Что не так с «Интерстелларом» — взгляд физика
Мы уже публиковали материал-разбор фильма с точки зрения инженера ракетно-космических комплексов Марии Купоровой, а теперь предлагаем вам взглянуть на вопросы по части физики, с точки зрения автора проекта «Физика для гуманитариев» Георгия Тимса. Пристегивайтесь, будет интересно!
Сколько же лететь до ближайшей звезды?
В разговоре с профессором в начале фильма Купер упоминает, что до ближайшей звезды лететь больше 1000 лет, и это не имеет смысла. Одна из ближайших звездных систем к Земле — Альфа Центавра, она находится на расстоянии почти 40 триллионов километров. На самом деле у NASA разрабатывается проект, который заключается в отправке туда микрозондов (которые весят менее грамма, и разгонять их будут лазерным лучом). Предполагается, что зонды удастся разогнать до 1/10 скорости света и долетят они туда всего за 44 года! А если брать скорость зонда Helios, быстрейшего космического аппарата на данный момент, то на это потребуется 18 тысяч лет.
Что с кротовой норой, Купер?
Поначалу главный герой демонстрирует весьма глубокие знания в вопросе кротовых нор, но дальше по сюжету фильма эти знания почему-то исчезают. Он верно подмечает, что они не образуются сами собой, большинство физиков действительно считают, что такие сложные и необычные объекты не могут возникнуть во Вселенной естественным путем, как, например звезды и галактики.
Кадр из фильма. Источник: kinopoisk.ru
Действие фильма происходит в 2067 году, а «червоточину» открыли по сюжету 48 лет назад, то есть в 2019 году. Но мы в 2023-м до сих пор не наблюдаем ничего похожего возле Сатурна. И очень странно, что, судя по словам героев, такому интересному космическому объекту было уделено мало внимания — за все годы с ее открытия по гравитационным волнам от черной дыры туда отправилась всего одна экспедиция, да и то колонизаторская. И почему профессор так уверенно говорит о том, что кротовая нора ведет именно в другую галактику в нашей Вселенной? Есть модели «червоточин», которые позволяют отправиться в другую Вселенную, а отличить отдаленную часть нашего мира от чужого будет непросто.
Марс все-таки ближе, а Сатурн — намного дальше
В одном из эпизодов Купер просит напарника-робота озвучить маршрут путешествия. Робот отвечает, что путь до Марса займет восемь месяцев, а до Сатурна всего 14 месяцев. В действительности до Марса можно добраться всего за шесть месяцев (при идеальном раскладе по расчетам NASA), а вот эффективность химических ракетных двигателей не позволяет быстро летать до Сатурна — быстрее трех лет и двух месяцев туда не добраться (этот рекорд поставил аппарат Кассини, совершивший для этого пять гравитационных маневров — изменений траектории и скорости полета за счет гравитационных полей космических объектов). Людей в этом ограничивает длительность полета, набор скорости при помощи гравитационных маневров занимает гораздо больше времени.
Кадр из фильма. Источник: kinomania.ru
Кто согнул пространство? Кротовая нора ― дыра или сфера?
И вот при подлете к «червоточине» знания Купера о ней испаряются. Ромилли приходится объяснять ему, что она выглядит как сфера, а не как дыра из-за сгибов в пространстве.
Но действительно ли кто-то согнул наше пространство как лист бумаги? И можно ли так просто дать единственное объяснение представленной кротовой норе? В фильме говорят, что она гиперпространственная, имеет пять измерений (в нашем пространстве их четыре). В настоящий момент имеются три самые популярные модели таких «червоточин», только две из них гиперпространственные. Мост Эйнштейна — Розена требует пройти «червоточину» быстрее скорости света и проскочить две сингулярности, что довольно опасно. Согласно модели Моррисона — Торна необходимы дополнительные шесть измерений, а также предполагается наличие экзотической материи, которую пока не нашли, она лишь предсказана общей теорией относительности, должна обладать отрицательной плотностью энергии. Модель Романа Конопли задействует гиперпространственную математику — целых 26 измерений.
Кадр из фильма. Источник: kinorium.com
«Погружение» в кротовую нору
В моменте, где герои входят в «червоточину», корабль трясет, они теряют управление, все готовятся попрощаться с родной галактикой (опять же, а почему не Вселенной?), однако тут возникает ряд вопросов. Во-первых, как трехмерные объекты могли выйти в гиперпространство? Нужно понимать, что они «бегут» по поверхности с таким же количеством измерений, но никак не ныряют в многомерное пространство. Во-вторых, почему они потеряли управление кораблем? Чем эта ситуация отличается от обычной гравитации? И в-третьих, почему они погружаются будто в тоннель? Ведь до этого нам демонстрировали и доказывали, что это сфера, поэтому и в иллюминаторах они должны были видеть концентрические сферы с переменным радиусом.
