunt necesare cantități considerabile de materii negative sau exotice. Și pentru a deschide o gaură, este necesară o sursă de gravitație enormă precum Gargantua, iar apariția a ceva de genul acesta în Sistemul Solar l-ar scufunda în haos.

Și chiar dacă ar apărea o gaură de vierme - de exemplu, datorită influenței lui Gargantua - ar fi o stradă cu sens unic. Călătoria de întoarcere ar necesita o sursă similară de gravitație pe cealaltă parte.

Da, însăși aspectul găurii este o libertate necesară. În film, personajele au sugerat că gaura de vierme a fost creată de creaturi care trăiesc în spațiul a cincea dimensiune pentru a ne arăta calea către mântuire.

CONTRAARGUMENT: Profesorul Brand spune că gaura de vierme a apărut pe orbita lui Saturn cu cincizeci de ani înainte de evenimentele Interstelare. NASA a fost desființată cu zece ani înainte de începerea filmului. Adică, timp de patruzeci de ani, nimeni nu a știut nimic despre apariția unei anomalii gravitaționale în Sistemul Solar? Da, mulțimi de adepți ai teoriei corzilor s-ar alinia la Comitetul Nobel. Aceasta este știrea secolului!

A trecut o jumătate de secol de atunci, toată lumea a uitat de vreo gaură în spațiu - au fost destule probleme. Un singur bunic nebun își amintește despre ea, care trăiește în subteran, seamănă cu Kip Thorne și își adună nave spațiale pe genunchi.

REVENȚIE: Apropo de navă! De ce l-a pus vehiculul de lansare pe orbită dacă a reușit să decoleze de pe planetele Miller și Manna?

În primul rând, Endurance a intrat pe orbită, iar astronauții au aterizat pe planete în Ranger, o navetă andocata la Endurance. În al doilea rând, nu există benzinării pe drumul de la Pământ la Gargantua, așa că trebuie să economisiți combustibil.

CONTRAGUMENT: Apropo de combustibil. Un drum ca acesta necesită mult. De ce nu vedem rezervoare uriașe de combustibil în niciuna dintre fotografiile de la Endurance?

Ești sigur că camera arăta toate compartimentele? De ce, de exemplu, să arătați calele de marfă unde nu se întâmplă nimic? În plus, în drum spre Saturn, membrii expediției ar putea economisi combustibil folosind manevre gravitaționale - accelerând, încetinind sau schimbând direcția de zbor sub influența gravitației corpurilor cerești. Cam așa a lansat NASA sonda Cassini la sfârșitul anilor nouăzeci. Nu era suficient combustibil la bord pentru a ajunge la Saturn, dar NASA a calculat cursul astfel încât Cassini să treacă tangentă la orbitele lui Venus, Pământ și Jupiter. Fiecare astfel de manevră a dat sondei o accelerație.

Pentru a ajunge de la Pământ la Saturn în doi ani, Endurance trebuie să parcurgă în medie 20 de kilometri pe secundă. Kip Thorne crede că, cu ajutorul manevrelor și cu creșterea eficienței combustibilului pentru rachete, până la sfârșitul secolului XXI, omenirea va putea atinge o viteză de 300 de kilometri pe secundă. Deci, este foarte posibil să zburați către Saturn într-un astfel de timp.

CONTRARGMENT: Dar cum au încetinit pe orbita lui Saturn și nu au zburat mai departe? Puterea motoarelor din prova navei clar nu ar fi suficientă aici.

Pe cont propriu, s-ar putea să nu fi fost suficient, dar cu ajutorul corecțiilor regulate ale cursului pe orbita lui Saturn - de ce nu? În plus, nu uitați de gaura de vierme, care ar putea afecta foarte bine locația câmpurilor gravitaționale.

Viața orbitează în jurul unei găuri negre

După ce au trecut prin gaura de vierme, Cooper și ceilalți se găsesc la punctul final al călătoriei lor - un sistem planetar lângă uriașa gaură neagră Gargantua. Acest corp ceresc este o sursă de mândrie specială atât pentru Kip Thorne, cât și pentru artiștii cu efecte speciale. La înfățișarea gaurii, au fost folosite calcule făcute de Thorne special pentru film. Rezultatul l-a șocat pe Kip însuși. A ghicit cum ar trebui să arate găurile negre în realitate, dar animația pe computer i-a depășit toate așteptările.

