Yıldızlararası bir kara deliğin görüntüsü. Yıldızlararası Bilim: solucan delikleri, kara delikler, uzay-zaman. Kara delikleri nasıl öğrendik

Yakın zamanda yayınlanan görsel olarak sürükleyici film "Inrestellar" gerçek bilimsel temellere dayanmaktadır.kavramlar, Örneğin dönen kara delikler, solucan delikleri ve zaman genişlemesi.

Ancak bu kavramlara aşina değilseniz, izlerken biraz kafanız karışabilir.

Filmde, uzay kaşiflerinden oluşan bir ekip, solucan deliğinden galaksi dışı yolculuk... Öte yandan, kendilerini bir yıldız yerine dönen bir kara deliğe sahip farklı bir güneş sisteminde bulurlar.

Görevlerini tamamlamak için zaman ve mekan yarışındalar. Bu uzay yolculuğu biraz kafa karıştırıcı görünebilir, ancak fiziğin temel ilkelerine dayanmaktadır.

İşte ana 5 fizik kavramı Interstellar'ı anlamak için bilmeniz gerekir.

yapay yerçekimi

Biz insanların uzun uzay yolculukları sırasında karşılaştığı en büyük sorun, ağırlıksızlık... Dünya'da doğduk ve vücudumuz belirli yerçekimi koşullarına adapte oldu, ancak uzun süre uzayda kaldığımızda kaslarımız zayıflamaya başlar.

"Yıldızlararası" filmindeki kahramanlar da bu sorunla karşı karşıyadır.

Bununla başa çıkmak için bilim adamları uzay gemilerinde yapay yerçekimi... Bunu yapmanın bir yolu, filmdeki gibi uzay gemisini döndürmektir. Dönme, nesneleri geminin dış duvarlarına doğru iten bir merkezkaç kuvveti yaratır. Bu itme, yerçekimine benzer, sadece ters yönde.

Bu, küçük bir yarıçaplı eğrinin etrafında sürerken ve eğrinin merkez noktasından dışarı doğru itildiğini hissettiğinizde deneyimlediğiniz yapay yerçekiminin şeklidir. Dönen bir uzay gemisinde duvarlar sizin için zemin olur.

Uzayda dönen kara delik

Gökbilimciler dolaylı olarak da olsa evrenimizde gözlemlemişlerdir. dönen kara delikler... Bir kara deliğin merkezinde ne olduğunu kimse bilmiyor, ancak bilim adamlarının buna bir adı var -tekillik .

Dönen kara delikler, etraflarındaki alanı sabit kara deliklerden farklı bir şekilde bozar.

Bu bozulma sürecine "atalet çerçevesi sürükleme" veya Lense-Thirring etkisi denir ve kara deliğin nasıl göründüğünü, uzayı ve daha da önemlisi etrafındaki uzay-zamanı etkiler. Filmde gördüğünüz kara delik yeterlibilimsel bir konsepte çok yakın.

Uzay Gemisi Endurance Gargantua'ya gidiyor - kurgusal süper kütleli kara delik Güneş'in 100 milyon katı kütleye sahip.
Dünya'dan 10 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunur ve çevresinde birkaç gezegen döner. Gargantua, ışık hızının yüzde 99,8'i gibi şaşırtıcı bir hızla dönüyor.
Garagantua toplanma diski, Güneş'in yüzeyinin sıcaklığına sahip gaz ve toz içerir. Disk, Gargantua gezegenlerine ışık ve ısı sağlıyor.

Filmdeki kara deliğin karmaşık görünümü, yığılma diskinin görüntüsünün yerçekimi merceğiyle çarpıtılması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Görüntüde iki yay görünüyor: biri kara deliğin üzerinde, diğeri ise altında oluşuyor.

Köstebek Deliği

Yıldızlararası filminde ekibin kullandığı solucan deliği veya solucan deliği, filmdeki fenomenlerden biridir. varlığı kanıtlanmamış... Varsayımsaldır, ancak büyük bir kozmik mesafeyi aşmanız gereken bilim kurgu hikayelerinin planlarında çok uygundur.

Sadece solucan delikleri bir tür uzayda en kısa yol... Kütlesi olan herhangi bir nesne uzayda bir yuva oluşturur, bu da uzayın gerilebilir, deforme olabileceği ve hatta katlanabileceği anlamına gelir.

Bir solucan deliği, çok uzak iki bölgeyi birbirine bağlayan uzayın (ve zamanın) dokusunda bir kıvrım gibidir, bu da uzay yolcularına yardımcı olur. kısa sürede uzun bir mesafe kat etmek.

Solucan deliğinin resmi adı, ilk olarak 1935'te Albert Einstein ve meslektaşı Nathan Rosen tarafından önerildiği gibi "Einstein-Rosen Köprüsü"dür.

2B diyagramlarda, bir solucan deliğinin ağzı bir daire olarak gösterilir. Ancak bir solucan deliği görebilseydik, küre gibi görünürdü.
Kürenin yüzeyinde, "deliğin" diğer tarafından, yerçekimsel olarak çarpık bir uzay görüntüsü görülebilir.
Filmdeki solucan deliğinin boyutları 2 km çapında ve taşıma mesafesi 10 milyar ışıkyılı.

Yerçekimi zaman genişlemesi

Yerçekimi zaman genişlemesi, Dünya'da gözlemlenen gerçek bir fenomendir. ortaya çıkıyor çünkü zamana bağlı... Bu, farklı koordinat sistemleri için farklı aktığı anlamına gelir.

Güçlü bir yerçekimi ortamındayken, zaman senin için daha yavaş geçiyor zayıf bir yerçekimi ortamındaki insanlarla karşılaştırıldığında.

Filmdeki gibi bir kara deliğin yakınındaysanız, koordinat sisteminiz ve dolayısıyla zaman algınız, Dünya'daki birinin algısından farklıdır. Bunun nedeni, bir kara deliğin yerçekimi kuvveti, ona yaklaştıkça daha güçlüdür.

Einstein'ın denklemine göre, zaman daha yüksek yerçekimi alanlarında daha yavaş akar. Aynı şey bir kara deliğe yakın bir gezegende de olur: saat, daha fazla yörüngede dönen bir uzay aracından daha yavaş işliyor.
Kütlenin varlığı, zarı lastik bir levha gibi büker.
Bir noktada yeterli kütle toplanırsa tekillik oluşur. Tekilliğe yaklaşan nesneler, asla geri dönmedikleri olay ufkundan geçerler.

Sizin için bir kara deliğin yakınında bir dakika 60 saniye sürecek, ancak Dünya'daki bir saate bakabilseydiniz, bir dakika 60 saniyeden az sürecekti. Demek oluyor dünyadaki insanlardan daha yavaş yaşlanacaksın ve içinde bulunduğunuz yerçekimi alanı ne kadar güçlüyse, zaman o kadar yavaşlar.

Bu, araştırmacılar başka bir güneş sisteminin merkezinde bir kara delik ile karşılaştığında filmde önemli bir rol oynuyor.

Beşinci Boyutlu Evren

Albert Einstein hayatının son 30 yılını gelişmeye adadı " her şeyin teorisi"bu, yerçekiminin matematiksel kavramlarını doğanın diğer üç temel kuvvetiyle birleştirecekti: güçlü kuvvet, zayıf kuvvet ve elektromanyetik kuvvet. Diğer fizikçiler gibi o da başarılı olmadı.

Bazı fizikçiler, bu bilmeceyi çözmenin tek yolunun 4 boyutlu değil 5 boyutlu evren Einstein'ın görelilik teorisinde önerdiği gibi, üç boyutlu uzayın bir boyutlu zamanla birleştiği yer.

Filmde evrenimiz 5 boyutlu olarak sunuluyor ve tüm bunlarda yerçekimi önemli bir rol oynuyor.

Üç boyutlu evrenimiz, dört boyutlu hiperuzayda yüzen düz bir zar (veya "zar") olarak düşünülebilir.

Fragman "Yıldızlararası" 2014

Gargantua SSS: Interstellar'ın Kara Deliği Gerçek mi?

İzleyicilerin filmle ilgili sorabilecekleri birkaç soruyu yanıtlamaya çalışacağım.

1) Gargantua'nın kara deliği filmde neden böyle görünüyor?

Yıldızlararası, sinema tarihinde bir kara deliğin görselleştirilmesini fiziksel ve matematiksel bir modele dayalı olarak kullanan ilk uzun metrajlı filmdir. Simülasyon, yerçekimi teorisi, astrofizik ve kuantum ölçüm teorisi alanındaki çalışmaları ile tanınan dünyaca ünlü teorik fizikçi Kip Thorne ile işbirliği içinde 30 uzmandan oluşan bir ekip (Pavel Franklin'in görsel efektler bölümü) tarafından gerçekleştirildi. Bir çerçeve yaklaşık 100 saat sürdü ve toplamda modele yaklaşık 800 terabayt veri harcandı.
Thorne yalnızca matematiksel bir model oluşturmakla kalmadı, aynı zamanda bir bilgisayar görselleştirme modeli oluşturmasına izin veren özel bir yazılım (CGI) da yazdı.

