Наука в фільмі "інтерстеллар": кротові нори, чорні діри, простір-час

Нещодавно вийшов на екрани візуально-захоплюючий фільм "Інтрестеллар" грунтується на реальних наукових поняттях, таких як обертові чорні діри, кротові нори і розширення часу.

Але якщо ви не знайомі з цими поняттями, то можливо, злегка заплутаєтеся під час перегляду.

Читайте також: 20 фільмів, над якими доведеться серйозно поламати голову

У фільмі команда космічних дослідників відправляється у позагалактичне подорож крізь Кротова нору. На іншій стороні вони потрапляють в іншу Сонячну систему з обертається чорної дірою замість зірки.

Вони знаходяться в гонці з простором і часом, щоб виконати свою місію. Таке космічну подорож може здатися злегка заплутаним, але воно грунтується на основних принципах фізики.

ось основні 5 понять фізики, які потрібно знати, щоб зрозуміти "Інтерстеллар":

штучна гравітація

Найбільшою проблемою, з якою стикаємося ми, люди, при тривалих космічних подорожах, є невагомість. Ми народилися на Землі, і наше тіло пристосувалося до певних гравітаційним умов, але коли ми перебуваємо в космосі тривалий час, наші м`язи починають слабшати.

З цією проблемою стикаються і герої у фільмі "Інтерстеллар".

Щоб впоратися з цим, вчені створюють штучну гравітацію в космічних кораблях. Одним із способів зробити це - розкрутити космічний корабель, як у фільмі. Обертання створює відцентрову силу, яка відштовхує об`єкти до зовнішніх стінок корабля. Це відштовхування схоже на гравітацію, тільки в зворотному напрямку.

Таку форму штучної гравітації ви відчуваєте, коли їдете навколо кривої малого радіусу і вам здається, що вас відштовхує назовні, від центральної точки кривої. Під обертається космічному кораблі стіни для вас стають підлогою.

Обертається чорна діра в космосі

Астрономи, хоча і побічно, спостерігали в нашому Всесвіті обертові чорні діри. Ніхто не знає, що знаходиться в центрі чорної діри, але у вчених є для цього назву - сингулярність.

Обертові чорні діри спотворюють простір навколо себе по-іншому на відміну від нерухомих чорних дір.

Цей процес спотворення називається "захоплення інерційних систем відліку" або ефект Ленз-Тіррінга, і воно впливає на те, як буде виглядати чорна діра, спотворюючи простір, і що більш важливо простір-час навколо неї. Чорна діра, яку ви бачите у фільмі, досить сильно наближена до наукового поняття.

Космічний корабель "Ендюранс" прямує до Гаргантюа - вигаданої надмасивної чорної діри масою в 100 мільйон разів більша за Сонце.
Вона знаходиться на відстані 10 мільярдів світлових років від Землі, і навколо неї обертається кілька планет. Гаргантюа обертається з вражаючою швидкістю 99,8 відсотків від швидкості світла.
Аккреційний диск Гарагантюа містить газ і пил з температурою поверхні Сонця. Диск постачає планети Гаргантюа світлом і теплом.

Складний вид чорної діри у фільмі пов`язаний з тим, що зображення аккреционного диска викривлене гравітаційним лінзуванням. На зображенні з`являється дві дуги: одна утворюється над чорною дірою, а інша під нею.

Кротова нора

Кротова нора або червоточина, яку використовує екіпаж в "Інтерстеллар" - це одне з явищ у фільмі, існування якого не доведено. Вона гіпотетична, але дуже зручна в сюжетах науково-фантастичних історій, де потрібно подолати велике космічне відстань.

Просто кротові нори - це свого роду найкоротший шлях крізь простір. Будь-який об`єкт з масою створює нірку в просторі, що означає, що простір можна розтягувати, деформувати і навіть складати.

Червоточина - це як складка на тканини простору (і часу), яка з`єднує дві дуже далекі області, що допомагає космічним мандрівникам подолати велику відстань за короткий період часу.

Офіційна назва кротові нори - "міст Ейнштейна-Розена", так як вперше вона була запропонована Альбертом Ейнштейном і його колегою Натаном Розеном в 1935 році.

У двомірних діаграмах гирлі кротові нори показано у вигляді кола. Однак, якщо б ми могли побачити Кротова нору, вона б виглядала, як сфера.
На поверхні сфери було б видно гравітаційно спотворений вигляд простору з іншого боку "нори".
Розміри кротові нори в фільмі: 2 км в діаметрі і відстань перенесення - 10 мільярдів світлових років.

Гравітаційне уповільнення часу

Гравітаційне уповільнення часу - це реальне явище, що спостерігається на Землі. Воно виникає тому, що час щодо. Це означає, що воно тече по-різному для різних систем координат.

Коли ви перебуваєте в сильній гравітаційної середовищі, час тече повільніше для вас в порівнянні з людьми, що знаходяться в слабкій гравітаційної середовищі.

Якщо ви перебуваєте біля чорної діри, як у фільмі, ваша система координат, а, отже, сприйняття часу відрізняється від сприйняття того, хто знаходиться на Землі. Це тому, що гравітаційне тяжіння чорної діри тим сильніше, чим ближче ви до неї перебуваєте.

Відповідно до рівняння Ейнштейна час тече повільніше в більш високих гравітаційних полях. Те ж саме відбувається на планеті, близькою до чорної діри: годинник цокає повільніше, ніж на космічному кораблі, що обертається далі.
Присутність маси викривляє мембрану, як гумовий лист.
Якщо досить маси концентрується в одній точці, формується сингулярність. Об`єкти наближаються до сингулярності проходять через горизонт подій, з якого вони ніколи не повертаються.

Для вас хвилина біля чорної діри буде тривати 60 секунд, але якби ви могли поглянути на годинник на Землі, хвилина продовжилася б менше 60 секунд. Це означає що ви будете старіти повільніше людей на Землі, і чим сильніше гравітаційне поле, в якому ви перебуваєте, тим сильніше сповільнюється час.

Це відіграє важливу роль у фільмі, коли дослідники зустрічаються з чорною дірою в центрі іншого Сонячної системи.

пятімерном Всесвіт

Альберт Ейнштейн останні 30 років свого життя присвятив розробці "теорії всього", Яка б поєднувала математичні поняття гравітації з іншими трьома фундаментальними силами природи: сильну силу, слабку силу і електромагнітну силу. Йому, як втім, і іншим фізикам це не вдалося.

Деякі фізики вважають, що єдиний спосіб розгадати цю загадку - це сприймати нашу Всесвіт, як 5-мірну, а не 4-мірну, як пропонував Ейнштейн в теорії відносності, де поєднується тривимірний простір з одновимірним часом.

У фільмі наш Всесвіт представлена в 5-ти вимірах, і гравітація відіграє важливу роль у всьому цьому.