REVENȚIE: Nu există alte corpuri cerești vizibile lângă Gargantua, cu excepția a câteva planete. De unde își iau căldura și lumina planetele Miller, Edmunds și Mann?

De pe discul de acumulare. Gravitația lui Gargantua este atât de puternică încât poate captura o stea întreagă. Când o stea se deplasează direct către o gaură neagră, soarta ei este îngrozitoare și previzibilă. Dacă orbita sa se află aproape de Gargantua, atunci gravitația găurii negre pur și simplu sfâșie corpul ceresc, iar cea mai mare parte a materiei care alcătuia anterior corpul stelei cade pe orbita lui Gargantua și formează un disc de acreție. Emite lumină, căldură și radiații, astfel încât poate înlocui cu ușurință soarele.

CONTRARGMENT: Se dovedește că viața pe aceste planete este imposibilă din cauza temperaturilor ridicate și a radiațiilor. Cum de echipajul Endurance nu s-a prăjit doar zburând?

Poate că au trecut câteva milioane de ani de când ultima stea a căzut în ghearele gravitaționale din Gargantua. Apoi gazul care alcătuiește discul s-a răcit la o temperatură de câteva mii de grade și nu mai emite radiații atât de puternice, deși continuă să furnizeze suficientă lumină și căldură. Temperatura scăzută explică și decolorarea discului.

Gargantua este cea mai autentică gaură neagră din istoria filmului. Dar chiar și ea este diferită de cea reală.

REVENȚIE: De unde au venit chiar planetele? Nu ar fi trebuit să fie aspirați în gaură?

De fapt, știința permite existența unor zone de timp și spațiu obișnuit în apropierea găurilor negre gigantice, chiar și a sistemelor planetare întregi care se învârt în jurul singularității centrale pe orbite complexe, dar închise.

REVENȚIE: Discul de acumulare nu pare real. Ar trebui să fie oarecum turtit și asimetric. În plus, modelul nu ține cont de efectul Doppler: o margine a discului ar trebui să fie roșie, cealaltă albastră.

Da, aici Christopher Nolan a mers în mod deliberat împotriva adevărului pentru a nu deruta publicul. De asemenea, a subestimat în mod deliberat viteza de rotație a găurii negre. În plus, având în vedere distanța de la gaura neagră până la planeta lui Miller, Gargantua ar ocupa jumătate din cer, iar planeta s-ar afla în interiorul discului de acreție, deci ar fi vizibilă în cea mai mare parte doar din partea opusă găurii.

Planetele Miller și Manna

În primul rând, astronauții merg pe planeta Miller. Timpul se mișcă încet acolo - o oră pe suprafața sa este egală cu șapte ani pământeni.

REVENȚIE: Acest lucru este posibil numai în apropierea obiectelor cu masă enormă, cum ar fi cele care orbitează o gaură neagră. Dar trebuie să fii foarte aproape de gaură, aproape deasupra suprafeței sale. Și o orbită stabilă în jurul unei găuri negre ar trebui să depășească diametrul lui Gargantua de cel puțin trei ori. Altfel, planeta Miller ar fi fost aspirată înăuntru cu mult timp în urmă. Luând în considerare cadrele prezentate în film, timpul de pe suprafața planetei ar trebui să curgă mai lent decât pe Pământ, cu doar douăzeci la sută.

Acest lucru este valabil pentru găurile negre care nu se rotesc, dar cu Gargantua lucrurile stau diferit. Gargantua este o gaură neagră rotativă supermasivă, care își schimbă oarecum impactul asupra spațiului înconjurător. În anumite condiții, să zicem, dacă se rotește foarte repede și planeta lui Miller este situată suficient de aproape de orbita circulară a lui Gargantua, o astfel de dilatare a timpului este posibilă.

Adevărat, găurile negre care se rotesc au o limită a vitezei lor de rotație și, de regulă, nu ating maximul. Pentru ca planeta lui Miller să aibă acest tip de dilatare a timpului, Gargantua ar trebui să se rotească puțin mai puțin decât maxim. Acest lucru este real, deși puțin probabil.

CONTRARGMENT: Ce zici de valuri? Ele sunt posibile numai dacă diferența de atracție gravitațională a găurii negre de pe diferite părți ale planetei este foarte mare. Dar în acest caz, planeta ar fi pur și simplu sfâșiată!

Nu chiar. Datorită dimensiunii gigantice a lui Gargantua, diferența de gravitație a găurii negre de pe diferite părți ale planetei lui Miller nu este suficient de mare. Cu toate acestea, forța gravitației ar fi trebuit să fie suficientă pentru a deforma planeta. Planeta lui Miller trebuie să fi arătat ca un elipsoid, comprimat în lateral și alungit în lungime. În plus, dacă planeta s-ar roti în jurul axei sale, atunci forțele gravitaționale ale lui Gargantua ar acționa în mai multe direcții, în funcție de poziția orbitelor. În film, vedem că toate valurile gigantice se mișcă aproximativ în aceeași direcție. De aici rezultă că planeta Miller este întotdeauna îndreptată către gaura neagră cu aceeași parte.

O altă explicație este posibilă: din cauza deformării planetei și a atracției lui Gargantua, cutremure au loc constant în anumite zone, provocând tsunami gigantice.

CONTRARGMENT: Radiații, lipsa sursei obișnuite de lumină și căldură - Planeta lui Miller nu arată ca un loc potrivit pentru locuire. Era cu adevărat necesar să zburăm la el în primul rând și într-adevăr această parte a expediției nu ar fi putut fi evitată?

Bineînțeles că era posibil. Planeta Miller nu ar fi fost niciodată un candidat principal pentru o nouă casă pentru umanitate dacă Cooper sau alți membri ai echipajului Endurance și-ar fi dat seama cum să folosească teancul de echipament științific care a fost adus la bordul navei tocmai în acest scop. Informații despre adecvarea planetei lui Miller pentru viață ar putea fi obținute direct de pe orbită folosind telescoape și alte instrumente. Aceleași cu care Romilly a petrecut aproape un sfert de secol studiind însăși gaura neagră, în timp ce alții au luptat cu tsunami-ul.

Fără a coborî pe planetă, ar fi posibil să o studiem de la o distanță sigură, unde decalajul de timp este minim. O simplă analiză spectrală ar economisi foarte mult combustibilul expediției și ar reduce intensitatea pasiunilor de pe ecran. Christopher Nolan a avut nevoie de această încetinire a timpului pentru a arăta cum crește diferența dintre tată și fiică.

Ca ultimă soluție, dacă NASA ar dori cu adevărat să trimită o delegație de ființe gânditoare pe planetă, ar fi foarte posibil să trimită în expediție un echipaj format doar din roboți. Roboții sunt capabili să supraviețuiască în aproape orice condiții (judecând după film - chiar și într-o gaură neagră), sunt mai puțin pretențioși, nu atât de capricioși și pot tolera singurătatea mai ușor.

REVENȚIE: Cât de justificate erau manevrele lui Cooper înainte de a ateriza pe planeta lui Miller pentru a evita dilatarea timpului și tragerea unei găuri negre?

Nu ar fi evitat în niciun caz dilatarea timpului - aceasta crește invers proporțional cu distanța de la gaura neagră. Dar economisirea timpului prin ajustarea cursului navei datorită atracției gravitaționale a diferitelor corpuri cerești este încă posibilă. În film, Cooper decide să scape de gravitația lui Gargantua accelerând la viteză mare, apoi frână brusc, căzând în zona gravitațională a unei stele neutronice.

De fapt, nu ar fi posibil să se reducă viteza într-un mod similar (și astfel încât nava și pasagerii să nu fie rupte în bucăți în timpul frânării bruște) cu ajutorul unei stele neutronice - aceasta necesită o mică gaură neagră de dimensiunea al Pamantului. Dar Nolan a fost neclintit cu privire la numărul de găuri negre din film: una, doar una!

***

Să ne mutăm pe planeta Manna. Acțiunea are loc la înălțimea suprafeței, cu nori uriași de gheață atârnând pe cer.

CLAIM: Cum este posibil ca nori ca acesta să existe? Și de ce nu cad sub propria greutate?

Aparent, planeta lui Mann orbitează Gargantua pe o orbită extrem de dificilă și își petrece cea mai mare parte a timpului departe de gaura neagră. De ce? În primul rând, a fost aproape cel mai lung zbor către planeta Mannei când echipajul Endurance a decis de unde să înceapă. Dar când Cooper decolează de pe planetă, Ranger ajunge foarte aproape de Gargantua. Și în al doilea rând, acest lucru este sugerat de norii giganți de gheață care îngheață în timp ce planeta este îndepărtată de pe discul de acreție.