İşte Thorne'un yaptığı:

Elbette şu soruyu sormak yerinde olur: Thorne'un simülasyonu bilim tarihinde bir ilk mi? Ve Thorne'un görüntüsü daha önce bilimsel literatürde görülmeyen bir şey mi? Tabii ki hayır.
Kara delikler ve kozmoloji konusundaki çalışmalarıyla da dünyaca tanınan Relativistik Astrofizik ve Kozmolojinin bir kolu olan Paris-Mudon Gözlemevi'nden Jean Pierre Luminet, bilgisayar simülasyonları yoluyla bir kara deliğin görüntüsünü elde eden ilk bilim insanlarından biridir. 1987'de, Kara Delikler: Popüler Bir Giriş adlı kitabı yayınlandı ve burada şunları yazdı:

“Bir toplanma diski ile çevrili bir kara deliğin ilk bilgisayar görüntüleri benim tarafımdan elde edildi (Luminet, J.-P. (1979): Astron. Astrophys.). Mark (Marck, J.-A. (1993): Class. Quantum Grav) tarafından hem Schwarzschild metriği hem de dönen bir kara delik durumu için daha ince hesaplamalar yapıldı. Makul görüntüler - yani, uzayın eğriliği, diskin kırmızıya kayması ve fiziksel özellikleri dikkate alınarak hesaplanan - olay ufku içinde bile keyfi bir nokta için elde edilebilir. Bir kara deliğin etrafındaki zamana benzer bir yörüngede hareket ederken bu çarpıklıkların nasıl değiştiğini gösteren bir film bile yapılmıştır (Delesalle, Lachieze-Rey ve Luminet, 1993). Resim, askıya alınmış bir parabolik yörünge boyunca hareket durumu için çerçevelerinden biri "

Görüntünün neden tam olarak böyle çıktığının bir açıklaması:

"Kara deliğin çevresindeki uzay-zamanın eğriliği nedeniyle, sistemin görüntüsü, kara deliği sıradan bir düşük kütleli gök cismi ile değiştirirsek göreceğimiz elipslerden önemli ölçüde farklıdır. diskin üst tarafı doğrudan bir görüntü oluşturur ve güçlü distorsiyon nedeniyle tüm diski görüyoruz (kara delik arkasındaki diskin parçalarını örtmez) Diskin alt kısmı da belirgin eğrilik nedeniyle görülebilir ışık ışınlarının."

Lumine'nin görüntüsü şaşırtıcı bir şekilde Thorne'un Fransız'ın çalışmasından 30 yıl sonra elde ettiği sonucu anımsatıyor!

Öyleyse neden hem makalelerde hem de popüler bilim filmlerinde çok sayıda başka görselleştirmede bir kara delik genellikle oldukça farklı şekilde görülebilir? Cevap basit: matematiksel bir modele dayalı bir kara deliğin bilgisayar "çizimi" çok karmaşık ve zaman alıcı bir süreçtir ve genellikle mütevazı bütçelere uymaz, bu nedenle yazarlar genellikle bir tasarımcının işiyle uğraşırlar, değil. bir fizikçi.

2) Gargantua'nın toplanma diski neden sayısız resimde ve popüler bilim filmlerinde görüldüğü kadar muhteşem değil? Bir kara delik neden daha parlak ve etkileyici gösterilemez?

Bu soruyu aşağıdakilerle birleştireceğim:

3) Bir kara deliğin toplanma diskinin çok yoğun bir radyasyon kaynağı olduğu bilinmektedir. Astronotlar kara deliğe yaklaşırlarsa basitçe ölürlerdi.

Ve gerçekten öyle. Kara delikler, evrendeki en parlak, en enerjik radyasyon kaynaklarının motorlarıdır. Modern kavramlara göre, bazen yüzlerce galaksiden daha parlak parıldayan kuasarların kalbi bir karadeliktir. Yerçekimi ile devasa madde kütlelerini kendine çeker ve hayal edilemeyecek kadar yüksek basınç altında küçük bir alanda çökmeye zorlar. Bu madde ısınır, en güçlü X-ışını ve gama radyasyonunun emisyonu ile içinde nükleer reaksiyonlar meydana gelir.
Bir kara deliğin klasik yığılma diski genellikle şu şekilde çizilir:

Gargantua böyle olsaydı, böyle bir yığılma diski radyasyonuyla astronotları öldürürdü. Thorne'un kara delik birikimi o kadar yoğun ve kütleli değil; onun modeline göre, disk sıcaklığı güneşin yüzeyinden daha yüksek değil. Bunun nedeni büyük ölçüde Gargantua'nın güneş kütlesinin en az 100 milyon katı ağırlığında ve bir astronomik birim yarıçapında süper kütleli bir kara delik olmasıdır.
Bu sadece bir süper kütleli değil, aynı zamanda ultra kütleli bir kara delik. Samanyolu'nun merkezindeki bir kara delik bile çeşitli tahminlere göre 4-4,5 milyon güneş kütlesi kütlesine sahiptir.
Gargantua bir rekor sahibinden uzak olmasına rağmen. Örneğin, NGC 1277 galaksisindeki deliğin kütlesi 17 milyar güneştir.
İnsanların bir kara deliği araştırdığı böyle bir deney hayal etme fikri, 1980'lerden beri Thorne'u rahatsız ediyor. Zaten kitabında “Kara delikler ve zamanın kıvrımları. Einstein'ın 1990'da yayınlanan Cesur Mirası, Thorne, araştırmacıların kara delikler üzerinde çalıştıkları ve özelliklerini daha iyi anlamak için olay ufkuna mümkün olduğunca yaklaşmak istedikleri, yıldızlararası seyahatin varsayımsal bir modelini inceliyor.
Araştırmacılar işe küçük bir kara delik ile başlıyor. Onlara hiç uymuyor çünkü yarattığı gelgit kuvvetleri yaşam için çok büyük ve tehlikeli. Çalışma nesnesini daha büyük bir kara delik ile değiştirirler. Ama onları da tatmin etmiyor. Sonunda dev Gargantua'ya doğru yola çıkarlar.
Gargantua, kuasar 3C273'ün yakınında bulunur - bu, iki deliğin özelliklerini karşılaştırmanıza olanak tanır.
Onları gözlemleyen araştırmacılar kendilerine şunu soruyor:

"Gargantua ve 3C273 arasındaki fark şaşırtıcı görünüyor: Neden kütlesi ve büyüklüğünün bin katı olan Garnatua'da böyle yuvarlak bir gaz simit ve dev kuasar jetleri yok?"

Gargantua'nın yığılma diski nispeten soğuktur, kütleli değildir ve bir kuasarda olduğu kadar fazla enerji yaymaz. Niye ya?

"Teleskopik araştırmalardan sonra Bret cevabı buluyor: Birkaç ayda bir, 3C273 merkezi deliğinin yörüngesinde dönen bir yıldız ufka yaklaşıyor ve bir kara deliğin gelgit kuvvetleri tarafından parçalanıyor. Bir yıldızın kalıntıları, yaklaşık 1 güneş kütlesi , kara deliğin etrafına püskürtülür.Bu taze gaz, çöreklerin sürekli olarak deliğe ve jetlere sağladığı gazı telafi eder, böylece simit ve jetler gaz depolarını korur ve parlak bir şekilde parlamaya devam eder.
Bret, yıldızların da Gargantua'ya yaklaşabileceğini açıklıyor. Ancak Gargantua 3C273'ten çok daha büyük olduğu için olay ufkunun üzerindeki gelgit kuvvetleri yıldızı parçalamak için çok zayıf. Gargantua, yıldızları içlerini çevreleyen simitlere sıçratmadan bütün olarak yutar. Ve bir çörek olmadan, Gargantua jetler ve diğer kuasar özellikleri yaratamaz. "

Bir kara deliğin etrafında devasa bir yayan diskin var olabilmesi için, onu oluşturabileceği bir yapı malzemesinin olması gerekir. Bir kuasarda, bunlar bir yıldızın kara deliğine çok yakın yoğun gaz bulutlarıdır. İşte bir yığılma diskinin oluşumu için klasik model:

Yıldızlararası, orada büyük bir yığılma diskinin ortaya çıkacak hiçbir şeyi olmadığını gösteriyor. Sistemde yoğun bulutlar veya yakındaki yıldızlar yoktur. Bir şey varsa, o zaman hepsi uzun zaman önce yemiş.
Gargantua, kuasarlardaki veya ikililerdeki klasik diskler kadar yoğun bir şekilde yaymayan, soluk, "düşük sıcaklıklı" bir yığılma diski oluşturan düşük yoğunluklu yıldızlararası gaz bulutlarından memnundur. Bu nedenle Gargantua diskinden gelen radyasyon astronotları öldürmez.

