Кип Торн посвятил 50 лет работе над обнаружением гравитационных волн до получения Нобелевской премии в 2017 году. В беседе с Нилом Деграссом Тайсоном он описывает процесс создания фильма Interstellar, объясняет механизмы работы кротовых нор и детали своего знаменитого спора со Стивеном Хокингом.
🎬 Рождение Interstellar и научный реалити-чек 4:47
Идея фильма Interstellar возникла из обсуждений Кипа Торна и продюсера Линды Обст, которых в 1980 году познакомил Карл Саган . Физик поставил условие: сюжет не должен нарушать установленные законы физики, а все допущения должны основываться на реальных научных гипотезах .
Концепция глобальной гибели урожая (патоген) в фильме была детально проработана на встрече с биологами в Калтехе. Учёные подтвердили возможность существования «универсального патогена», который способен уничтожить большинство видов растений на планете . Хотя биологи ещё не сталкивались с такой угрозой, они не смогли исключить её вероятность в будущем .
🌊 Физика волн на планете Миллер 17:16
Гигантская волна на планете Миллер представляет собой тип солитарной волны (одиночной волны). Это явление открыли в 1700-х годах в Англии, наблюдая за движением барж по узким каналам . Такие волны сохраняют свою форму на больших расстояниях за счёт баланса между эффектами дисперсии и нелинейности .
Замедление времени на планете Миллер — один час за семь земных лет — требует экстремальных условий. Чтобы планета находилась на стабильной орбите при таком искажении времени, чёрная дыра Гаргантюа должна вращаться со скоростью, крайне близкой к максимально возможной . Кип Торн использовал систему Mathematica для проверки этих расчётов по требованию Кристофера Нолана .
📦 Тессеракт и возвращение героя 28:54
В финале фильма главный герой попадает в тессеракт — четырёхмерный куб, созданный сверхцивилизацией в «баллоке» (гиперпространстве) . Кристофер Нолан изначально хотел, чтобы Купер вернулся к Земле быстрее скорости света, но Кип Торн убедил его, что это нарушит законы физики .
Вместо сверхсветового движения использовали перемещение через пятое измерение. Расстояние в 10 миллиардов световых лет внутри нашей Вселенной в гиперпространстве может составлять всего несколько миллионов километров . Это позволило герою вернуться в Солнечную систему за короткий срок без нарушения принципа причинности.
🌀 Кротовые норы как машины времени 34:05
Теоретически кротовую нору можно превратить в машину времени, если заставить одно из её «устий» двигаться с релятивистской скоростью . Однако при попытке включения такого устройства может произойти мощный выброс энергии из-за накопления вакуумных флуктуаций .
Этот процесс похож на акустическую обратную связь между микрофоном и динамиком. Потоки света или частиц проходят через нору, возвращаются в ту же точку пространства-времени и усиливаются бесконечно . Стивен Хокинг предполагал, что законы квантовой гравитации всегда будут разрушать машину времени в момент её активации, чтобы сохранить Вселенную «безопасной для историков» .
Для поддержания кротовой норы в открытом состоянии требуется экзотическая материя. Она обладает отрицательной плотностью энергии и гравитационным отталкиванием . Подобные эффекты наблюдаются в лабораториях при изучении эффекта Казимира, где между металлическими пластинами создаётся область с отрицательной энергией .
📡 Прорыв LIGO и гравитационные волны 50:50
Проект LIGO вырос из идей Райнера Вайсса, который в 1972 году опубликовал неофициальный отчёт с описанием всех источников шума для лазерного детектора . Детекторы LIGO в Луизиане и Вашингтоне имеют длину плеч по 4 километра . Они фиксируют искажения пространства, которые в 100 раз меньше размера протона .
Калтех выделил на проект 2 миллиона долларов частных денег в 1970-х годах, что эквивалентно 12 миллионам сегодня, когда государственные фонды ещё не верили в успех . Первое столкновение чёрных дыр было зафиксировано в 2016 году. Сигнал дошёл до Луизианы на 7 миллисекунд раньше, чем до штата Вашингтон, что соответствует скорости света .
🎲 Спор об исчезновении информации 1:10:04
Кип Торн и Стивен Хокинг заключили пари с Джоном Прескиллом о том, исчезает ли информация в чёрной дыре . Согласно квантовой механике, эволюция системы должна быть унитарной, то есть информация не может быть потеряна безвозвратно . Стивен Хокинг считал, что излучение чёрной дыры полностью стирает данные о поглощённых объектах.
В итоге Стивен Хокинг признал поражение и подарил Джону Прескиллу бейсбольную энциклопедию . Кип Торн формально не признал проигрыш, так как считает, что в рамках альтернативной формулировки квантовой механики Фейнмана информация всё же может теряться при наличии «замкнутых временных кривых» .
🧬 Несовместимость теории относительности и квантов 1:25:33
Главная проблема современной физики — логическая несовместимость общей теории относительности и квантовой механики . Теория Альберта Эйнштейна описывает пространство как непрерывный континуум, в то время как квантовая физика требует наличия вероятностей и флуктуаций на микроуровне .
Кип Торн полагает, что теория струн является наиболее перспективным путём к объединению этих областей . Он отмечает, что наука строится на усилиях многих поколений, и текущие неудачи в создании теории квантовой гравитации лишь подчеркивают сложность задачи .
🎨 Наука, искусство и будущее 1:31:03
В возрасте 84 лет Кип Торн переключил внимание на проекты на стыке науки и искусства. Он выпустил книгу стихов и картин совместно с художницей Лией Халлоран, чтобы передать «дух» науки через визуальные образы .
Сейчас учёный работает над двумя крупными проектами:
