Интерстеллар. Наука за кадром

11 октября 2015 года

Кип Торн, научный консультант фильма «Интерстеллар», рассказал в своей книге о примененных в фильме научных концепциях. В этой заметке я делюсь своими впечатлениями о книге.

Введение

Я смотрел фильм «Интерстеллар» в кинотеатре. В целом мне понравилось. Знакомые возмущались невнятным сюжетом после попадания героя Мэттью Макконахи в черную дыру. Но я как физик считал самым неправдоподобным момент с замедлением времени на планете Миллер: на ней один час проходит за 7 земных лет.

$ds^2=\underbrace{\left(1-\frac{r_s}{r}\right)}_\text{\makebox[0pt]{замедление времени}}}dt^2-\frac{dr^2}{\left(1-\displaystyle\frac{r_s}{r}\right)}-r^2\left(\sin^2\theta\,d\varphi^2 + d\theta^2\right)$

Такое замедление в ~ 60 000 раз говорит о том, что расстояние до горизонта событий в 3 600 000 000 раз меньше радиуса самого горизонта, который для черных дыр звездных масс составляет единицы и десятки километров. Ясно, что ни одна планета не сможет обращаться вокруг черной дыры в таких условиях.

В обзорах писали, что создатели фильма, братья Ноланы, консультировались с физиками. Как же они консультировались и допустили такие ляпы? На этот и другие вопросы отвечает книга Кипа Торна «Интерстеллар. Наука за кадром».

Кип Торн

О Кипе Торне я узнал еще школьником, когда просматривал и перечитывал старую подборку журнала «Наука и жизнь». В статье «Проектируется машина времени» (Р. Сворень, №2, 1990 год; djvu, 293 КБ) описывается идея Кипа Торна об устойчивых червоточинах, а также о том, что они могут работать как машина времени. Правда, я так и не понял, почему.

На цветной вкладке «Науки и жизни» была перепечатана обложка одноименного французского журнала, где художник представил путешествие в далекое прошлое к динозаврам. Тем не менее, статье говорилось, что пока надежды попасть туда нет: червоточина не может отправить в прошлое до момента ее создания.

В рассматриваемой книге Кип рассказывает о том, как занялся вопросом устойчивости червоточин. Известный астроном и астрофизик Карл Саган обратился к нему за проверкой рукописи романа «Контакт» на научную достоверность. Тогда Кип Торн разработал способ стабилизации червоточины с помощью экзотической материи с отрицательной энергией. Через червоточину герой романа доктор Эрроуэй отправилась к другой звезде.

Кстати, по роману «Контакт» снят отличный одноименный фильм с Джоди Фостер в главной роли. Мэттью Макконахи там тоже сыграл. Посмотрите, если еще не видели.

Кип Торн перенес путешествие через червоточину в «Интерстеллар», а также использовал другие научные факты и гипотезы. Он не просто консультант, а один из авторов идеи фильма. Посмотрим, о чем же он пишет.

Наука и вымысел

Кип сформулировал следующие принципы работы:

Ничто в фильме не должно противоречить общепринятым законам физики или достоверным знаниям о Вселенной.

Домыслы по поводу устройства Вселенной и малоизученных физических явлений должны быть научно подкреплены, то есть основаны на идеях, которые принимают хотя бы некоторые из уважаемых ученых.

Происходящие в фильме события, их изображение и отсылки к научным фактам имеют разную степень достоверности. В книге они поделены на три группы: истина, обоснованное предположение и домысел. Главы и параграфы обозначены соответствующими значками. Например, рассказ о черных дырах — это истина, а происходящее с Купером после падения в черную дыру — домысел.

Общие впечатления

Книгу приятно держать в руках. Написана доступным языком. Содержит большое количество иллюстраций: фотографий, схем, чертежей и кадров из фильма.

Кип Торн рассказал о своей работе над фильмом. О научных принципах и гипотезах, которые легли в его основу. О том, что не смогло поместиться в полнометражную картину. Об интерпретации сюжетных линий в свете дополнений. И, наконец, поделился впечатлениями от общения с режиссером и актерами.

Перевод на русский в целом нареканий не вызывает. При чтении я спотыкался на одном моменте — несклоняемых именах собственных «Интерстеллар» и «Эндюранс». Их правильно склонять: «В „Интерстелларе“ Купер с коллегами полетел к Гарнантюа на „Эндюрансе“». (Я бы эти названия еще бы и в кавычки не брал.)