Thorne, The Science of Interstellar'da şöyle yazıyor:

"Tipik bir yığılma diski çok yoğun X-ışını, gama ve radyo emisyonlarına sahiptir. O kadar güçlüdür ki, etrafta olmak isteyen herhangi bir astronotu kızartır. Filmde gösterilen Gargantua diski son derece zayıf bir disktir." Tabii ki, insan standartlarına göre değil, tipik kuasarların standartlarına göre. Gargantua'nın diski, kuasar yığılma diskleri gibi yüz milyonlarca dereceye ısıtılmaktan ziyade, sadece birkaç bin derece sıcaktır, kabaca Güneş'in yüzeyi. çok fazla ışık, ancak neredeyse hiç X-ışınları ve gama ışınları yaymaz.ışınlar.Bu tür diskler, karadeliklerin evriminin sonraki aşamalarında mevcut olabilir.Bu nedenle, Gargantua'nın diski, çeşitli popüler grafiklerde sıklıkla görebileceğiniz resimden oldukça farklıdır. astrofizik kaynakları."

Kara deliklerin etrafındaki soğuk yığılma disklerinin varlığını dile getiren tek kişi Kip Thorne mu? Tabii ki hayır.

Kara deliklerin soğuk yığılma diskleri, bilimsel literatürde uzun süredir çalışılmaktadır:
Bazı raporlara göre, Samanyolu Yay A*'nın (Sgr A*) merkezindeki süper kütleli kara delik de aynı soğuk toplanma diskine sahip:

Merkezi kara deliğimizin etrafında hareketsiz bir varlık olabilir. soğuk yığılma diski yığılma oranı yüksek olduğunda Sgr A *'nın "çalkantılı gençliğinden" kalan (düşük viskozite nedeniyle). Şimdi bu disk sıcak gazı "emiyor", kara deliğe düşmesini engelliyor: gaz, kara delikten nispeten büyük mesafelerde diske yerleşiyor.

(c) Sgr A'da yakın yıldızlar ve etkin olmayan bir yığılma diski ∗: tutulmalar ve alevler
Sergei Nayakshin1 ve Rashid Sunyaev. // 1. Max-Planck-Institut für Astrofizik, Karl-Schwarzschild-Str. Garching, Almanya 2. Uzay Araştırma Enstitüsü, Moskova, Rusya

Veya Kuğu X-1:

1996-1998 yılları arasında düşük spektral durumdaki Cygnus X-1, GX339-4 ve GS1354-644 karadeliklerinin birikmesine ilişkin RXTE gözlemevi tarafından çok sayıda gözlemin spektral ve zamansal analizi gerçekleştirildi. Her üç kaynak için de, kaotik değişkenliğin karakteristik frekansları ile spektral parametreler - Comptonized radyasyon spektrumunun eğimi ve yansıyan bileşenin nispi genliği arasında bir korelasyon bulundu. Yansıyan bileşenin genliği ile Comptonization spektrumunun eğimi arasındaki ilişki, yansıtıcı ortamın ( soğuk yığılma diski) Comptonization bölgesinin ana yumuşak foton tedarikçisidir.

Yıldızlar ve Bir Arasındaki Etkileşim Aktif Olmayan Toplama Diski Galaktik Çekirdekte // Vladimir Karas. Astronomi Enstitüsü, Bilimler Akademisi, Prag, Çek Cumhuriyeti ve

(c) Charles Üniversitesi, Matematik ve Fizik Fakültesi, Prag, Çek Cumhuriyeti // Ladislav Subr. Charles Üniversitesi, Matematik ve Fizik Fakültesi, Prag, Çek Cumhuriyeti

"Sakin" kara delikler, keşfedilen ilk süper kütleli kara deliklerden biri olan Andromeda Bulutsusu'ndaki deliğe benzer. Kütlesi yaklaşık 140 milyon güneş kütlesidir. Ancak bunu güçlü radyasyonla değil, yıldızların bu alandaki karakteristik hareketiyle buldular. Bu galaksilerin çekirdeğinin karakteristik “kuasar” radyasyonu. Ve astrofizikçiler, maddenin bu kara deliğin üzerine düşmediği sonucuna vardılar. Bu durum, Andromeda Bulutsusu ve Samanyolu gibi "sessiz" gökadalar için tipiktir.

Aktif kara deliklere sahip galaksilere aktif veya Seyfert galaksileri denir. Seyfert gökadaları, gözlemlenen tüm sarmal gökadaların yaklaşık %1'ini içerir.

Andromeda Bulutsusu'nda süper kütleli kara deliğin nasıl bulunduğu, BBC'nin popüler bilim filmi Süper Kütleli Kara Delikler'de iyi bir şekilde gösterilmiştir.

4) Kara deliklerin ölümcül gelgit kuvvetleri olduğu bilinmektedir. Hem astronotları hem de filmde olay ufkuna çok yakın olan Miller gezegenini parçalamazlar mı?

Kısa ve öz Wikipedia bile süper kütleli bir kara deliğin önemli bir özelliği hakkında yazıyor:

"Olay ufkuna yakın gelgit kuvvetleri önemli ölçüde daha zayıf çünkü merkezi tekillik ufuktan o kadar uzakta ki, kara deliğin merkezine seyahat eden varsayımsal bir astronot, kara deliğin içine çok derin dalana kadar aşırı gelgit kuvvetlerini hissetmeyecek."

Süper kütleli kara deliklerin özelliklerini tanımlayan herhangi bir bilimsel ve popüler kaynak bununla hemfikirdir.

Gelgit kuvvetlerinin, içine giren nesneyi yok edecek bir büyüklüğe ulaştığı noktanın konumu, kara deliğin boyutuna bağlıdır. Galaksinin merkezinde bulunanlar gibi süper kütleli kara delikler için, bu nokta olay ufkunun içinde yer alır, bu nedenle varsayımsal bir astronot herhangi bir deformasyon fark etmeden olay ufkunu geçebilir, ancak olay ufkunu geçtikten sonra merkeze düşer. kara deliğin zaten kaçınılmaz... Schwarzschild yarıçapının tekilliğe çok daha yakın olduğu küçük kara delikler için, gelgit kuvvetleri astronotu olay ufkuna ulaşmadan önce öldürecektir.

(c) Schwarzschild kara delikleri // Genel görelilik: fizikçiler için bir giriş. - Cambridge University Press, 2006. - S. 265. - ISBN 0-521-82951-8.

Tabii ki, Gargantua'nın kütlesi, astronotların gelgitleri tarafından parçalanmayacak şekilde seçildi.
1990 Thorne Gargantua'nın Interstellar'dan biraz daha büyük olduğunu belirtmekte fayda var:

"Hesaplamalar, delik ne kadar büyük olursa, roketin onu 1, 001 olay ufkunun çevresinde tutması için o kadar az itme kuvveti gerektiğini göstermiştir. 10 Dünya g'lik acı verici ama katlanılabilir bir itme için, deliğin kütlesi 15 trilyon güneş kütlesi olmalıdır. Bu deliklere en yakın olanı, galaksimizden 100.000 ışıkyılı ve Samanyolu'nun etrafında döndüğü Başak gökada kümesinden 100 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan Gargantua'dır. Aslında, Samanyolu'ndan 2 milyar ışıkyılı uzaklıkta olan 3C273 kuasarının yakınında yer almaktadır ...
Gargantua'nın yörüngesine girip olağan ölçümleri aldığınızda, kütlesinin gerçekten 15 trilyon güneş kütlesi olduğuna ve çok yavaş döndüğüne ikna oluyorsunuz. Bu verilerden, ufkunun çevresinin 29 ışıkyılı olduğunu hesaplarsınız. Son olarak, izin verilen gelgit kuvvetlerini ve ivmeyi yaşarken keşfedebileceğiniz bir delik olmasını bekliyor!"

Kip Thorne'un film üzerinde çalışmanın bilimsel yönlerini açıkladığı 2014 tarihli "The Science of Interstellar" adlı kitabında, zaten 100 milyon güneş kütlesi rakamından bahsediyor - ancak bunun "rahat" olabilecek minimum kütle olduğuna dikkat çekiyor. kara deliğin gelgit kuvvetleriyle ilişkisi.

5) Miller'ın gezegeni nasıl bir kara deliğe bu kadar yakın olabilir? Gelgit kuvvetleriyle onu parçalara ayıracak mı?

"Kötü Astronom" takma adıyla tanınan gökbilimci Phil Plaint, dizginlenemez şüpheciliğiyle Yıldızlararası'nı geçemedi. Buna ek olarak, bundan önce, sıkıcı şüpheciliği ile birçok sansasyonel filmi, örneğin "Yerçekimi" ile şiddetle yok etti.

“Interstellar'ı gerçekten dört gözle bekliyordum... Ama gördüklerim korkunçtu. Bu tam bir başarısızlık. Gerçekten, gerçekten beğenmedim ”

- 6 Kasım tarihli yazısında yazıyor.
Phil bilimsel olarak filmin tam bir saçmalık olduğunu söylüyor. Bu, varsayımsal bir çerçevede bile modern bilimsel fikirlere karşılık gelemez. Özellikle Miller'ın gezegeninde dolaştı. Ona göre, gezegen böyle bir kara deliğin etrafında sürekli dönebilir, ancak yörüngesi Gargantua'nın kendisinin en az üç katı büyüklüğünde olmalıdır. Saat, Dünya'dakinden daha yavaş çalışacak, ancak yalnızca yüzde 20 oranında. Filmde gösterildiği gibi, bir kara deliğe yakın bir gezegenin kararlılığı imkansız bir buluş. Dahası, kara deliğin gelgit kuvvetleri tarafından tamamen parçalanacak.

Ancak 9 Kasım'da Place yeni bir yazıyla karşımıza çıkıyor. onu arar Takip: Yıldızlararası Mea Culpa... Ölçülemez bilimsel eleştirmen tövbe etmeye karar verdi.

"Yine batırdım. Ama hatalarım ne kadar büyük olursa olsun, onları her zaman kabul etmeye çalışırım. Sonunda bilimin kendisi bizi hatalarımızı kabul etmeye ve onlardan ders almaya zorluyor!"

Phil Plainte, düşüncelerinde hatalar yaptığını ve yanlış sonuçlara vardığını itiraf etti:

“İncelememde, Miller'in bir kara deliğe yakın yörüngede dönen gezegeninden bahsetmiştim. Gezegende geçirilen bir saat, yedi Dünya yılına eşittir. Benim iddiam, bu zaman genişlemesi ile gezegenin istikrarlı bir yörüngesinin imkansız olacağıydı.
Ve bu doğru ... dönmeyen bir kara delik için. Benim hatamdı. hızlı dönen bir kara delik için doğru denklemleri kullanmadığımı! Bu, kara deliğin yakınındaki uzay-zaman resmini büyük ölçüde değiştirir. Şimdi anlıyorum ki bu gezegen için bir kara deliğin etrafında sabit bir yörünge var olabilir ve olay ufkuna o kadar yakın ki filmde belirtilen zaman genişlemesi mümkün. Genel olarak, yanılmışım.
Orijinal analizimde yerçekimi gelgitlerinin bu gezegeni parçalayacağını da savundum. Gargantua'nın gelgitlerinin muhtemelen gezegeni yok etmesi gerektiğini söyleyen birkaç astrofizikçiye danıştım, ancak bu matematiksel olarak henüz doğrulanmadı. Hala bu sorunu çözmek için çalışıyorlar - ve çözülür çözülmez çözümü göndereceğim. Ben kendim analizimde doğru mu yanlış mı olduğumu söyleyemem - ve haklı olsam bile, düşüncelerim hala sadece dönmeyen bir kara delik hakkındaydı, bu yüzden bu durum için geçerli değiller.
Böyle bir problemi çözmek için birçok matematiksel problemin tartışılması gerekir. Ama Miller'ın gezegeninin Gargantua'dan tam olarak ne kadar uzakta olduğunu bilmiyorum ve bu nedenle gelgitlerin onu yok edip etmeyeceğini söylemek çok zor. Fizikçi ve Kip Thorne'un The Science of Interstellar adlı filminin baş yapımcısının kitabını henüz okumadım - bu soruna biraz ışık tutacağını düşünüyorum.
Ancak yörüngenin kararlılığı konusunda yanılmışım ve şimdi filmle ilgili bu iddiamı iptal etmek zorunda hissediyorum kendimi.
Özetlemek gerekirse: Filmde gösterilen bir kara deliğin yakınındaki fiziksel resim aslında bilimle tutarlıdır. Özür dilediğim bir hata yaptım.

York Üniversitesi'nden teorik fizikçi Ikjyot Singh Kohli, sayfasında denklemlere çözümler sunarak Miller'in gezegeninin varlığının oldukça mümkün olduğunu kanıtladı.
Filmde gösterilen koşullarda gezegenin var olacağı bir çözüm buldu. Ama aynı zamanda gezegeni parçalaması gereken gelgit kuvvetleri sorununu da tartıştı. Onun çözümü, gelgit kuvvetlerinin onu kıramayacak kadar zayıf olduğunu gösteriyor.
Gezegenin yüzeyinde dev dalgaların varlığını bile doğruladı.

Singh Kohli'nin burada denklem örnekleriyle ilgili düşünceleri:

Miller Thorne'un gezegeni kitabında şu şekilde bulunur:

Yörüngenin kararsız olacağı noktalar vardır. Ancak Thorne ayrıca sabit bir yörünge buldu:

Gelgit kuvvetleri gezegeni parçalamaz, deforme eder:

Gezegen gelgit kuvvetlerinin kaynağı etrafında dönüyorsa, yörüngenin farklı noktalarında farklı şekillerde deforme ederek yönlerini sürekli değiştireceklerdir. Bir konumda, gezegen doğudan batıya düzleşecek ve kuzeyden güneye doğru uzayacaktır. Yörüngenin başka bir noktasında kuzeyden güneye doğru sıkıştırılır ve doğudan batıya doğru gerilir. Gargantua'nın yerçekimi çok büyük olduğu için, değişen iç deformasyonlar ve sürtünme gezegeni ısıtacak ve onu çok sıcak yapacaktır. Ancak filmde gördüğümüz gibi Miller'ın gezegeni çok farklı görünüyor.
Bu nedenle, gezegenin her zaman bir tarafı Gargantua'ya döndüğünü varsaymak doğru olur. Ve bu, daha güçlü bir yerçekimi nesnesinin etrafında dönen birçok cisim için doğaldır. Örneğin Ay'ımız, Jüpiter'in birçok uydusu ve Satürn'ün her zaman tek tarafı gezegene dönüktür.

Thorne ayrıca bir başka önemli nokta üzerinde de durdu:

“Mann'ın gezegeninden Miller'in gezegenine bakarsanız, Gargantua'nın etrafında 1.7 saatlik bir yörünge periyoduyla nasıl döndüğünü ve bu süre zarfında neredeyse bir milyar kilometreyi geçtiğini görebilirsiniz. Bu ışık hızının yarısı kadar! Ranger'ın mürettebatı için zamanın yavaşlaması nedeniyle, bu süre saniyenin onda birine indirildi. Çok hızlı! Ve bu ışık hızından çok daha hızlı değil mi? Hayır, çünkü Gargantua'nın etrafındaki girdap benzeri hareketli uzayı bildirme sisteminde, gezegen ışıktan daha yavaş hareket eder.
Filmin bilimsel modelimde, gezegen her zaman bir tarafı kara deliğe döndürülür ve baş döndürücü bir hızla döner. Merkezkaç kuvvetleri bu hız nedeniyle gezegeni parçalara ayıracak mı? Hayır: dönen uzay girdabı tarafından tekrar kurtarılır. Gezegen, uzayın kendisi de aynı hızda döndüğü için yıkıcı merkezkaç kuvvetleri hissetmeyecektir.

6) Miller'ın gezegeninin yüzeyinde bu kadar dev dalgalar nasıl mümkün olabilir?

Thorne bu soruyu şöyle yanıtlıyor:

“Gerekli fiziksel hesaplamaları yaptım ve iki olası bilimsel yorum buldum.
Bu çözümlerin her ikisi de gezegenin dönme ekseninin kararsız olmasını gerektirir. Gezegen, şekilde gösterildiği gibi belirli bir aralıkta sallanmalıdır. Bu, Gargantua'nın yerçekiminin etkisi altında gerçekleşir.

Bu yalpalamanın süresini hesapladığımda yaklaşık bir saatlik bir değer elde ettim. Ve bu, benim bilimsel yorumumu henüz bilmeyen Chris'in seçtiği zamana denk geldi!
İkinci modelim bir tsunami. Gargantua'nın gelgit kuvvetleri Miller'in gezegeninin kabuğunu aynı süre (1 saat) ile deforme edebilir. Bu deformasyonlar çok güçlü depremler oluşturabilir. Dünyada görülenlerden çok daha üstün olacak tsunamilere neden olabilirler."

7) Gargantua'nın yörüngesinde bu kadar inanılmaz Dayanıklılık ve Korucu manevraları nasıl mümkün olabilir?

1) Endurence, 10 Gargantua yarıçapına eşit bir yarıçapa sahip bir park yörüngesinde hareket eder ve Miller istasyonuna giden mürettebat C / 3 hızında hareket eder. Miller'in gezegeni %55 hızla hareket ediyor.
2) Korucu, yörüngeyi düşürmek ve Miller'ın noktasına yaklaşmak için hızı C / 3'ten daha düşük bir hıza düşürmelidir. s / 4'e yavaşlar ve gezegenin yakınlarına ulaşır (tabii ki burada oraya ulaşmak için katı bir hesaplama yapmanız gerekiyor. Ama bu bir bilgisayar için sorun değil)

Hızdaki böylesine önemli bir değişikliğin mekanizması Thorne tarafından açıklanmaktadır:

"Yıldızlar ve küçük kara delikler, Gargantua gibi dev kara deliklerin etrafında döner. Ranger'ı dairesel yörüngesinden saptıracak ve onu Gargantua'ya gönderecek belirleyici güçleri yaratabilecek olan onlardır. Benzer bir yerçekimi yardımı, kara deliklerin değil gezegenlerin yerçekimini kullanmasına rağmen, güneş sisteminde NASA tarafından sıklıkla kullanılır. Bu manevranın detayları Yıldızlararası'da açıklanmıyor, ancak hızı yavaşlatmak için bir nötron yıldızı kullanmaktan bahsettiklerinde manevranın kendisinden söz ediliyor."