Нейтронная звезда или черная дыра? Путешествие к планете Миллер
При подлете к планете Миллер Купер предлагает совершить гравитационный маневр — пролететь вокруг нейтронной звезды. Это позволит им сбросить скорость, потому что они и так разгонятся рядом с черной дырой из-за сильнейшей гравитации, что может привести к тому, что они просто пролетят мимо планеты. Их цель — остаться на стабильной орбите, где притяжение черной дыры компенсируется действием центробежной силы. Однако нейтронная звезда для таких целей совсем не подходит — никакие объекты до черных дыр такими скоростями (¼-½ скорости света) не оперируют. Для большей корректности рядом со сверхмассивной черной дырой Гаргантюа должна располагаться черная дыра поменьше, которая и поможет им совершить маневр.
Кадр из фильма. Источник: kinopoisk.ru
Иллюминатор врет
В фильме показан потрясающий вид из иллюминатора — круглая планета Миллер, а рядом с ней огромная черная дыра. Однако это не совсем корректно. Если мы предполагаем разместить рядом с Гаргантюа другую черную дыру поменьше для совершения гравитационного маневра, то мы увидим некоторое пересечение образов. А также сама планета не может быть шарообразной, скорее вытянутой, из-за огромной гравитации черной дыры рядом. Кроме того, угловой размер Гаргантюа уменьшен, по крайней мере, втрое.
Кадр из фильма. Источник: mirf.ru
Черная дыра не такая уж и черная
Ромилли в фильме утверждает, что из черной дыры ничего не выходит. Однако квантовая пена нашего космоса создает виртуальные пары частиц-античастиц — они не имеют массы и физики и не детектируются, но горизонт событий делает пару частиц реальными, «забирая» себе античастицы и отпуская частицы, которые образуют излучение Хокинга. Так как энергия этого разделения большая, а гравитация очень сильная, то энергия этих частиц колоссальна, и мы возможно могли бы даже засечь их на Земле специальными средствами.
И, конечно, из черной дыры исходят гравитационные волны, причем такой силы, что по ним нашли и «червоточину», и черную дыру.
Путешествие радиоволн во времени?
Приземлившись на планету доктора Миллер, герои поняли, что ее корабль потерпел крушение, а сама ученая могла умереть буквально минуту назад, из-за разницы во времени с Землей. И тот сигнал, что они получали на Земле пару лет назад (пока еще не улетели с нее), — повторяющееся подтверждение об успешной посадке. Однако мог ли сигнал таким образом оправиться в прошлое? Нет, он бы покинул планету буквально при приземлении героев, ведь они оказались с доктором Миллер в одной временной точке, где она приземлилась не более часа назад. В таком сюжете легко нарушить причинность: они получали сигнал на Земле раньше, чем она вообще приземлилась на планету. Было бы логично получить сигнал от Миллер уже практически при подлете.
Кадр из фильма. Источник: kinomania.ru
Машина времени по Нолану
Брандт заявляет Куперу, что время не может идти вспять, и они не смогут вернуть утраченные годы. И тут же добавляет, что единственное, что может пересекать измерения, как время, — гравитация. Однако гравитационное взаимодействие передается со скоростью света (либо даже медленнее). Нолан практически изменил правила физики, чтобы героям нельзя было путешествовать во времени, а гравитация могла все, что угодно. Но фактически у них есть самая настоящая машина времени — та самая «червоточина» вместе с черной дырой, сильно замедляющей время. Однако по сюжету дыра появилась только в 2019 году, то есть раньше этого года путешествовать точно не получится. А также необходимо помнить о том, что в такой «машине времени», вероятно, имеется сильнейшая радиация из-за частиц с конечной энергией в бесконечно большом числе собственных копий.
Теория профессора
На планете Манна герои узнают о предательстве профессора. Он якобы не занимался теорией квантовой гравитации, а только изучал гравитационные аномалии. Но в любом случае было бы бесполезно изучать все эти явления, не имея понятия о квантовых процессах гравитации. В нашем мире он бы работал, например, над струнной теорией, иначе он не смог бы изучить все остальное. Если бы он смог создать непротиворечивую концепцию, то лететь в черную дыру за квантовыми данными было бы не нужно. Но мы можем поддержать оригинальный сюжет, предположив, что необходимы бы были квантовые числа для калибровочных полей этой теории, кванты которых находятся в черной дыре. Также Манн говорит, что на Земле нельзя создать сингулярность, для этого нужны данные из черной дыры. Однако у ученых есть ряд идей на этот счет в виде физических моделей сингулярности при помощи электромагнитных или звуковых явлений, а также создание планковских черных дыр в коллайдерах.
Кадр из фильма. Источник: kinomania.ru
Древняя мягкая сингулярность?
Ромили говорит о том, что Гаргантюа — это древняя мягкая сингулярность, и в теории можно послать туда робота для сбора данных. Однако передавать данные из-за горизонта событий не представляется возможным, а также такое определение черной дыры в корне неверно. Внутри любой черной дыры существует одна жесткая (разрывающая все частицы до кварков и далее) и две мягких сингулярности — падающая и вылетающая. Попадающий в дыру объект окажется зажат между двумя мягкими сингулярностями, и теоретически он может остаться целым, так как плотность там высока, но не бесконечна. Обе сингулярности образуются в результате временного сжатия. Однако, лучше это не проверять, ведь это одни из самых экстремальных условий во Вселенной.
Причем тут Циолковский?
«Нужно сбросить балласт, чтобы вырваться из гравитации, — третий закон Ньютона». Третий ли? А вот и нет, второй! И он звучит не совсем так, скорее: «Тем сложнее изменить скорость объекта, чем больше его масса». А далее это приводит нас к уравнению Циолковского: отбрасывая массу топлива, вы увеличиваете свою скорость, — закон реактивного движения.
Можно ли спастись в черной дыре?
Вокруг тени черной дыры под кораблем Купер видит разогретую материю — это происходящие реакции ядерного синтеза из-за слишком сильного сближения частиц в аккреционном диске. Теоретически частицы корабля и самого Купера разлетелись бы до состояния плазмы, так как температура здесь даже не как у солнца (5000 градусов), а сотни миллионов градусов, так как сила, сжимающая материю, намного выше. Однако у создателя истории было предположение, что вокруг черной дыры есть тонкий гладкий диск, где есть нехватка материи, который имеет температуру, близкую к солнечной. А также не стоит забывать о том, что движущиеся электрические объекты создают своим электромагнитным полем самую настоящую пушку с рентгеновским излучением. И чтобы защититься от него и высокой температуры, кораблю необходимо было бы иметь подобие некоторого прочного «зонтика», который принял бы весь удар на себя.
Кадр из фильма. Источник: kinomania.ru
Падение за горизонт событий
Купер буквально видит, как часть корабля погружается в темноту за горизонт событий. Однако он не мог бы это заметить, он видел бы только бесконечное количество вторичных изображений (возможно, даже себя с затылка), излучение, частицы с очень высокой плотностью и энергией, но никак не тьму. Он не мог бы почувствовать гравитацию, находясь там. Он не мог бы связываться с Брендт в реальном времени — его голос долетал бы до нее миллионы и миллиарды лет. В то же время в иллюминаторе пролетает будто снег, который обычно появляется при прохождении всевозможных частиц через матрицу камеры в космосе, засвечивающих ее. Но ведь Купер смотрит не через камеру. Обычно при полетах космонавты видят синие разводы в глазах.
Кадр из фильма. Источник: kinomania.ru
Тессеракт
При падении в черную дыру главный герой очутился в тессеракте — гиперкубе. В действительности мы ранее никогда подобные объекты не наблюдали, еще ни разу люди не сталкивались с четырехмерными артефактами кубической формы. Немного смущает и тот факт, что те, кто якобы специально создали это пространство, чтобы помочь человечеству, разместили его именно в центре черной дыры. Но почему нельзя было это сделать поближе к Земле?
Кадр из фильма. Источник: kinorium.com
Устройство пространства внутри крайне сложное, время течет по тоннелям, и Куперу пришлось выбирать диагональную траекторию, чтобы перемещаться между временными отрезками. Подобных идей не высказывал ни один ученый, весь сюжет с тессерактом чистая магия. Вероятнее всего, Купер бы вообще не выжил рядом с сингулярностью Гаргантюа и просто разлетелся на частицы. Единственное, как можно обыграть такой сюжетный поворот: главному герою дочь почудилась в видении перед смертью в жесткой сингулярности.
Подписывайтесь на соцсети проекта, где будут анонсированы новые лекции для всех любителей научной фантастики!
Текст: Елена КАТЕРНЮК
Научный редактор: Георгий ТИМС
На обложке: кадр из фильма. Источник: smartfacts.ru
Еще почитать по теме