В книге такого размера не обошлось без мелких опечаток вроде 1038 вместо 10³⁸ (стр. 304). Еще в ней есть два рисунка 26.4 и нет рисунка 26.5. Удивительно, что нумерация рисунков не была автоматизирована.

Ход изложения в книге совпадает с развитием сюжета. Вероятно, автор хотел облегчить чтение посмотревшим фильм. Однако результат получился спорным. В тексте встречаются многочисленные отсылки вперед, которые мешают последовательному чтению. Было бы лучше изменить ход изложения и избежать ссылок вперед.

Меня порадовало большое количество деталей и внимание автора к ним. Например, он специально несколько месяцев потратил на уравнения траектории световых лучей около вращающейся черной дыры. Именно на основе этих уравнений компьютерная программа сгенерировала изображение Гаргантюа, аккреционного диска и огненной оболочки. Похоже, это одно из первых «реалистичных» изображений черной дыры.

Также в книге я, наконец, прочитал понятное авторское изложение о том, почему червоточина может быть машиной времени. И узнал, каким образом на планете Миллер возможно такое существенное замедление времени.

Замедление времени

Мой самый большой вопрос после просмотра разрешается так. Гаргантюа — не обычная черная дыра звездной массы, а сверхмассивная черная дыра, масса которой составляет 10⁸ масс Солнца. Длина окружности вокруг горизонта такой черной дыры совпадает с длиной земной орбиты.

Но одной большой массы недостаточно, поэтому Кип Торн сделал Гаргантюа быстровращающейся черной дырой. Здесь тоже учтены неочевидные детали. Так, скорость вращения Гаргантюа пришлось сделать существенно выше, чем этого можно было ожидать из теоретических соображений. Кроме того, не всякая круговая орбита планеты вокруг черной дыры стабильна. Кип выбрал для планеты Миллер ближайшую орбиту из стабильных.

Кадр из фильма. «Рейнджер» снижается к планете «Миллер»

При посадке на такую планету сверхмассивная черная дыра должна занимать половину неба. Однако в фильме она всего в 20 раз больше Луны. Это один из тех моментов, в которых научная достоверность нарушается по художественным соображениям. Наверно, из-за него черная дыра не кажется сверхмассивной.

Заключение

Книгу «Интерстеллар. Наука за кадром» можно рекомендовать интересующимся физикой и устройством Вселенной, а также всем, кого одноименный фильм не оставил равнодушным. Кип Торн пишет:

Когда вы будете пересматривать «Интерстеллар» (разве вы сможете от этого удержаться?)…

Действительно, после прочтения книги фильм хочется посмотреть еще раз.

В завершение процитируем заключительные слова автора:

Каждый раз, пересматривая «Интерстеллар» или пролистывая рукопись этой книги, я поражаюсь огромному разнообразию и красоте научных концепций, которые в них содержатся.

Кип Торн переносит формулы на доски профессора

И больше всего волнует меня оптимистичный посыл, заложенный в «Интерстеллар». Мы живем во Вселенной, которой управляют законы физики. Законы, которые мы можем открывать, осмыслять, осваивать и использовать, чтобы управлять своей судьбой. Даже без помощи сущностей из балка мы, люди, можем справиться с любой катастрофой, которую устроит нам Вселенная, и даже с катастрофами, которые мы устраиваем себе сами, — от перемены климата до биологических и ядерных катастроф.

Но для того чтобы человечество могло управлять собственной судьбой, люди — большой их процент — должны понимать и ценить науку. Понимать, как она работает. Какие знания о Вселенной, Земле и жизни она нам несет. Чего можно с ее помощью добиться. Как ограничены ее возможности, связанные с нехваткой знаний или несовершенством технологий, и как преодолевать эти ограничения. Как двигаться от домыслов к обоснованным предположениям, а от них — к истине. Как невероятно редки революции, изменяющие наши понятия об истине, и насколько они из-за этого важны.

Я надеюсь, что эта книга поспособствует такому пониманию.

Выражаю благодарность издательству «Манн, Иванов и Фербер» за предоставленную для рецензии книгу.

Ссылки:
Описание на сайте издательства
Глава из книги на Ленте.ру