Интерстеллар: наука за кадром - Кип Торн

31. Эвакуация колоний с Земли

В начале фильма, когда Купер впервые оказывается на секретном объекте NASA, ему показывают гигантскую цилиндрическую станцию, построенную, чтобы доставить тысячи людей в космос и стать домом для многих поколений: космическую колонию. Ему сообщают, что похожие корабли строятся и в других местах.

«Как вы запустите ее с Земли?» – спрашивает Купер профессора. «Те первые гравитационные аномалии изменили все, – отвечает профессор. – Мы вдруг поняли, что гравитацию возможно укротить. Тогда я начал разрабатывать теорию – и мы приступили к постройке этой станции».

В конце фильма мы видим, как повседневная жизнь вернулась на круги своя – внутри космического корабля-колонии (рис. 31.1).

Рис. 31.1. Купер видит из окна, как дети играют в бейсбол внутри космической колонии (Кадр из «Интерстеллар», с разрешения «Уорнер Бразерс».)

Как эту станцию запустили в космос? Ключевым элементом здесь, разумеется, являются квантовые данные (в Кип-версии – законы квантовой гравитации), которые ТАРС извлек из сингулярности Гаргантюа (см. главу 26 и главу 28), а Купер передал Мёрф (см. главу 30).

В Кип-версии Мёрф, исключив из этих законов квантовые флуктуации (см. главу 26), узнала неквантовые законы, которым подчиняются гравитационные аномалии. А с помощью этих законов она разобралась, как аномалиями управлять.

Я как физик хотел бы узнать об этом подробнее. Был ли профессор Брэнд на верном пути, когда работал с уравнениями на досках в кабинете (см. главу 25 и сайт этой книги в интернете: Interstellar.withgoogle.com)? Действительно ли у него была половина ответа, как утверждала Мёрф, прежде чем получила квантовые данные? Или профессор заблуждался? Быть может, тайна аномалий и управление гравитацией – это совершенно разные вещи?

Возможно, на эти вопросы ответит продолжение фильма. Кристофер Нолан мастер сиквелов – посмотрите его трилогию о Бэтмене.

Одно представляется очевидным: Мёрф, должно быть, разобралась, как уменьшить ньютоновскую гравитационную постоянную G внутри Земли. Вспомните (см. главу 25), что гравитационное притяжение Земли определяется законом обратных квадратов Ньютона: g = Gm/r2, где r2 – квадрат расстояния до центра Земли, m – масса Земли, а G – гравитационная постоянная Ньютона. Уменьшите G вдвое, и притяжение Земли станет в два раза слабее. Уменьшите G в тысячу раз, и в тысячу раз уменьшится земное притяжение.

В Кип-версии, если ньютоновская G внутри Земли станет в тысячу раз меньше своего нормального значения – пусть всего на один час, – то ракетные двигатели смогут вывести в космос огромные колонии.

Побочным эффектом в Кип-версии явится то, что земное ядро, освобожденное от тяжелого гнета верхних слоев, расширится, вздыбливая поверхность Земли. Пока колонии будут подниматься в космос, повсюду пройдут мощнейшие землетрясения и цунами, сея на планете хаос, – ужасная цена для Земли, которая и без того измучена катастрофами, связанными с болезнью растений. Когда же ньютоновская G вернется к прежнему значению, Земля сожмется до своего обычного размера, что вызовет новые землетрясения и цунами.

Однако человечество спасено, а Купер и 95-летняя Мёрф воссоединяются. А затем Купер отправляется на задворки Вселенной, чтобы найти Амелию Брэнд.

Некоторые мысли на прощание

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

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.

Где узнать больше?

Глава 1. Ученый в Голливуде: зарождение замысла «Интерстеллар»

Читателям, которые интересуются культурой Голливуда и зыбучими песками кинобизнеса, я крайне рекомендую две книги Линды Обст: Hello, He Lied: & Other Truths from the Hollywood Trenches [Obst 1996], а также Sleepless in Hollywood: Tales from the New Abnormal in the Movie Business [Obst 2013].

