Наука в «Интерстеллар»: правда или вымысел?

О последнем фильме Кристофера Нолана написали уже, наверное, даже кулинарные издания. Эта космическая киносимфония ещё раз ставит даже самого далёкого от науки зрителя перед вопросом: долго ли ещё нам ждать полётов в другие галактики? 

Время чтения: 7 минут
Наука в «Интерстеллар»: правда или вымысел?

Кип Торн, профессор Калифорнийского технологического института, загорелся идеей снять научно достоверный космический блокбастер ещё лет 10 тому назад. Правда, над фильмом в то время начал работать Стивен Спилберг, но уже тогда существовала некоторая связь с Кристофером Ноланом: сценарий начал писать родной брат Кристофера Джонатан Нолан. Работа над «Интерстеллар» была полностью передана Нолану после того как Спилберг рассорился с обладателями прав на фильм. К съёмкам режиссёр смог приступить не сразу: нужно было доснять текущую сагу о Бэтмене.

За эту десятилетнюю историю подготовки к съёмкам многое изменилось. Но основная концепция, в которую верил Торн — создать научно-фантастический фильм, в котором «научно» — это не просто часть названия жанра — осталась прежней. В интервью журналу sciencemag Кип Торн рассказывает о тех принципах, которым ему было важно следовать при создании фильма вместе с Ноланом:

Мы сохранили ту идею, которая зародилась в самом начале. Во-первых, ничто в фильме не должно идти вразрез с существующими законами физики. А во-вторых, все дикие догадки и предположения, которые есть в фильме, должны основываться именно на научном мировоззрении, а не на воображении сценариста.

Елена Мурчикова, физик-теоретик, участвовавшая на съёмках «Интерстеллар», тоже делится своими впечатлениями о закулисье:

Кип Торн прикладывал огромные усилия, чтобы всё в фильме было максимально по-настоящему. Поддельный геологический отчет, из которого зрители увидели лишь несколько строчек, был составлен в полном объеме и по всем правилам аспиранткой геологического факультета. Бумаги и (закрытые!) тетради были исписаны физическими вычислениями, относящимися к проблеме, решаемой героями. Кривым и подчеркнуто неаккуратным почерком профессора Бренда писал аспирант-астрофизик, а почерком взрослой Мёрф писала я.

Действительно интересно послушать мнение учёных о том, насколько путешествие «Интерстеллар» в другие галактики через кротовую нору теоретически возможно. Приведём некоторые высказывания ведущих учёных, посвятивших жизнь изучению физики теории относительности и астрофизике.

О кротовой норе

Нил ДеГрасс Тайсон, известный астрофизик, в интервью журналу NPR говорит:

Кротовая нора — излюбленная тема научных фантастов, ведь именно она позволяет преодолеть скорость света и добраться без пробок до другого края Вселенной. Кротовая нора — это короткий путь. Если нарисовать на бумаге пункт А и пункт Б, мы можем карандашом прочертить путь от одного пункта к другому. Если сложить этот лист пополам и совместить эти пункты на двух половинках, проткнув карандашом бумагу, мы попадём из пункта А в пункт Б гораздо быстрее. Так и работает кротовая нора.

Источник: unnatural.ru

Математическая и физическая теоретические модели кротовой норы работают безукоризненно, ведь они основаны на специальной теории относительности Эйнштейна. Но мы совершенно ничего не знаем о практической стороне; и даже если нам удалось бы создать кротовую нору, все вычисления говорят об её крайней нестабильности. Поэтому любая попытка войти в неё приведёт к самоуничтожению и гибели всех её исследователей.

Митио Каку, американский учёный, специалист в области теоретической физики и популяризатор науки, пишет в своём блоге:

По одной из версий, кротовой норе требуется огромное количество положительной энергии, например, чёрная дыра. Кротовые норы с положительной энергией имеют горизонт событий, и, попав в неё единожды, назад ты не вернёшься. Для того, чтобы вернуться обратно, необходима ещё одна чёрная дыра. Вот тогда путешествие «Интерстеллар» стало бы реальностью. Ещё, конечно, нужно помнить о гигантском количестве радиации, излучаемой кротовой норой. Это уровень, несовместимый с жизнью.