Nötron yıldızı şekilde Thorn tarafından gösterilmiştir:

Nötron yıldızı olan bir tarih, hızı değiştirmenize olanak sağlar:

“Böyle bir yaklaşım çok tehlikeli olabilir; Korucu, güçlü yerçekimini algılamak için bir nötron yıldızına (veya küçük kara deliğe) yeterince yaklaşmalıdır. 10.000 km'den daha küçük bir yarıçapa sahip bir fren yıldızı veya kara delik varsa, o zaman insanlar ve Ranger gelgit kuvvetleri tarafından parçalara ayrılacaktır. Bu nedenle bir nötron yıldızının boyutu en az 10.000 km olmalıdır.
Bu konuyu senaryonun yapımı sırasında Nolan ile tartıştım ve aralarından seçim yapabileceğim bir kara delik veya nötron yıldızı önerdim. Nolan bir nötron yıldızı seçti. Niye ya? Çünkü seyirciyi iki kara delik ile karıştırmak istemedi."

"IMBH (Orta Kütleli Kara Delikler) olarak adlandırılan kara delikler, Gargantua'dan on bin kat daha küçüktür, ancak normal kara deliklerden bin kat daha ağırdır. Cooper'ın böyle bir yönlendiriciye ihtiyacı var. Bazı IMBH'lerin küresel kümeler halinde oluştuğuna inanılıyor ve bazılarının da dev kara deliklere ev sahipliği yapan galaksilerin çekirdeklerinde bulunuyor. En yakın örnek, bize en yakın galaksi olan Andromeda Bulutsusu'dur. Andromeda'nın çekirdeğinde Gargantua'ya benzer bir delik var - yaklaşık 100 milyon güneş kütlesi. IMBH, yoğun bir yıldız popülasyonu olan herhangi bir bölgeden geçtiğinde, "dinamik sürtünme"nin etkisi IMBH'nin hızını yavaşlatır ve alçaldıkça alçalır, dev kara deliğe daha da yakınlaşır. Sonuç olarak, IMBH kendisini süper kütleli bir kara deliğin yakın çevresinde bulur. Böylece doğa, Cooper'a böyle bir yerçekimsel sapma kaynağı sağlayabilir. "

Gezegenler arası uzay aracı örneğinde "yerçekimi sapanının" gerçek uygulamasını görün - örneğin, Voyagers'ın tarihini kontrol edin.

Bilim

Yakın zamanda yayınlanan görsel olarak sürükleyici film "Inrestellar", aşağıdakiler gibi gerçek bilimsel kavramlara dayanmaktadır: dönen kara delikler, solucan delikleri ve zaman genişlemesi.

Ancak bu kavramlara aşina değilseniz, izlerken biraz kafanız karışabilir.

Görevlerini tamamlamak için zaman ve mekan yarışındalar. Bu uzay yolculuğu biraz kafa karıştırıcı görünebilir, ancak fiziğin temel ilkelerine dayanmaktadır.

İşte ana 5 fizik kavramı Interstellar'ı anlamak için bilmeniz gerekenler:

yapay yerçekimi

"Yıldızlararası" filmindeki kahramanlar da bu sorunla karşı karşıyadır.

Uzayda dönen kara delik

Dönen kara delikler, etraflarındaki alanı sabit kara deliklerden farklı bir şekilde bozar.

Uzay Gemisi Endurance Gargantua'ya gidiyor - kurgusal süper kütleli kara delik Güneş'in 100 milyon katı kütleye sahip.
Dünya'dan 10 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunur ve çevresinde birkaç gezegen döner. Gargantua, ışık hızının yüzde 99,8'i gibi şaşırtıcı bir hızla dönüyor.
Garagantua toplanma diski, Güneş'in yüzeyinin sıcaklığına sahip gaz ve toz içerir. Disk, Gargantua gezegenlerine ışık ve ısı sağlıyor.

Köstebek Deliği

Solucan deliğinin resmi adı, ilk olarak 1935'te Albert Einstein ve meslektaşı Nathan Rosen tarafından önerildiği gibi "Einstein-Rosen Köprüsü"dür.

2B diyagramlarda, bir solucan deliğinin ağzı bir daire olarak gösterilir. Ancak bir solucan deliği görebilseydik, küre gibi görünürdü.
Kürenin yüzeyinde, "deliğin" diğer tarafından, yerçekimsel olarak çarpık bir uzay görüntüsü görülebilir.
Filmdeki solucan deliğinin boyutları 2 km çapında ve taşıma mesafesi 10 milyar ışıkyılı.

Yerçekimi zaman genişlemesi

Güçlü bir yerçekimi ortamındayken, zaman senin için daha yavaş geçiyor zayıf bir yerçekimi ortamındaki insanlarla karşılaştırıldığında.

Evren birçok gizemle doludur. Çeşitli yapı ve özellikleri, gezegenler arası seyahat olasılığı sadece bilim adamlarının değil, aynı zamanda bilim kurgu hayranlarının da dikkatini çekiyor. Doğal olarak, en çekici olanı, çeşitli koşullar nedeniyle yeterince incelenmemiş, benzersiz özelliklere sahip olandır. Bu tür nesneler arasında kara delikler bulunur.

Kara delikler çok yüksek bir yoğunluğa ve inanılmaz derecede yüksek bir yerçekimi kuvvetine sahiptir. Işık ışınları bile onlardan kaçamaz. Bilim adamlarının bir kara deliği yalnızca çevreleyen uzayda sahip olduğu hareket nedeniyle "görmelerinin" nedeni budur. Kara deliğin hemen yakınında madde ısınır ve çok yüksek bir hızla hareket eder. Bu gaz halindeki maddeye, düz parlak bir bulut gibi görünen bir yığılma diski denir. Bilim adamları, X-ışınları teleskopları aracılığıyla yığılma diskinden X-ışınlarını gözlemler. Ayrıca, devasa kütleli görünmez bir nesnenin büyük yerçekimi nedeniyle meydana gelen, yıldızların yörüngelerindeki muazzam hareket hızını da kaydederler. Gökbilimciler üç sınıf kara delik ayırt eder:

Yıldız kütlesi olan kara delikler

Orta kütleli kara delikler

Süper kütleli kara delikler.

Yıldız kütlesinin üç ila yüz güneş kütlesi olduğu kabul edilir. Yüz binlerce ila birkaç milyar güneş kütlesine sahip süper kütleli kara delikler denir. Genellikle galaksilerin merkezinde bulunurlar.

İkinci kozmik hız veya kaçış hızı, yerçekiminin üstesinden gelmek ve belirli bir gök cismi yörüngesinin ötesine geçmek için ulaşılması gereken minimumdur. Dünya için kaçış hızı saniyede on bir kilometre ve bir kara delik için üç yüz binden fazla, yerçekimi bu kadar güçlü!

Kara delik sınırına olay ufku denir. İçine sıkışan bir nesne artık bu alanı terk edemez. Olay ufkunun boyutu kara deliğin kütlesi ile orantılıdır. Bilim adamları, kara deliklerin yoğunluğunun ne kadar büyük olduğunu göstermek için aşağıdaki rakamları veriyorlar - güneş kütlesinin 10 katı bir kütleye sahip bir kara delik, yaklaşık 60 km çapında bir kara delik ve Dünyamızın kütlesine sahip bir kara delik - sadece 2 cm Ancak bu sadece teorik hesaplamalardır, çünkü henüz üç güneş kütlesine ulaşmamış kara delikler bilim adamları tarafından henüz tespit edilememiştir. Olay ufkuna giren her şey tekilliğe doğru ilerliyor. Basitçe söylemek gerekirse, bir Tekillik, yoğunluğun sonsuzluğa meyilli olduğu bir yerdir. Yerçekimsel bir tekillikle içine giren jeodezik bir çizgi çizmek imkansızdır. Bir kara delik, uzay ve zamanın yapısının eğriliği ile karakterize edilir. Fizikte ışığın boşluktaki hareket yolunu temsil eden düz bir çizgi, bir kara deliğin yakınında bir eğri haline gelir. Tekillik noktasının yakınında ve doğrudan içinde hangi fiziksel yasaların çalıştığı hala bilinmiyor. Örneğin bazı araştırmacılar, kara deliklerde solucan delikleri veya uzay-zaman tünellerinin varlığından bahseder. Ancak tüm bilim adamları, bu tür solucan deliği tünellerinin varlığını kabul etmeyi kabul etmiyor.

Uzay yolculuğu teması, uzay-zaman tünelleri, bilim kurgu yazarları, senaristler ve yönetmenler için bir ilham kaynağıdır. 2014 yılında Interstellar filminin galası gerçekleşti. Bir grup bilim adamı yaratılışı üzerinde çalıştı. Tanınmış bilim adamı, yerçekimi teorisinde uzman, astrofizik - Kip Stephen Thorne liderleri oldu. Bu film, bilim kurgu filmlerinin en bilimsellerinden biri olarak kabul edilir ve buna bağlı olarak, üzerinde yüksek talepler vardır. Filmdeki çeşitli anların bilimsel gerçeklere ne ölçüde uyduğu konusunda pek çok tartışma oldu. Profesör Stephen Thorne'un filmden çeşitli sahneleri bilimsel olarak açıkladığı The Science of Interstellar adlı bir kitap bile yayınlandı. Filmin ne kadarının hem bilimsel gerçeklere hem de bilimsel varsayımlara dayandığından bahsetti. Ancak, sadece kurgusal kurgu da var. Örneğin, Gargantua'nın kara deliği, ışığın etrafında bükülen parlak bir disk olarak temsil edilir. Bu, bilimsel bilgiyle çelişmez, çünkü kara deliğin kendisi değil, yalnızca toplanma diski görülebilir ve ışık, güçlü yerçekimi ve uzayın eğriliği nedeniyle düz bir çizgide hareket edemez.

Gargantua'nın kara deliği, uzayda ve zamanda ilerleyen bir solucan deliği veya tünel olan bir solucan deliği içerir. Kara deliklerde bu tür tünellerin varlığı, birçok bilim insanının katılmadığı bilimsel bir varsayımdır. Kurgu, böyle bir tünelden geçme ve geri dönme yeteneğidir.

Gargantua'nın kara deliği, büyük ölçüde gerçek uzay nesnelerine karşılık gelen Interstellar'ın yaratıcılarının bir fantezisidir. Bu nedenle özellikle sert eleştirmenler için filmin yine de bilim kurgu olduğunu, popüler bilim olmadığını hatırlatmak isterim. Bizi çevreleyen dünyanın güzelliğini ve ihtişamını gösterir, bize ne kadar çok çözülmemiş problem olduğunu hatırlatır. Ve bir bilimkurgu filminden bilimsel olarak kanıtlanmış gerçeklerin doğru bir yansımasını beklemek biraz uygunsuz ve safça olur.

Benim adım Andrey Kolokoltsev. İşimin doğası gereği, uzun zamandır seçkin yönetmenlerin, yapımcıların ve stüdyoların belirli görsel filmlerin yaratılmasıyla nasıl başa çıktıklarına dair hikayelerle ilgileniyorum. İlk yayınım için, benim için görsel-işitsel bir keşif ve gerçek bir duygusal çekim haline gelen bir film seçtim (bu, bir IMAX ekranında bir film izlerken, evdeki TV'de izlenimlerin 2/3'ü kaybolur). Başlıktaki her şeyi zaten okuduğunuz için sürprizden atlamayacaksınız - bu Christopher Nolan'ın "Yıldızlararası" filmi. Ona olan ilginin uzun süredir azalmasına rağmen, Mike Seymour'un 18 Kasım 2014 tarihli "Yıldızlararası: siyah sanatın içinde" orijinal makalesinin ücretsiz bir çevirisini dikkatinize sunmak istiyorum. Bu makale, "Gargantua" ve filmden diğer sahnelerin görselleştirilmesinin nasıl oluşturulduğunu anlatıyor - 1,5 yıl sonra bile okuyucular için ilginç olacağını düşünüyorum.

Yıldızlararası yönetmen Christopher Nolan, Matthew McConaughey'e kuantum fiziğinin temellerini açıklıyor

Özel efektler ve bilgisayar grafikleri departmanı çalışanları genellikle daha önce kimsenin görmediği bir şeyin görselleştirmesini yaratma ihtiyacıyla karşı karşıyadır. Buna ek olarak, modern film endüstrisinin, gerçekte nasıl görünebileceğini gerçekten kimse bilmese de, her şeyin gerçek görünmesini sağlama gerekliliğidir. Christopher Nolan'ın "Yıldızlararası" filminde, özel efekt süpervizörü Paul Franklin ve Double Negative ekibi, sadece kuantum fiziğine ve görelilik mekaniğine değil, aynı zamanda ortak yaşamımıza da mümkün olduğunca yakın, bizim boyutumuzdan olmayan şeylerin bir görselleştirmesini yaratmak zorunda kaldı. kuantum yerçekimini anlamak.

Double Negative'in çekirdek ekibi arasında, Oxford'da optik ve atom fiziği eğitimi almış kıdemli bir arkadaş olan ve Einstein'ın görelilik yasalarını derinden anlayan Oliver James'in olması büyük şanstı. Franklin gibi, baş yapımcı ve bilimsel danışman Kip Thorne ile çalıştı. Thorne'un karmaşık matematiksel denklemleri hesaplaması ve bunları yüksek kaliteli görüntülere çevrilmesi için James'e göndermesi gerekiyordu. Filmin gereksinimleri James'e yalnızca ışığın yay yollarını açıklayan hesaplamaları görselleştirme görevini vermekle kalmıyor, aynı zamanda kara delikten geçerken boyutlarını ve şekillerini değiştiren ışık ışınlarının kesitlerini de görselleştiriyor.

James'in kodu, genel çözümün sadece bir parçasıydı. Bir yığılma diski ekleyen ve ayrıca kara delikten ışık geçerken bozulan bir galaksi ve nebula yaratan sanat ekibi lideri ve CGI efekt süpervizörü Eugene von Tanzelmann ile el ele çalıştı. Birinin küçük bir kızın odasının üç boyutlu alanıyla birleştirilmiş dört boyutlu bir tesserata nasıl girdiğini gösterme görevi daha az zor değildi - ve tüm bunlar, izleyicinin ekranda genel olarak neler olduğunu anlayabileceği şekilde.

Bu makalede, Double Negative tarafından oluşturulan ana karelerden bazılarını ve bunlara yol açan bilimsel araştırmaları tartışacağız. Lütfen aşağıdaki materyalde spoiler olabileceğini unutmayın.

Kara delik yapmak

Nolan'ın maksimum gerçekçilik hedefine belki de en önemli katkılardan biri Gargantua'nın kara deliğinin tasviridir. Thorne'un katkılarıyla, yapımcılar ışığın bir kara delik ve solucan deliği içindeki davranışını göstermek için yola çıktılar. "Double Negative" için bu zorluk, tamamen yeni bir fiziksel oluşturucu yazmayı gerektirdi.

Olası maksimum dönüş hızının 0,999'unda dönen bir kara deliğin dairesel ekvator yörüngesinin kamera görüntüsü. Kamera, r = 6.03 GM / c ^ 2 mesafesinde yer almaktadır, burada M, kara deliğin kütlesi, G ve c sırasıyla Newton sabiti ve ışık hızıdır. Kara delik olay ufku r = 1.045 GM / c ^ 2 uzaklıkta.

Paul Franklin, "Kip bana bir kara deliğin etrafındaki uzayın göreli eğriliğini açıklıyordu" diyor ve ekliyor: "Zaman içinde bükülen yerçekimi, ışığı kendisinden uzaklaştırarak Einstein merceği adı verilen bir fenomeni, bir kara deliğin etrafında yerçekimi merceğini yaratıyor. Ve o anda, böyle bir görüntüyü nasıl oluşturabiliriz ve buna benzer grafik efektli, güvenebileceğimiz herhangi bir örnek var mı diye düşünüyordum.

"Bilim topluluğu tarafından yaratılan en temel simülasyonlara baktım" diye ekliyor Franklin, "ve düşündüm ki, tamam, bu şeyin hareketi o kadar karmaşık ki kendi versiyonumuzu sıfırdan yapmak zorunda kalacağız. Sonra Kip, Baş Bilim Adamımız Oliver James ve departmanıyla çok yakın çalıştı. Kara deliğin etrafındaki tüm ışık ve ışın izleme yollarını elde etmek için Kip'in hesaplamalarını kullandılar. Oliver ayrıca yeni oluşturucumuz DnGR (Çift Negatif Genel Görelilik) ile tüm bunların nasıl hayata geçirileceğine dair acil sorular üzerinde çalıştı.

Yeni oluşturucu, dijital kara delikleri için tüm kritik parametreleri ayarlamayı gerektiriyordu. Franklin, "Hızı, kütleyi ve çapı ayarlayabildik" diye açıklıyor. "Temel olarak, bunlar bir kara delikte değiştirebileceğiniz yalnızca üç parametredir - yani, onu ölçmemiz gereken tek şey bu. Bir kara deliğin etrafındaki ışık ışınlarının yollarının nasıl hesaplanacağı üzerinde çalışmak için çok fazla zaman harcadık. Tüm işler oldukça yoğun bir şekilde devam ediyordu - altı ay boyunca adamlar yazılım yazıyordu. Filmin ön prodüksiyon dönemi için tam zamanında kara deliğin erken bir versiyonuna sahiptik. "

Duran kara delik, mümkün olanın 0,999'luk bir dönüş hızına hızlanır; daha sonra kamera karadeliğe 10 GM / c ^ 2 yarıçapından r = 2.60 GM / c ^ 2 yarıçapına yaklaşır ve dairesel bir ekvator yörüngesinde hareket etmeye devam eder. Kara delikten gelen devasa gölge, kamera görüntüsünün düz panel ekrana dönüştürülmesi nedeniyle dikdörtgen bir şekle dönüştürülür.

Bu ilk görüntüler, geminin dışının arka planı için devasa tablolar olarak kullanıldı, bu nedenle aktörlerin çekim yaparken bakacakları bir şey vardı. Yani, tek bir yeşil ekran kullanılmadı, hemen ardından Double Negative çalışanları, kullanılan erken görüntüleri son görüntülerle değiştirerek bazı yıldız kümelerini düzeltti. Franklin, “Filmde gördüğünüz sahnelerin arkasındaki astronotların çoğu gerçek hayattan görüntüler” diyor. Oluşturmak için harika bir çalışma yapılmış olmasına rağmen, görsel efektli çerçevelerin genel listesine dahil olmayan birçok çerçevemiz vardı. "

Bu "canlı" görüntüler, Double Negative ve Ph.D. Hoyte Van Hoytem arasındaki işbirliği sayesinde mümkün olmuştur. Ortaya çıkan arka plan görüntülerini aydınlatmak için sahne ışıkları, sahne başına 40.000 lümenlik birleşik ışık akısı ile kullanıldı.

Aynı simülasyon sadece daha büyük. Yerçekimi merceğinden iletilen yıldızlı gökyüzü ışığının yapısı burada açıkça görülebilir. Kara deliğin kenarında, ufuk ışık hızına yakın bir hızla bize doğru hareket ediyor.

"Sahnenin ihtiyaçlarına göre spot ışıklarını taşımamız ve yeniden yapılandırmamız gerekiyordu" diye devam ediyor Franklin. "Aslında, her şeyin doğru şekilde ayarlanması bir haftayı bulabilir, ancak bazı durumlarda her şeyin 15 dakikada hazır olması gerekiyordu. Adamlar çok çalıştı, çünkü projektörler devasa, beceriksiz nesnelerdi - her biri yaklaşık 270 kilogram ağırlığındaydı. Büyük bir elektrikli vinç üzerine sabitlenmiş, sırasıyla pavyon boyunca ve boyunca hareket etme kabiliyetine sahip özel olarak yapılmış iki kafesimiz vardı, spot ışıklarını yerleştirmek için kullanabilirdik. Radyoda, projektörlü adamlara onları nasıl kalibre edeceklerini anlattım, yol boyunca forkliftleri kullanan adamla konuştum, yoğun insanlarla dolu olan siteyi geçtim. "

Dalga yaratmak

Filmde, Cooper (Matthew McConaughey), Amelia (Anne Hatway), Doyle (Wes Bentley) ve AI robotu CASE, Gargantua'ya çok yakın olması nedeniyle dalgalarının ulaştığı tamamen suyla kaplı bir gezegeni ziyaret ediyor. olağanüstü boyutlar. İzleyiciler zaten diğer filmlerde otuz metrelik dalgalar gördüler, ancak tarihe göre bu yeterli değildi - senaryoya göre dalgaların yüksekliğinin bir kilometreden fazla olması gerekiyordu. İzleyiciye bu yükseklik hissini vermek için Double Negative, su yaratmaya yönelik standart yaklaşımı yeniden düşünmek zorunda kaldı. Franklin, "Bu ölçekte nesneleri aldığınızda," diye açıklıyor, "dalgalarla ilişkilendirdiğiniz tüm özellikler, örneğin tepedeki kırıcılar ve bukleler gibi, böyle bir su kütlesine göre görünmez hale geldikçe - yani, dalga daha çok sudan çıkmış hareket eden bir dağdaki gibi olur. Bu nedenle, ön işleme üzerinde çok fazla zaman harcadık ve bu dalga ölçeklerini ve onların temizledikleri küçük Ranger uzay aracını nasıl kullanabileceğimizi merak ettik. Sahnedeki en önemli an, dalganın Ranger'ı yakalayıp onu yüzeyin üzerine çıkardığı andır. Ve geminin dalga boyunca nasıl yukarı doğru hareket ettiğini, gitgide küçüldüğünü ve aniden tamamen kaybolduğunu görüyorsunuz. Olanların ölçeğini anlamak için önemli bir andı."

Anne Hatway su gezegeninde Amelia olarak

Double Negative sanatçıları, deforme edicileri canlandırarak dalgaları manipüle etti ve her ana karede onları etkili bir şekilde yeniden şekillendirdi. Franklin, "Bu bize temel bir dalga biçimi verdi," diyor, "ancak gerçekçi hissettirmek için yüzeye köpük, etkileşimli sıçramalar, su girdapları ve sıçramalar eklemeliyiz. Bunun için Squirt Ocean adlı dahili geliştirmemizi kullandık. Ve tabii ki sonrasında Houdini'de çok fazla ek çalışma oldu."

Çerçeveler yüksek çözünürlüklü IMAX'ta oluşturuldu. Bu gereklilik, olası tüm Çift Negatif yinelemeler için ayrılan süreyi bir şekilde sınırlandırdı. "Dalga animasyonlu kısmı izledim, 'harika, diğer her şeyi ekleyelim' dedim," diye gülüyor Franklin, "sonra hepsinin bana geri dönmesi için bir buçuk ay kadar beklemem gerekti. IMAX izni nedeniyle uzun bir süreç oldu... Anladığınız gibi, zaman kaybedemezdik, çünkü genellikle tüm süreç birçok yinelemeye bölündü ve o zaman en fazla üçümüz vardı. "

Amelia'yı gelgit dalgasından kurtaran robot CASE ve muadili TARS, aslında İzlandalı sanatçı Bill Irwin tarafından kontrol edilen 80 kilogramlık metal bebeklerdi. Christopher Nolan, filmin mümkün olduğu kadar çok gerçek öğeye sahip olmasını istedi ve Double Negative, birçok insanın yaptığı gibi, sadece onu çizmek yerine, robotun arkasındaki oyuncuyu kaldırmakla uğraşmak zorunda kaldı.

CASE kendini suyun üzerinde yürümek üzere yeniden yapılandırdığında ve ardından Amelia'ya doğru yuvarlandığında, onu yakalayıp götürdüğünde, çerçeve iki çözümü birleştirir: pratik ve dijital. "Bu çekimde," diyor Franklin, "inşa edilen ve bir ATV'ye bağlanan küçük, su kaynaklı bir teçhizat vardı. Yani, suyun "içinden" geçebilir ve harika etkileşimli sıçramalar ve sıçramalar elde edebiliriz. Ayrıca ATV'de Anne Hatway'in ikizini taşıyabileceğimiz robot kollu özel bir asansörümüz vardı. Yani, tüm bu yapı gitti ve suyu "kesti" ve biz sadece onu görüntüden çıkarmak ve robotun dijital bir versiyonuyla değiştirmek zorunda kaldık."

Double Negative, dijital robotların olağandışı şeyler yaptığı anların sayısını mümkün olduğunca sınırlamaya çalıştı. Bu anlar suyun içinden geçmek, bir robotu bir gemiye indirmek, bir buzulun üzerinde koşmak ve yerçekimi olmayan bazı anlardı. Franklin, "Uzun zaman önce fark ettiğimiz şey, dijital anları ancak onları gerçek olanlarla birleştirirseniz çalıştırabileceğinizdir" diyor. Robotun dijital değil, gerçek versiyonunu zaten görüyoruz. Yani sahne gerçeklikle çekimlerle bitiyor ve bu da sahnenin gerçekten gerçekmiş gibi hissetmesine yardımcı oluyor."

tesseratın içinde

Filmde, "onlar" olan birinin "biz" olduğu ortaya çıkıyor, ancak Cooper'ın yıllar önce Dünya'da olan kızıyla bağlantı kurmasına yardımcı olacak kadar gelişmiş. Kuantum ve görelilik yasalarından oluşan bir evrende zamanda yolculuk imkansız olduğundan, tarih bu sorunu Cooper'ın üç boyutlu uzayımızı terk edip daha yüksek dereceli bir hiper uzaya girecek şekilde çözer. Evrenimiz 2 boyutlu bir disk veya zar olarak gösteriliyorsa, hiperuzay bu zarı üç boyutlu olarak çevreleyen bir kutu olacaktır. Bunu düşünmenin yolu, her boyutun onu görüntülemek için 1 daha az boyut gerektirmesidir. Böylece, üç boyutlu uzay bir 2B disk olarak çizilir ve bu diskin etrafındaki üç boyutlu ortam (fizikçiler buna zar derler) zarın bir boyut üzerindedir.

Kip Thorne'un zar ve zarın ne olduğunu açıklayan görüntüsü

Filmde, Michael Caine'in karakteri Profesör Brand, yerçekimi anormalliklerini çözmeye çalışıyor. 4 ve 5 boyutlu bir problemi çözme girişimi, filmdeki panolarda açıkça görülmektedir. Film, Brand bu anormallikleri anlayabilirse, bunların Dünya'daki yerçekimini değiştirmek ve insan tasarrufu sağlayan devasa bir yapıyı uzaya kaldırmak için kullanılabileceğini söylüyor.

3D'den 4D'ye geçiş, zamanda yolculuk sorununu çözmese de filmde Cooper'ın yerçekimi dalgalarını zamanda geriye göndermesine izin veriyor. Her an görebilir, ancak yalnızca o zamanlarda dalgalanmalara neden olabilir - Cooper'ın kızı Murphy'nin anlamaya çalıştığı yerçekimi dalgalanmaları.

Double Negative ekibinin işi, yerçekimi dalgalarını indüklemek için gelecekteki “biz”in Cooper'a sağladığı 4B tesseratı görsel olarak göstermekti. Sembolik bir anlamda veya bir rüya şeklinde yapılsa yapmak kolay olurdu, ancak Double Negative ekibi 4D tesseratı daha anlamlı bir şekilde görselleştirmeye karar verdi, elbette bir hipotez olacak bir kavram yarattı, ancak bu, öğretmek için bile kullanılabilir... O anda Thorne yeniden ortaya çıktı.

Kip Thorne'un yerçekimini dört ve beş boyutta açıklayan formülleri. Burada "bizim" zarımızın iki alternatif gerçeklik veya diğer zarlar arasında sıkışıp kaldığına dikkat edin.

Double Negative çözümünü anlamak için, yüksek mertebeden boyutların doğasını anlamaya değer. Eğer nesne duruyorsa, diyelim ki bir top - iki boyutlu uzay için - bu bir daire; tek boyutlu için - bir çizgi. Bu daireye üç boyutlu uzayda bakarsak, bir top (küre) görürüz. Ama dört boyutlu uzaya gidersek ona ne olacak? Günlük düşüncemizin temelini oluşturan teorilerden biri, dördüncü uzayı zaman olarak hayal etmekti. Daha sonra aynı topun durağan değil, zıplayan ve sonsuz küçük bir zaman diliminde aynı top olarak görüldüğü ortaya çıkıyor. Ancak yol boyunca, yarım küre kenarları olan bir tüp şeklinde bir şekil yaratır. Yani dört boyutlu uzayda top bir borudur ve küre bu dört boyutlu figürün üç boyutlu bir izdüşümüdür.

Üç boyutlu uzayda bir küp zamanla şeklini değiştirirse, örneğin büyürse, o zaman dört boyutlu uzayda, sonunda büyük bir kutuya dönüşen bir kutu olarak betimlenecektir ve üç boyutlu evrenin tüm durumlarını görüntüleyecektir. varlığı boyunca kutu. Bu videoda gösterildiği gibi canlandırabilir ve şekli değiştirebilir:

Filmin mantığına göre, bu tesseratın içine girerseniz, üç boyutlu uzayı varlığının herhangi bir anında, örneğin geçmişe ve geleceğe giden çizgiler şeklinde görebileceksiniz. Üstelik, sonsuz sayıda paralel gerçeklik olduğu varsayımını hesaba katarsanız, tüm olası paralel gerçekliklerin tüm çizgilerinin sonsuz sayıda yönde ilerlediğini göreceksiniz. Bu, stüdyonun birlikte çalıştığı dört boyutlu alanın kavramsal çözümüdür. Cooper'ın gördüğü zamanın "iplikleri" iplere benziyor ve onlara dokunarak yerçekimi titreşimlerine neden olabilir, böylece kızıyla iletişim kurabilir. Bu gerçekten harika bir sanatsal bilimsel görselleştirme parçası!

Ama nasıl vurulur?

Nolan'ın aktörlerin tesseract'a kadar uzanan videolar oluştururken çevreleriyle etkileşime girmeleri gerektiği yönündeki ilkesi. Bir kara deliğe düştükten sonra, Cooper kendisini herhangi bir nesneyi ve onların zaman "ipliğini" görebildiği dört boyutlu uzayda bulur. Franklin, "Chris, bunun çok soyut bir kavram olmasına rağmen, gerçek hayatta çekebileceğimiz bir şey inşa etmeyi gerçekten istediğini söyledi. Matthew'in filamanlarla fiziksel olarak etkileşime girdiğini, gerçek uzayda, zamanda ve yeşil bir ekranın önünde sarkmamak."

Bu, Franklin'i tesseratın nasıl oluşturulacağını düşünmeye sevk etti. "Bütün bunları gerçek uzayda nasıl uygulayacağım konusunda kafa yormak için çok zaman harcadım" diyor ve ekliyor: "Bütün nesnelerin tüm bu geçici "iplerini" bir odada nasıl gösterebilirim ve böylece fiziksel anlamda anlaşılabilir olur. . Ne de olsa tehlike, alanın "iplikler" ile o kadar karmaşık hale gelmesiydi ki, aralarında gerekli anların nasıl vurgulanacağını bulmak zorunda kalacaktı. Ayrıca, Cooper'ın yalnızca zamanın "ipliklerini" görmesi değil, aynı zamanda etkileşime yönelik geri bildirimlerini de görmesi ve aynı zamanda kızının odasındaki nesnelerle etkileşime girebilmesi son derece önemliydi."

"Açık kafes yapısının" son görünümü, tesseract kavramından esinlenmiştir. "Tesseract, dört boyutlu bir hiperküpün üç boyutlu bir izdüşümüdür. Kafese benzer hoş bir yapısı var, bu yüzden ne yapacağımızı kabaca biliyorduk. Uzun bir süre, uzun pozlamalı fotoğraflardan (yarık taramalı fotoğrafçılık) yapılan taramalara ve bu tekniğin uzayda her zaman aynı noktayı görüntülemenize nasıl izin verdiğine baktım. Fotoğrafın kendisi, zamanı nihai görüntünün boyutlarından birine dönüştürür. Bu çekim tekniğinin ve tesseract'ın kafes yapısının birleşimi, sanki nesneden akan bu üç boyutlu zaman "iplerini" yaratmamıza izin verdi. Odalar fotoğraflardır, zamanın "ipliklerinin" kafes yapısına gömülü anlar, Cooper'ın aralarında isteneni arayabildikleri, onları ileri geri hareket ettirebildiği anlar.

Franklin, "Bu fizik modelinin bir bölümünü, çevresinde tekrar eden dört bölümle oluşturduk" diyor. Ayrıca çekimler sırasında çok sayıda gerçek projeksiyon kullandık. Projektörler kullanarak gerçek bölümlerin altına zamanın aktif "parçalarını" koyuyoruz. Bu bize bir titreme ve ateşli bir enerji hissi verdi - tüm bilgiler bu "iplikler" boyunca bölümden bölüme ve geriye doğru aktı. Ama elbette, son filmin her görüntüsü, diğer şeylerin yanı sıra, sahneye yerleştirilmiş çılgınca miktarda dijital efekt içeriyor. "

Ancak bazı anlar Double Negative'i tamamen dijital görsel efektlere geçmeye zorladı - böyle bir an, örneğin Cooper'ın tesseract tünellerindeki hareketiydi. Franklin, "Bu hareketi yakalamak için yeterli sayıda tesseract bölümümüz yoktu, bu yüzden Matthew'u bu sahnenin son bir ön gösterimi ile projeksiyon ekranları arasında filme aldık - bu yüzden etkileşim kurabileceği bir şey vardı" diyor. delice çünkü yeşil ekranda reklam veya film yapmak yerine izleyecekleri bir şeyleri vardı. Daha sonra bu sürümü yüksek kaliteli bir son sürümle değiştirdik, yalnızca bazı anlarda odak dışı olduğu ve görünür olmadığı için ön final sürümünden ayrıldık."

Franklin ayrıca bu sahneleri tamamlamak için çok sayıda dijital efekt, tel çıkarma ve büyük miktarda roto-scoping (roto, rotopaint) gerektiğini belirtiyor. Tamamen bilgisayar grafikleri yardımıyla gerçekleştirilen efektlerin uygulanmasında da bazı zorluklar vardı. Örneğin, tesseratın kapanıp çökmeye başladığı kısımda. "Tesseract'ın bilgisayar geometrisini aldık ve hiperküpün dönüşünden geçirdik. Adamlar hiperküp rotasyon dönüşümünü nasıl hayata geçirecekleri ve onu doğrudan yarattığımız tesseract geometrisine nasıl uygulayacakları üzerinde çalışıyorlardı. Benim için çok özel bir andı. Sonuçları gördüğümde, tam istediğim gibi mükemmel olduğunu anladım." Etiket ekle