Кинофорум

К сожалению, не нашел на просторах Инета рассказ "Виртуальный мужик". В нем временная петля описывается в чистом виде. Сюжет рассказа такой:
Два изобретателя-самоучки придумали и собрали в гараже персональный компьютер ... Ой! Это совсем другая история ...

Так вот, два парня придумали и собрали машину времени. Такую вот камеру для перемещения в прошлое. Включили ее, а "оттуда вылезло что-то непотребное" - мужик в ватнике, сапогах, с разводным ключом и запахом перегара. Походил по лаборатории, обматерил их, зашел обратно в камеру и исчез.

Вопрос: Откуда он взялся?
Ответ: Из будущего, в котором он зашел в камеру.
Вопрос: Куда он делся?
Ответ: Отправился в прошлое, чтобы выйти из камеры и поматериться.

Т.е. этот мужик не существовал вне временной петли.

Аналогичный, но менее красочный случай произошел с Ийоном Тихим. В одном из рассказов (IV путешествие из Звездных дневников) он находит в машине времени книгу, но потом кладет ее туда и она исчезает, отправляясь в прошлое.

Эта идея не родилась на пустом месте. В теории поля существует понятие виртуальных частиц, которые рождаются даже из вакуума в нарушение законов сохранения массы/энергии. А все потому, что на квантовом уровне нарушаются причинно-следственные связи и в течение ничтожно малого времени законы сохранения массы/энергии могут не соблюдаться. Получается, что частицы рождаются потому, что им предопределено законом неопределенности вскорости исчезнуть. Т.е. в следствие того, что еще не случилось.
Но это на микроуровне - нарушения могут длиться ничтожнейшую долю секунды и приводят к ничтожнейшим отклонениям массы/энергии.

Еще один тонкий момент: старение. Человек или книга, попавшие во временную петлю будут стареть и в конце концов умрут (рассыпятся), разрушая эту самую петлю. Так что, здесь создатели фильма нашли изящный выход: гипервременная шахта была "закрыта" извне, а Купер перенесен в свое субъективное время.

А в целом фильм оставил очень противоречивое впечатление. С одной стороны - это туфта с примитивно-надуманной фабулой, сюжетными нестыковками и околонаучными спекуляциями.
Но с другой - я как бы окунулся в неподражаемую атмосферу НФ 70-х и даже 60-х годов, когда герои произведений Ефремова, Стругацких, Хайнлайна, Кларка лихой кавалерийской атакой лезли в черные дыры, высаживались без разведки на неизвестных планетах и творили прочие веселые непотребства, после которых становились героями ... живыми или мертвыми. Наверное, в современной литературе и кинематографе не хватает прежнего безбашенного безрассудства первопроходцев космических фронтиров. И этот фильм - ностальгирование по золотой поре НФ, наплевав на логичность и расчетливость современного мира.

• Ответить
• Редактировать
• Вырезать
• Отменить выбор
• Удалить
• Сообщить о нарушении Правил

Кащеюшка, приятно порадовал этим ёмким постом!
Хочу отметить тут главное, на котором вертятся все версии о предположении про "временную петлю" -
"А все потому, что на квантовом уровне нарушаются причинно-следственные связи и в течение ничтожно малого времени законы сохранения массы/энергии могут не соблюдаться.". Ключевая версия тут -"могут"!
На этом все "псевдо-научные" споры на "псевдо-научные" повести и фильмы можно заканчивать, как бы они не были интересны.. но всё-равно бездоказательны

• Ответить
• Редактировать
• Вырезать
• Отменить выбор
• Удалить
• Сообщить о нарушении Правил

А недавно доказали принцип суперпозиции для макрообъектов. так что не микромиром едины

если серьезно, кощеюшка сказал очень точно. Фильм даже близко к "жесткой фантастике" не относится, околонаучен и имеет ряд серьезных допущений, которые ломают сюжет. Нуанс в том, что это не отменяет мощной драмы и идеальной стилизации под старую классику, а за это можно простить что угодно.

• Ответить
• Редактировать
• Вырезать
• Отменить выбор
• Удалить
• Сообщить о нарушении Правил

Мне как раз под такой "стилизацией" фильм и нравится, тут абсолютно солидарен!
А на дыры и псевдо-научность.. я у голиивудфильм уже давно не обращаю на это пристального внимания.

