Наука «Интерстеллара»: что скрывают чёрные дыры

Апр 28 • Интервью, Кинематограф • 1308 Просмотров • Комментариев нет

Завершается самый космический месяц в году. Рыба публикует монументальный материал о горячо любимом редакцией фильме «Интерстеллар», занимающем 32 место в рейтинге IMDb. Космической темы много не бывает, поэтому проведите последнюю неделю месяца вместе с астрофизиком, философом и психотерапевтом, которые откроют для вас новые смыслы и подтексты фильма.

Первым делом я отправился на кафедру теоретической физики ПГНИУ, где разобраться в фильме и его эффекте мне помог кандидат физико-математических наук Андрей Олегович Иванцов. Сама по себе кафедра оказалась уютным место, где каждый предмет дышит теоретической наукой. Что самое интересное, там есть огромная доска, как в фильмах, на которой Андрей Олегович вывел для меня несколько уравнений Кипа Торна, и потрёпанный, но удобный диван, где мы и расположились для путешествия по бескрайнему космосу Кристофера Нолана (в эту секунду у вас в голове должен включиться голос Моргана Фримана из «Сквозь червоточину» — прим. автора).

Андрей Олегович Иванцов - астрофизик

— Как вы относитесь к тому, что Ким Торн консультировал создателей фильма?

Я думаю, что это полезно для популяризации науки, ведь он ещё и отвечал за то, чтобы события, эффекты и феномены, физически разные, были показаны максимально реалистично. И действительно то, что я видел в фильме, это хорошо согласуется, отвечает современным представлениям науки о том, как должны выглядеть чёрная дыра, межзвёздные перелёты, время в космосе и пять измерений.

— Давайте тогда поподробней. Что это за пять измерений? Возможно ли представить себе это четвёртое или пятое измерение, о котором говорила героиня Энн Хэтэуэй, как привычную человеку величину?

Это сложно. Даже наши три измерения представить порой довольно-таки сложно. Если говорить в общем, то наш мир четырёхмерный: это три пространственных измерения, и четвёртое измерение – время. В фильме говорится о пяти измерениях, значит, предполагается, что там помимо времени есть ещё какое-то измерение.

Такие теории, конечно же, существуют, в которых есть не только четыре измерения. Есть и теории, где вводятся дополнительные разные измерения, которые мы наблюдать не можем, но они есть. Это своеобразные математические объекты.

Что конкретно имели в виду создатели фильма, когда говорили про пять измерений, сказать сложно. Но предположу: здесь они имели ввиду, что люди в будущем гораздо больше знают о природе, чем мы. Даже могут каким-то образом взаимодействовать с пятым измерением. По всей видимости, они его сумели постичь и поставить себе на службу.

— Вы сказали, что мы существуем сейчас в четырёх измерениях…

Да, время и три координаты. Только время, всё-таки оно особенное, некое эфемерное измерение.

— Особенное?

Да, потому что три остальные координаты мы можем перемещать в любом направлении, а время всегда движется только в одном.

— Есть ли у вас догадки по поводу того, чем руководствовались создатели фильма, когда формировали представление пятого измерения? Что это может быть за измерение?

К сожалению, у меня таких догадок нет. Но, как я уже говорил, есть теории, в которых вводятся дополнительные измерения. И в результате они позволяют лучше описать наблюдаемые физические эффекты. То есть они не наблюдаемые, но математически их можно вести.

Если объяснять простым языком, то в четырёх измерениях, которые мы наблюдаем, все физические влияния происходят правильно. А остальные измерения, они, как бы, есть, но мы не можем их наблюдать, зато их можно математически вывести.

— Обратимся к космосу. В одной из сцен фильма учёный-афроамериканец Ромили объясняет Куперу, что кротовая нора это не блин, а сфера. Имеет ли это объяснение под собой научное обоснование?

Конечно, потому что наш мир трёхмерный, и в фильме это также объясняется. Обычно, когда говорят о кротовой норе, приводят пример с листом бумаги. На нём ставят точку, которая в трёхмерном мире превращается в сферу. Поэтому в нашем мире кротовая нора должна выглядеть, как сфера. И мне кажется, что она вообще в фильме показана очень реалистично. Мне понравилось, как она была показана. Правда, там есть спорный момент, когда они пересекают кротовую нору, то мы видим какие-то спецэффекты… Это очень сложно предсказать, что там на самом деле будет, в этом моменте пересечения. Но мне казалось, если подумать, то как такового момента пересечения и не будет, на самом деле. Но это лишь теория.

— То есть это будет не коридор, как в фильме, а просто «залетает космический аппарат в кротовую нору и вылетает»?

Да, сразу вылетает с другой стороны кротовой норы.

Но залетает аппарат своеобразно: сперва у него снижается орбита, он приближается к норе, всё ближе и ближе к поверхности, а потом он залетает. То есть там даже поверхности не будет видно. Вначале покажется, что залетаешь, а потом покажется, что вылетаешь. И всё.

— В фильме я заметил, что когда команда «Эндюранс» подлетала к кротовой норе, то они, скорее, не в неё залетали, а как будто по орбите всё ниже спускались.

Вот я и говорю: вначале кажется, что снижаешься, а потом, через некоторое время оказывается, что ты уже отдаляешься. И вот ты уже и вылетел.

— Я заметил, что свет от звёзд, далёких от солнца, будто огибал кротовую нору. Что это за явление?

Возможно. Кротовая нора – это всё-таки, в отличие от чёрной дыры, которую в фильме тоже показали, объект более экзотический. И если в существовании чёрных дыр практически никто не сомневается, то про кротовые норы так сказать нельзя. Если их ввести в уравнение Эйнштейна (общая теория относительности — прим. автора), то полного трёхмерного пространства, хотя бы модельного, в котором есть такая нора, не построить. Проще говоря, невозможно вписать эту кротовую нору в наше пространство, чтобы не было при этом различных математических противоречий.

— То есть они правильно ставили проблему невозможности соотнесения квантовой физики и теории относительности?

Ну, это больше про чёрные дыры имелось ввиду. Про кротовую нору они ничего не говорили. Она просто появилась, и все приняли это, как данность. И причину её возникновения герои тоже не обсуждали, потому что на самом деле физики очень мало знают про эти норы. Существует большое количество объектов на небе, которое наблюдается. Не объектов, а скажем, мест, в которых предполагается, что точно есть чёрная дыра. Предполагается, что чёрные дыры есть в середине каждой галактике.

А кротовые норы – это пока что больше математический объект, который, вроде бы, может существовать, но никаких наблюдений, которые хоть как-то могли обосновать, что это действительно так, пока нет. Кстати, кротовую нору ещё иногда называют пространственным туннелем.

— Я правильно понимаю, что кротовые норы пока существуют только в теории, и даже гипотетически не известно, где они могут существовать и существуют ли они вообще?

Да. Но вот, что любопытно, кротовые норы — это один из немногих, а может даже единственный реальный способ путешествовать на дальние расстояния.

— Один из известных науке способов путешествовать?

То есть просто так путешествовать, без искажения времени. В фильме искажение времени тоже показано, но оно показано при приближении к чёрной дыре. А если бы они летели не через кротовую нору, а просто так, на какой-то мощной ракете, в которой были бы очень мощные двигатели, то разогнались бы они очень-очень быстро, долетели до звезды и состарились бы, так как полёт занял бы очень много времени.

Причём для них был бы тот же самый эффект, что и при приближении к чёрной дыре: на корабле у героев замедлялось бы время, и когда они бы вернулись на Землю, даже если бы рядом не было никакой чёрной дыры, прошло бы много-много лет. Без этих кротовых нор путешествие к звёздам, даже к соседним, займёт очень много времени.

— То есть, это билет в один конец?

Да.

— В фильме они от спасались от старения и расстояний с помощью криосна. Я слышал, что на данный момент учёные научились вводить в состояние криосна, но выводить оттуда пока не представляется возможным…

Это не только в науке можно в криосон вводить: выйдешь на улицу, сразу как введут тебя в криосон, и всё. Вводить в криосон легко, а вот выводить, к сожалению, пока невозможно (в России есть даже одна компания, которая этим занимается — прим. автора).

— Вернёмся к фильму и науке. Мне было интересно, зачем в фильме после того, как герои пристыковались к станции, они запустили вращение? Чтобы создать искусственную гравитацию?

В некотором смысле да.

— Почему это можно сделать именно вращением?

Если находится в том объекте, который вращается, то появляется инерция, которая эквивалентна искусственной гравитации. Это можно даже почувствовать на себе.

У нас раньше был такой аттракцион, назывался «Салют». Сейчас его убрали. Он имел форму центрифуги, раскручивался, и там хорошо чувствовалась сила, которая давит от центра круга.

И вообще, физика здесь достаточно простая. Это сила инерции, которая возникает при движении тела по окружности. Так вот эта сила эквивалентна гравитации. Но это только в том случае, если вращение будет осуществляться с определённой скоростью, тогда и сила инерции будет равна силе гравитации. Даже разницы не почувствуете.

— Скажите, известно ли науке о том, что находится в чёрной дыре?

Нет, пока это никому неизвестно. Но в фильме этот момент тоже обыгрывался, было показано, что необходимо как-то получить информацию из чёрной дыры, чтобы можно было соотнести квантовую механику и теорию относительности, чтобы физика получила какой-то импульс и начала развиваться.

Это правда, так как информация из чёрной дыры действительно была бы полезна человечеству. Но достать её оттуда сложно или даже невозможно. Скорее невозможно. То есть по современным представлениям информацию из чёрной дыры достать нельзя, потому чёрная дыра – это как раз такой объект, который притягивает всё, в том числе и свет, и информацию. Ничего не покидает пределов чёрной дыры. По этой же причине вокруг чёрной дыры в фильме было такое свечение.