Și nu cad datorită unui tip special de magie. Magia filmului. De fapt, ar fi trebuit să se prăbușească la suprafață cu mult timp în urmă.

Căderea într-o gaură neagră

REVENȚIE: După ce a decolat de pe planeta lui Mann, Endurance este capturat de gravitația lui Gargantua. Cooper reușește să salveze modulul principal, dar el, robotul TARS și Ranger trec prin orizontul evenimentelor și cad într-o gaură neagră. Cum au supraviețuit întregului proces? Ar fi trebuit fie uciși de radiații și de temperatura discului de acreție, fie ar fi trebuit să fie spaghettifiați - transformați într-un fir alungit din cauza diferenței de atracție a diferitelor părți ale corpului.

Dacă Gargantua a capturat ultima dată stele în capcana gravitațională cu milioane de ani în urmă, atunci discul a devenit sigur pentru călătorii ocazionali (și inutil pentru planetele din jur, de altfel). În ceea ce privește spaghetificarea, este din nou posibilă în găuri negre mici și care nu se rotesc. Dimensiunea și viteza de rotație a lui Gargantua reduc diferența de atracție a diferitelor părți ale corpului la zero, astfel încât nu există teamă de a se transforma în spaghete.

CONTRARGMENT: Înseamnă asta că poți supraviețui în siguranță căzând într-o gaură neagră?

Desigur că nu. Urmând TARS, Cooper și-a semnat propriul mandat de moarte și el însuși a înțeles-o.

CONTRARGMENT: Să spunem că printr-un miracol Cooper a supraviețuit. Cum se aștepta să transmită semnalul înapoi acasă? La urma urmei, au avut dificultăți chiar și în a transmite un semnal printr-o gaură de vierme. Ce putem spune despre o gaură neagră, din care, după cum știm, nimic nu scapă.

Se credea că nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa de atracția unei găuri negre. Dar Stephen Hawking a demonstrat că găurile negre pot emite particule elementare, în principal fotoni. Unele teorii sugerează că informația nu poate fi oprită în principiu, dar oamenii de știință nu au o viziune comună asupra acestei probleme. Cu toate acestea, este puțin probabil ca aceștia să fie de acord că un semnal ar putea fi transmis dintr-o gaură neagră, așa că aceasta este, desigur, o exagerare.

REVENȚIE: Care sunt aceste date gravitaționale fără de care este imposibil să rezolvi ecuația profesorului Brand?

Potrivit filmului, profesorul avea nevoie de date pentru a ajunge la o înțelegere a gravitației și a interacțiunii acesteia cu mecanica cuantică. Ulterior, acest lucru ar ajuta la ridicarea de noi colonii umane de pe Pământ. Desigur, rezolvarea unor astfel de probleme în viața reală nu ar necesita sărirea într-o gaură neagră. Și este puțin probabil ca astfel de date să poată fi transmise într-o secvență atât de scurtă de semnale.

REVENȚIE: După ce a trecut prin orizontul evenimentelor, Cooper se trezește într-un tesseract, un hipercub cu patru dimensiuni care permite măsurarea timpului ca o cantitate liniară și îi permite să comunice cu Murph în orice moment al vieții ei. Este și asta științific?

Din momentul săriturii în gaura neagră și până la sfârșitul filmului, scenariul încetează să se concentreze pe știință și funcționează cu speculații pure. Da, oamenii de știință admit existența altor dimensiuni, dar cunoașterea lor în spațiul tridimensional nu este posibilă. Și, desigur, nu poate fi dovedit științific că, după ce sară într-o gaură neagră, forțe necunoscute vor transporta o persoană în camera fiicei sale. Nolan atribuie toate aceste fenomene misterioase „ei” misterioși și enigmatici care trăiesc în spațiul cinci-dimensional.

***
La urma urmei, Nolan filma science fiction, nu documentar, așa că avea dreptul să ignore unele detalii. Interstellar a căzut uneori victima designului artistic, deciziile vizuale fiind luate mai degrabă în beneficiul publicului și al echipajului decât al oamenilor de știință. Cu toate acestea, imaginea sa dovedit a fi mult mai științifică decât majoritatea science-fiction-ului modern. Gândește-te: în ce altă sesiune am avut vreodată nevoie pentru a ști cum funcționează astrofizica reală?