• Ответить
• Редактировать
• Вырезать
• Отменить выбор
• Удалить
• Сообщить о нарушении Правил

Забавно, что ошибки есть, но в основном не там, где думает большинство

дьявол в деталях. простой пример:

Если дыра обычного размера, то упасть в нее не получится - порвет на подлете. Т.е. дыра должна быть сверхмассивная. и реально, судя по ее размеру и массе в 100 000 000 солнечных - это таки сверхмассивная. ок, запомнили. Планеты, кстати вполне могут быть вокруг, хотя стабильность системы будет не самой высокой.

Прикол весь с первой планетой. Чтоб сверхмассивная дыра ее не затянула, она должна быть достаточно далеко, а на таком расстоянии время так сильно не искажается - это раз. Опять-таки, на таком расстоянии вода не будет притянута полностью на сторону звезды - это два. А даже если вдруг ее притянет, то притянет не только воду, но всю планету - она тупо не будет вращаться вокруг своей оси - это три.

Теоретически, если дыра не большая, то время может быть искажено, и вода перетянута и даже планета может делать последние инерционные витки, т.е. ситуация фильма возможна. Но только с маленькой, обычной черной дырой, которая в диаметре менее 10 км.

Другой вопрос в том, что "научная фантастика" не идентична "жесткой" - ошибки, погрешности, неточности - это можно простить, если правильно показан вопрос человека и человечества....
Так, я опять лезу в вопрос, который не принципиален)

• Ответить
• Редактировать
• Вырезать
• Отменить выбор
• Удалить
• Сообщить о нарушении Правил

Ой, я таки Вас умоляю!

Существует т.н. "предел Роша" - радиус орбиты, внутри которой гравитационный градиент настолько велик, что разрывает спутники и препятствует возникновению новых. Даже для Сатурна он настолько велик, что покрывает его знаменитые кольца - остатки разорванных спутников.

Для ЧД предел Роша должен быть гораздо больше.

• Ответить
• Редактировать
• Вырезать
• Отменить выбор
• Удалить
• Сообщить о нарушении Правил

Дык о чем и речь. небольшая ЧД рвет на куски все вблизи себя и только потом засасывает. Но и сила удержания значительно выше.

Т.е. планета с радиусом орбиты как у Сатурна могла быть не разорвана и иметь даже какие-то пригодные условия за счет аккреционного диска.

Нюанс в том, что это теория, на практике не наблюдали - ЧД обычно захватывает планеты и всасывает, либо они просто улетают мимо. + значительно больше нестабильности из-за того же аккреционного диска, момопролетающих тел и прочего.

разрыв сам происходит из-за разницы в силе тяжести с двух сторон объекта. Дыра маленькая, сила тяжести растет очень быстро, вот и результат... А если дыра большая, то тяжесть нарастает достаточно медленно, чтоб не порвать на куски. Впрочем, в аккреционном диске все равно размажет, ад и радиация убьет на подходе.

• Ответить
• Редактировать
• Вырезать
• Отменить выбор
• Удалить
• Сообщить о нарушении Правил

Джонатан Нолан упрекнул брата в отказе убить героя «Интерстеллара»

Кадр из фильма «Интерстеллар»

Голливудский сценарист Джонатан Нолан рассказал об изменениях финала научно-фантастического блокбастера «Интерстеллар», которые внес его старший брат, режиссер Кристофер Нолан. Картина, по замыслу Нолана-младшего, должна была завершиться трагично, сообщает Nerdist.

Сценарист пояснил, что придуманная им развязка была более простой. Главный герой, который пересек горизонт событий черной дыры Гаргантюа, не должен был вернуться назад. После передачи им данных из недр космической аномалии так называемая червоточина (или «кротовая нора») захлопывается, что делает невозможным выход из нее.

По словам Джонатана, многие части сценария режиссер посчитал «слишком научными» и счел необходимым их убрать или переписать.

Картина повествует об исследователях, которые отправились в путешествие по пространственно-временному тоннелю. В финале истории главный герой, проникший в черную дыру, возвращается обратно и встречается со своей постаревшей дочерью, которую он оставил на Земле несколько десятков лет назад. Концовка, придуманная Кристофером Ноланом, вызвала критику ученых, так как такой исход ленты наименее вероятен с научной точки зрения.

Консультантом «Интерстеллара» выступил американский физик-теоретик и астроном Кип Торн. Главные роли в нем исполнили Мэттью Макконахи, Энн Хэтэуэй, Дэвид Гяси, Уэс Бентли и Мэтт Дэймон.

LENTA.RU

• Ответить
• Редактировать
• Вырезать
• Отменить выбор
• Удалить
• Сообщить о нарушении Правил

Это был бы правильный конец, ИМХО. да, пятимерная байда и прочее - это на уровне фантастики не научной, но трагический финал бы это с лихвой компенсировал.

• Ответить
• Редактировать
• Вырезать
• Отменить выбор
• Удалить
• Сообщить о нарушении Правил

Из Червоточины в Гиперпространство

Теоретическая физика Кипа Торна в фильме «Интерстеллар»

Кадр из фильма «Интерстеллар»

Вышедший в начале ноября фильм «Интерстеллар» уже с полным правом можно считать главным событием сезона. Причем не только кинематографического. Показанные в картине события — космические полеты через гиперпространство, падения в черные дыры и путешествия во времени — вызвали бурные дискуссии как среди любителей фантастики, так и в околонаучных кругах. Что неудивительно — консультантом фильма выступил знаменитый физик-теоретик Кип Торн. А там, где дело касается современной теоретической физики, сплошь и рядом получается так, что еще вчера бывшее оголтелой фантастикой сегодня оказывается респектабельной научной теорией.

*Осторожно, в тексте есть спойлеры.

КРОТОВАЯ НОРА

Основные события фильма начинаются с полета главных героев через развернувшуюся рядом с Сатурном червоточину. Физически она представляет собой тоннель, связывающий две удаленные области пространства-времени. Эти области могут как находиться в одной и той же вселенной, так и связывать разные точки разных вселенных (в рамках концепции мультивселенной). В зависимости от возможности вернуться сквозь нору обратно их подразделяют на проходимые и непроходимые. Непроходимые дыры быстро закрываются и не дают возможности потенциальному путешественнику проделать обратный путь.

Впервые решения уравнений ОТО типа кротовой норы открыл в 1916 году Людвиг Фламм. В 1930-х годах ими заинтересовались Альберт Эйнштейн и Натан Розен, а позднее — Джон Уилер. Однако все эти червоточины были непроходимыми. Только в 1986 году Кип Торн предложил решение с проходимой кротовой норой.

С математической точки зрения кротовая нора представляет собой гипотетический объект, получаемый как особое несингулярное (конечное и имеющее физический смысл) решение уравнений общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна. Обычно червоточины изображают в виде согнутой двумерной поверхности. Попасть с одной ее стороны на другую можно, перемещаясь обычным способом. А можно проделать отверстие и соединить тоннелем обе стороны. В наглядном случае двумерного пространства видно, что это позволяет существенно сократить расстояние.

В двумерии горловины червоточины — отверстия, с которых начинается и заканчивается тоннель, — имеют форму окружности. В трехмерии (как в фильме) горловина кротовой норы похожа на сферу. Образуются такие объекты из двух сингулярностей в разных областях пространства-времени, которые в гиперпространстве (пространстве большей размерности) стягиваются друг к другу с образованием норы. Поскольку нора представляет собой пространственно-временной тоннель, путешествовать по нему можно не только в пространстве, но и во времени.

Обыкновенная (сверху) и неориентируемая (внизу) червоточины
Изображение: inspirehep.net

В «Интерстелларе» нора была проходимой и связывала разные галактики во Вселенной. Но, чтобы вернуться через нее обратно, червоточина должна быть заполнена материей с отрицательной средней плотностью массы, препятствующей закрытию тоннеля. Среди известных науке обладающих такими свойствами элементарных частиц нет. Однако, вероятно, они могут входить в состав темной материи.

Планковская длина равна примерно 1,62х10-35 метрам, что в 2х1020 раз меньше «диаметра» протона. Численное значение планковских единиц (длины, массы, времени и других) получается из четырех фундаментальных физических постоянных и очерчивает границу применимости современной физики.

Считается, что подобную кротовую нору можно поймать в квантовой пене, а затем расширить и сделать потенциально пригодной для путешествий через гиперпространство. Такая пена представляет собой флуктуации пространства на планковских масштабах длин, где законы классической ОТО не работают, поскольку необходим учет квантовых эффектов.

Другой способ создания червоточины — протягивание одной области пространства, образующего дыру с сингулярностью, которая в гиперпространстве достает до другой области пространства. Поддерживать проходимость норы в обоих случаях предлагается посредством пропускания через нее материи с отрицательной плотностью массы. Такие проекты не противоречат ОТО.

Квантовая пена
Изображение: blogspot.ru

ЭКЗОПЛАНЕТЫ И ЗАМЕДЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ

После пролета через червоточину космические путешественники отправляются на экзопланеты, потенциально пригодные для жизни согласно сведениям, полученным от разведывательных миссий. Чтобы планета была хотя бы потенциально пригодна для жизни человека, на ней должны быть похожие на земные устойчивые световые, температурные и гравитационные режимы. Давление в атмосфере должно быть сравнимо с земным, а химический состав — пригодным для жизни хотя бы некоторых земных организмов. Обязательное условие — наличие воды. Все это налагает определенные ограничения на массу и объем планеты, а также расстояние ее до светила и параметры орбиты.

В настоящее время самые благоприятные для человека путешествия во времени созданы на орбите Земли. Чем дольше космонавты и астронавты находятся на борту Международной космической станции, вращающейся со скоростью более семи километров в секунду вокруг планеты, тем медленнее (по сравнению с землянами на поверхности) они стареют. Рекорд путешествий во времени принадлежит Сергею Крикалеву, который за более 803 суток переместился в будущее на примерно 0,02 секунды.

При этом первая из планет (Миллер) оказалась расположена очень близко к сверхмассивной черной дыре Гаргантюа массой 100 миллионов солнц и удаленной от Земли на 10 миллиардов световых лет. Радиус дыры сравним с радиусом орбиты Земли вокруг Солнца, а окружающий ее аккреционный диск простирался бы далеко за орбиту Марса. Из-за сильного гравитационного поля черной дыры один час, проведенный на поверхности планеты Миллер, оказывается равен семи годам на Земле.

Ничего удивительного, утверждает теоретическая физика, это связано с эффектом замедления времени в сильном гравитационном поле черной дыры, в котором находится планета. В специальной теории относительности (СТО) — теории движения тел с околосветовыми скоростями — замедление времени наблюдается в движущихся объектах. А в ОТО, представляющей собой обобщение СТО с учетом гравитации, имеет место эквивалентность инерции и тяготения, дальним следствием которой и является гравитационное замедление времени.

Космический корабль на пути к червоточине в представлении НАСА
Изображение: NASA

СВЕРХМАССИВНАЯ ЧЕРНАЯ ДЫРА

После неудачных миссий на экзопланетах героя Мэттью МакКонахи (вместе с роботом) затягивает в сверхмассивную черную дыру Гаргантюа. Причем ни героя МакКонахи, ни его робота при приближении к дыре не разорвало на тысячу маленьких Мэттью и роботиков от чудовищной гравитации. Однако и тут у современной физики есть объяснение.

Эйнштейн в основу ОТО положил локальную эквивалентность полей ускорения и тяготения. Ее просто проиллюстрировать на примере лаборатории внутри падающего лифта. Все предметы внутри такого лифта будут падать вместе с ним с одинаковым ускорением, а их относительные ускорения будут равны нулю. В этом случае ситуацию можно описать в двух системах отсчета. В первой, инерциальной и связанной с Землей, лифт падает под действием гравитации Земли. Во второй, связанной с лифтом (неинерциальной), поля тяготения нет. Если внутри лифта находится наблюдатель, то он не в состоянии определить, в каком поле: ускорения или гравитации, он находится. Получается, что в локальном смысле (когда ускорение свободного падения имеет примерно одинаковые значения в заданной области пространства, то есть гравитационное поле однородно) инерция и гравитация эквивалентны.

Черная дыра представляет собой массивный объект, гравитационное притяжение которого, согласно классической версии ОТО, не позволяет материи покидать ее пределы. Граница дыры с окружающим пространством называется горизонтом событий. Переходя сквозь него, тело, как считается, обратно (по крайней мере, тем же путем) выйти не может.

Есть несколько сценариев образования таких объектов. Основной механизм предполагает гравитационный коллапс некоторых типов звезд или вещества в центрах галактик. Также не исключается их образование еще во времена Большого взрыва и при реакциях элементарных частиц. Существование черных дыр у большинства ученых не вызывает сомнения.

Напряженность гравитационного поля (проще говоря, значение ускорения свободного падения) черной дыры убывает при удалении от нее. Это незаметно на большом расстоянии, где поле черной дыры локально, однородно и существенно на небольших расстояниях: разные части одного и того же протяженного объекта падают в дыру с разными ускорениями, и объект растягивается.

Именно так действует приливная сила черной дыры. Однако тут есть лазейка. Приливная сила прямо пропорциональная массе черной дыры и обратно пропорциональна кубу радиуса горизонта событий. Радиус горизонта событий дыры растет пропорционально ее массе. Следовательно, по порядку величины приливная сила обратно пропорциональна квадрату массы дыры. Для обычных черных дыр получаются огромные значения приливных сил, тогда как для сверхмассивных они не такие уж большие, чем и воспользовались герои «Интерстеллара».

ГИПЕРПРОСТРАНСТВО

Внутри вращающейся черной дыры герой Мэттью МакКонахи (и его робот) обнаружили пятимерную вселенную. И тут им, скажем прямо, повезло — если бы черная дыра не была вращающейся, путешественники продолжили бы движение к ее центру — сингулярности, и в этом случае финал фильма был бы совсем иным.

Математически понятие о физическом гиперпространстве возникло в конце 1910, когда Теодор Калуца вложил четырехмерное пространство ОТО в пятимерное, и тем самым ввел новое измерение. Обычно в теориях с дополнительными измерениями размеры наблюдаемой вселенной вдоль новых измерений настолько малы, что они почти не оказывают влияния на остальные четыре.

ОТО допускает возможность решений уравнений Эйнштейна, например, в форме метрики Керра, аналитические свойства которых позволяют уйти от сингулярности. Такие решения обладают необычными свойствами, в частности из них следует возможность существования внутри черной дыры особых пространственно-временных траекторий, нарушающих обычные причинно-следственные связи.

Можно предположить, что герою МакКонахи (и его роботу) удалось проникнуть в такую черную дыру, избежать ее сингулярности и путешествовать внутри нее по специальной траектории, которая привела его в новую вселенную. В ней геометрия оказалась локально устроенной так, что четыре измерения являются пространственными и одно — временным. Формально это не противоречит ОТО.

Электромагнитная волна и отклонение ее траектории вблизи массивного тела
Изображение: NASA/JPL-Caltech License

И хотя человек, по всей видимости, способен воспринимать только три пространственных и одно временное измерение, в фильме главный герой в новой вселенной получил возможность не только путешествовать по временному измерению, но и наблюдать в трехмерном пространстве проекции четырехмерного.

«УРАВНЕНИЕ ГРАВИТАЦИИ»

Пока Мэттью МакКонахи (вместе с роботом) летает по экзопланетам и в черную дыру, оставшийся на земле профессор в исполнении Майкла Кейна пытается решить некое «уравнение гравитации», которое позволило бы связать в одну теорию квантовую механику и ОТО и тем самым понять физику червоточины и черной дыры.

Излучение Грибова-Хокинга предполагает испарение черной дыры вследствие квантовых флуктуаций, связанных с образованием пар виртуальных частиц. Одна частица из такой пары улетает от черной дыры, а другая — с отрицательной энергией — «падает» в нее. Впервые о возможности такого явления высказывался советский физик-теоретик Владимир Грибов. А в первой половине 1970-х годов, после визита в СССР, Стивен Хокинг опубликовал работу, в которой предсказал существование излучения черных дыр (называемое излучением Хокинга в англоязычной литературе или Грибова-Хокинга в русскоязычной).

И, надо сказать, герой Майкла Кейна мучается не один. Создание универсальной теории, связывающей ОТО и квантовую механику, — основная задача большинства современных математических физиков — специалистов по теории струн. Главная задача теории — объединение всех четырех известных взаимодействий: сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного. Описанием первых трех занимается квантовая теория поля (КТП), математическая модель современной физики элементарных частиц, последним — ОТО. При этом ОТО в целом не противоречит КТП, поскольку говорит о явлениях на других масштабах длин и энергий. Но если ОТО имеет дело с космологическими объектами огромных масс, то КТП применима на субатомном уровне.

Проблема в том, что обе теории вступают в противоречие друг с другом на планковских масштабах, поскольку на них в ОТО необходим учет квантовых поправок. Так, в черной дыре квантовые эффекты приводят к ее испарению. Квантовая версия ОТО, получаемая аналогичным КТП образом, оказывается неперенормируемой, то есть наблюдаемые величины не удается сделать конечными. Решению данного вопроса и посвящена большая часть исследований в этой области. Сама же теория струн (M-теория) основана на предположении существования на планковских масштабах гипотетических одномерных объектов — струн, возбуждения которых интерпретируются как элементарные частицы и их взаимодействия.

Путешественники на планете Манн
Кадр из фильма «Интерстеллар»

Как это происходит и почему, физики не могут разобраться уже почти полвека. Так что не расстраивайтесь, если и вам вся эта статья показалась чем-то вроде китайской грамоты (непонятно, правда, зачем вы тогда дочитали ее до конца). К тому же главный вывод из всего вышеперечисленного вполне простой: помимо любимого сериала «Теория большого взрыва» у гиков всего мира теперь появился и любимый фильм.

LENTA.RU

• Ответить
• Редактировать
• Вырезать
• Отменить выбор
• Удалить
• Сообщить о нарушении Правил