Глава 2. Вкратце о Вселенной

Обзорная информация о нашей Вселенной, со множеством иллюстраций и сведений об объектах, которые можно разглядеть на ночном небе невооруженным глазом, с помощью бинокля и через телескоп: Universe: The Definitive Visual Guide [Rees 2005]. Много хороших книг написано о том, что происходило в ранний период существования Вселенной, о Большом взрыве и его возможных причинах. Я особенно рекомендую The Inflationary Universe [Guth 1997]; Big Bang: The Origin of the Universe [Singh 2004]; Many Worlds in One: The Search for Other Universes [Vilenkin 2006]; The Book of Universes: Exploring the Limits of the Cosmos [Barrow 2011]; а также главы 3, 14 и 16 из From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time [Carroll 2011]. По поводу актуальных исследований феномена Большого взрыва см. блог Шона Кэрролла Preposterous Universe [Carroll 2014] по адресу preposterousuniverse.com/blog/.

Глава 3. Законы, управляющие Вселенной

Ричард Фейнман, один из величайших физиков XX столетия, в 1964 году провел цикл публичных лекций, где подробно рассмотрел природу законов, управляющих нашей Вселенной. Эти лекции вошли в одну из моих любимейших книг: «Характер физических законов» [Фейнман 2011]. Более подробная, более современная и гораздо более объемная книга на эту тему: «Ткань космоса: пространство, время и текстура реальности» [Грин 2015]. Более легкая и занимательная, но не менее глубокая книга: «Высший замысел» [Хокинг, Млодинов 2012].

Глава 4. Искривления пространства и времени, приливная гравитация

Об истории эйнштейновских концепций искривления времени и пространства и их связи с приливной гравитацией и законами теории относительности можно прочитать в первых двух главах моей книги «Черные дыры и складки времени: дерзкое наследие Эйнштейна» [Торн 2009]. Описания экспериментов, подтверждающих правоту Эйнштейна, см. в книге Was Einstein Right? Putting General Relativity to the Test [Will 1993]. Биография Эйнштейна, подробно повествующая о его вкладе в науку (эта книга гораздо сложнее, чем две предыдущие): «Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна» [Пайс 1989]. Есть и другие, более обширные биографии Эйнштейна, особенно мне нравится книга Einstein: His Life and Universe [Isaacson 2007]. Однако ни в одной из них научные изыскания Эйнштейна не описаны столь точно и обстоятельно, как в книге Пайса.

Подробно о гравитации (как ньютоновской, так и эйнштейновской) и ее роли в нашей Вселенной рассказывается в научно-популярной книге Gravity from the Ground Up: An Introductory Guide to Gravity and General Relativity [Schutz 2003]. Сведения о том же, но на более глубоком научном уровне см. в книгах Gravity: An Introduction to Einstein’s General Relativity [Hartle 2003] и A First Course in General Relativity [Schutz 2009].

Глава 5. Черные дыры

Больше о черных дырах и о том, как мы узнали о них то, что, как нам кажется, мы знаем: «Черные дыры и складки времени» [Торн 2009], Gravity’s Fatal Attraction: Black Holes in the Universe [Begelman, Rees 2009], а также лекция, которую я прочитал в 2012 году на вечере в честь семидесятилетия Стивена Хокинга: ctc.cam.ac.uk/hawking70/multimedia_kt.html. Андреа Гез об удивительных открытиях ее научной группы по поводу черной дыры в центре Млечного Пути: ted.com/speakers/andrea_ghez и galacticcenter.astro.ucla.edu.

Глава 6. Анатомия Гаргантюа

Об описанных в этой главе свойствах черных дыр см. главу 7 книги «Черные дыры и складки времени» [Торн 2009], а на более сложном уровне, с уравнениями – Gravity: An Introduction to Einstein’s General Relativity [Hartle 2003]. Также см. приложение «Некоторые технические примечания» в этой книге. Об огненной оболочке и орбитах заключенных в ней фотонов см. технический документ Эдварда Тео [Teo 2003].