Вердикт: путешествие через кротовую нору — миф.

О теории относительности и эффекте замедления времени

Нил ДеГрасс Тайсон:

Все современные вычисления, касающиеся общей теории относительности, говорят о том, что в время для человека, находящегося в условиях сильной гравитации, замедляется — относительно тех, кто не находится в таких условиях. GPS-спутники Земли находятся дальше от гравитационного центра планеты, чем мы. Поэтому для нас время течёт немного медленнее, чем для этих спутников. Инженеры, создающие спутники, прекрасно знают об этом, поэтому те временные отметки, которые они посылают вместе с данными о местонахождении нашему смартфону, всегда скорректированы под наше, «земное» время.

Эффект замедления времени в «Интерстеллар» показан тогда, когда исследователи спускаются на планету, находяющуюся рядом с чёрной дырой; уровень гравитации там гигантский; и степень замедления рассчитана вполне корректно.

Источник: yaplakal.com

Дэвид Максвелл, математик Университета Аляски Фэрбенкс вносит некоторые поправки:

Даже когда вы просто стоите, на самом деле по отношению к космосу вы двигаетесь. Ступни ваших ног двигаются по меньшему радиусу, чем ваша голова. Это значит, что ваша голова двигается в космосе быстрее остальных частей вашего тела; поэтому и время для неё замедляется на одну биллионную секунды. Математика специальной теории относительности занимается как раз такими вопросами: отношениями между космосом и течением времени.

Конечно, в космическом пространстве расстояния между объектами не сравнятся с расстоянием между вашей головой и вашими ногами.

Курт Цуберла, кандидат физических наук, проделал со своими студентами небольшие расчёты, и выяснил, что для команды корабля, который путешествует до отдалённой звезды и обратно, прошло бы 20 лет. А когда бы космонавты вернулись на Землю, по земным меркам там бы прошло 337 лет. При всём желании путешественники не смогли бы снова увидеть своих детей, даже сильно постаревших.

Вердикт: Идея замедления течения времени в условиях гравитации передана верно; но возвращение главного героя к своей дочери — небольшой художественный вымысел.

О гибернации, или глубоком сне

Профессор биохимии Университета Аляски Фэрбенкс Келли Дрю занималась исследованиями глубокой спячки белок в Арктике, и вот что она говорит:

Арктические белки, в отличие от героев «Интерстеллар», не могут построить корабль и покинуть Землю в критических условиях, поэтому на период затяжной арктической зимы, когда почти невозможно добыть пропитание, эти зверьки впадают в состояние глубокой спячки, замедляя свой метаболизм до 2% от нормального уровня. Если удастся выяснить, каким образом мозг белок контролирует такое состояние гибернации, можно попытаться спровоцировать такое состояние и в человеческом организме. Европейское космическое агентство очень заинтересовалось моими исследованиями, ведь они могут помочь изучить возможность погрузить в состояние гибернации и человека, а значит, открыть путь к путешествиям на Марс. Гибернация поможет сократить запасы продовольствия на корабле в течение длительного космического полёта.

Кстати, команда, состоящая из женщин, тоже может помочь снизить количество продовольственных запасов, ведь метаболизм женского организма медленнее, чем у мужского. Можно ещё йогов в команду взять.

Вердикт: Действительно, без состояния глубокой спячки в дальних космических перелётах не обойтись.

Источник: xkcd.ru

В целом, конечно, большинство учёных сомневаются в возможности путешествия, совершённого «Интерстеллар», ведь для этого нужно преодолеть световой барьер. Для того чтобы преодолеть световой барьер, необходимо выйти за рамки специальной теории относительности и использовать принципы общей теории относительности и квантовой теории поля.  Нам необходимо дождаться полного доказательства какой-нибудь из квантовых теорий гравитации (например, теории суперструн), чтобы наконец уверенно ответить на вопросы возможности создания кротовых нор и их стабильности.

Посмотреть больше образовательных роликов о теории относительности, гравитации и физике элементарных частиц можно в этом посте

Источник картинки на главной: tainoe.info 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
19 ноября 2014, 16:00

Оставайтесь в курсе


У вас есть интересная новость или материал из сферы образования или популярной науки?
Расскажите нам!
Присылайте материалы на hello@newtonew.com
--