— Скажите, горизонт событий – научное понятие?

Да, это такое расстояние. Если объект оказывается за пределами этого расстояния, то он не может его покинуть, даже если этот объект движется со скоростью света. То есть там сила тяжести, тяжесть сил гравитации оказывается настолько сильной, что ничего, что попало за пределы этого горизонта событий, оттуда уже вылететь не может.

Я немножко смотрел про создание фильма. И там объясняли это свечение вокруг чёрной дыры. Оно возникает за счёт того, что вещество, которое содержится в космосе (а в космосе не абсолютный вакуум — прим. Андрея Олеговича) притягивается к чёрной дыре. Когда это происходит, частицы космического вещества сталкиваются друг с другом и в результате увеличивается их энергия, то есть они разогреваются. И вблизи чёрной дыры они становятся настолько горячими, что начинают светиться. И видно как раз вот это свечение.

И ещё есть излучение Хокинга, но это квантовый эффект. Вообще, по теории Стивена Хокинга чёрная дыра, как ни странно, излучает свет.

— Чёрная дыра излучает свет?

Ну да.

— То есть она одновременно и притягивает и излучает его?

Нет, это просто разные гипотезы, но что именно правильно, пока точно неизвестно. Излучение Хокинга возникает за счёт того, что вблизи горизонта событий настолько сильная гравитация, что само пространство там разрывается, порождая виртуальные частицы, часть которых летит в чёрную дыру, а половина летит наружу, в результате и появляется излучение. И тогда может создаться эффект, который называется «испарение чёрной дыры»- масса чёрной дыры просто уменьшается. Но это пока даже экспериментально не подтверждено, только теория.

— Почему после возвращения Купера человечество значительно продвинулось?

Им была передана информация из чёрной дыры, которая позволила совершить прорыв в науке. В результате, по-видимому, удалось изобрести устройство или двигатели, которые применяли гравитацию. То есть могли контролировать гравитацию или, возможно, даже генерировать её. И это позволило поднимать с поверхности Земли очень тяжёлые объекты.

Почему у нас развитие космоса останавливается? Почему мы не летаем на другие планеты? Потому что наши современные двигатели тратят очень много энергии, и поэтому долететь до Марса, например, очень сложно.

А там, в фильме,  предполагается, что были изобретены такие двигатели, а это уже позволило создавать большие корабли. И тогда, раз нет ограничений по массе и размерам корабля, то это, конечно, позволило создать такую большую станцию на орбите Сатурна (где и проснулся Купер — прим. автора)

— В фильме время преломлялось (год за 7 лет). Это соотносится с наукой?

Да, да. То есть в соответствии с теорией относительности у объектов (у всех), имеющих массу, время замедляется, то есть пространство искривляется и время замедляется. Мы этого не наблюдаем, потому что объекты, которые нас окружают, имеют сравнительно маленькую массу, а в фильме была чёрная дыра, масса которой большая. Персонажи фильма не раз говорили, что это сверхмассивная чёрная дыра, а значит, это объект с массой в миллионы солнц.

— Допускает ли наука существование кротовых нор? Как они могут появиться? Как в фильме — просто взяться и всё?

Не знаю. Вроде бы допускает, а с другой стороны не очень-то и допускает. Если создавать не одну только кротовую нору, а полное пространство, в котором есть этот объект, с одной стороны вход, с другой выход, то как это всё будет взаимодействовать? Тут у науки появляется проблема.

— Вы бы рекомендовали его к просмотру своим студентам?

Да, вполне. Там всё реально, там было показано много разных эффектов: замедление времени, чёрная дыра и кротовая нора, в принципе, тоже показана довольно реалистично. Другое дело, что они пока не обнаружены, но теория это допускает, такие объекты существуют. Но, единственное, в конце, когда герой попадает за грань событий, то просто современная физика не может сказать, что там должно происходить. И там они немножко нафантазировали, как бы предположили, что может быть.

— Но наука не исключает, что за горизонтом что-то подобное с человеком может происходить? Что там возможно существование 5-мерного пространства?

Сложно что-либо говорить. В будущем физика будет развиваться, и наверняка, в конце концов, ей удастся создать двигатели, которые, как позволят уменьшить гравитационное поле. Но, скорее всего, это… Хотя, конечно, сложно сказать, мир быстро развивается. Может быть, будет какой-то скачок, но больших предпосылок пока нет. Пока ещё нам, человечеству, нужно решить энергетическую проблему и проблему, связанную с ресурсами, чтобы знать, что делать, когда нефть закончится.

 

Иллюстрации — Нина Захарова

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

РЕКОМЕНДОВАТЬ ДРУЗЬЯМ

Похожие статьи

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

« »

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: