Теоретска физика Кип Торн у филму Интерстеллар

Интерстеллар филм, објављен почетком новембра, с правом се може сматрати главним догађајем сезоне. И не само филмски. Догађаји приказани на слици - свемирски летови кроз хиперсвемир, упадање у црне рупе и путовање кроз време - изазвали су жестоке дискусије и међу љубитељима научне фантастике иу близини научних кругова. То није изненађујуће - познати теоретски физичар Кип Тхорн био је консултант филма. А када је реч о модерној теоријској физици, врло често се испоставља да се јучер махнита фантазија данас показала као респектабилна научна теорија..
* Пазите, у тексту постоје споилер-и.

Главни догађаји филма почињу летом главних ликова кроз црвоточину која се одвија поред Сатурна. Физички, то је тунел који повезује два удаљена подручја простора-времена. Ове области могу бити у истом универзуму, или могу да повежу различите тачке различитих универзума (у оквиру концепта мултиверзума). У зависности од могућности повратка кроз рупу, они су подељени на проходне и непроходне. Непроходне рупе се брзо затварају и не дозвољавају потенцијалном путнику да се врати.

У дводимензионалном грлу црвоточине - рупе од којих почиње и завршава тунел - имају облик круга. У три димензије (као у филму) уста кртичнице наликују сфери. Такви објекти се формирају из две сингуларности у различитим регионима простора-времена, које се у хиперсвемиру (простору више димензије) контрахују једна са другом формирањем рупе. Будући да је руна просторно-временски тунел, могуће је путовати кроз њу не само у простору, већ иу времену.

У међузвезданом простору рупа је била проходна и повезивала је различите галаксије у Универзуму. Али да би се вратили кроз њу, црвоточина мора бити испуњена материјом са негативном просечном густином масе која спречава затварање тунела. Не постоје елементарне честице које би биле познате науци. Међутим, они могу бити део тамне материје..

Други начин да се створи црвоточина је да се повуче једна површина простора која формира рупу са сингуларношћу, која у хиперсвемиру допире до другог простора простора. У оба случаја, предлаже се одржавање пропусности јазбине проласком материје кроз њу са негативном густином масе. Такви пројекти не оспоравају ГР.

Након летења кроз црвоточину, свемирски путници путују до егзопланета, потенцијално погодних за живот, према информацијама из обавјештајних мисија. Да би планета била барем потенцијално погодна за људски живот, она мора имати стални светлосни, температурни и гравитациони режим Земље. Притисак у атмосфери треба да буде упоредив са притиском земље, а хемијски састав треба да буде погодан за живот барем за неке земаљске организме. Предуслов - присуство воде. Све ово намеће одређена ограничења маси и запремини планете, као и њеној удаљености од звезде и параметрима орбите..

У исто време, прва од планета (Миллер) је била лоцирана врло близу Гаргантуа супермасивне црне рупе са масом од 100 милиона сунаца и 10 милијарди светлосних година удаљених од Земље. Радијус рупе је упоредив са радијусом Земљине орбите око Сунца, а акрецијски диск који га окружује проширио би се далеко изван Марсове орбите. Због јаког гравитационог поља црне рупе, један сат проведен на површини Миллер-ове планете на Земљи је седам година..

Није ни чудо, према теоријској физици, то је због ефекта временске дилатације у јаком гравитационом пољу црне рупе у којој се налази планета. У специјалној теорији релативности (СТР) - теорија кретања тела са скоро светлосним брзинама - време се успорава у покретним објектима. А у ГР, која је генерализација СТР са гравитацијом, постоји еквивалентност инерције и агресије, чија је посљедица гравитационо успоравање времена.

После неуспешних мисија на егзопланетима хероја Маттхева МцЦонаугхеиа (заједно са роботом), она увлачи Гаргантуа у супермасивну црну рупу. А ни јунак МцЦонаугхеи, ни његов робот који су се приближавали рупи провалили су у хиљаду малих Маттхевс-а и роботике од монструозне гравитације. Међутим, овдје модерна физика има објашњење.

Црна рупа је масиван објект, чија гравитациона привлачност, према класичној верзији ГР, не дозвољава да материја напусти своје границе. Граница рупе са околним простором назива се хоризонтом догађаја. Пролазећи кроз њега, вјерује се да се тијело враћа (барем на исти начин) не може.

Постоји неколико сценарија за формирање таквих објеката. Главни механизам укључује гравитациони колапс неких типова звезда или материје у центрима галаксија. Такође, њихово формирање није искључено ни у време Великог праска и током реакција елементарних честица. Постојање црних рупа у већини научника је несумњиво.

Интензитет гравитационог поља (другим речима, вредност убрзања слободног пада) црне рупе опада са растојањем од њега. Ово је неприметно на великој удаљености, где је поље црне рупе локално хомогено и значајно на малим растојањима: различити делови истог проширеног објекта падају у рупу са различитим убрзањима, а објекат се протеже.

Тако делује плимна сила црне рупе. Међутим, постоји рупа у закону. Сила плиме и осеке је директно пропорционална маси црне рупе и обрнуто пропорционална коцки полупречника хоризонта догађаја. Радијус хоризонта догађаја рупа расте пропорционално његовој маси. Према томе, у реду магнитуде, плимна сила обрнуто је пропорционална квадрату масе рупе. За обичне црне рупе, добијају се огромне вредности плимних сила, док за супермасивне оне нису толико велике да су их користили међузвездани хероји..

Унутар црне рупе која се окреће, јунак Маттхев МцЦонаугхеи (и његов робот) открио је пет-димензионални свемир. И ево их, искрено, сретни - ако се црна рупа није окретала, путници би наставили да се крећу у његов центар - сингуларност, иу овом случају финале филма би било потпуно другачије..

Може се претпоставити да је јунак МцЦонаугхеи (и његов робот) успео да продре у такву црну рупу, да избегне њену сингуларност и да путује унутар ње кроз посебну путању која га је довела до новог универзума. У њему је геометрија била локално постављена тако да су четири димензије просторне и једнократне. Формално, то не оспорава ГР.

И мада је човек, очигледно, у стању да опази само три просторне и једне временске димензије, у филму је главни лик у новом универзуму био у стању не само да путује у временској димензији, већ и да посматра четвородимензионалне пројекције у тродимензионалном простору..

Док Маттхев МцЦонаугхеи (заједно са роботом) лети кроз егзопланете и улази у црну рупу, преостали професор на терену који је извео Мицхаел Кане покушава да реши неку врсту "гравитационе једначине" која би повезала квантну механику и ГР у једну теорију и тиме разумела физику црвоточине и црна рупа.

И, морам рећи, јунак Мицхаел Кане није сам. Стварање универзалне теорије која повезује општу релативност и квантну механику је главни задатак већине модерних математичких физичара - стручњака за теорију струна. Главни задатак теорије је уједињење све четири познате интеракције: јака, слаба, електромагнетна и гравитациона. Прва три су описана квантном теоријом поља (КФТ), математичким моделом модерне физике честица, а посљедња је БРТ. У исто време, ГР генерално није у супротности са КФТ, јер говори о феноменима на другим скалама дужина и енергија. Али ако се ГТР бави космолошким објектима великих маса, онда је КФТ примјењив на субатомском нивоу..

Проблем је у томе што су обе теорије у сукобу једна са другом на Планковој скали, јер се квантне корекције морају узети у обзир у њима у ГР. Дакле, у црној рупи, квантни ефекти доводе до његовог испаравања. Квантна верзија ГР, добијена сличном КФТ методом, испоставља се као нереформабилна, тј. Није могуће направити посматране вредности коначнима. Рјешење овог питања и највећи дио истраживања у овој области. Сама теорија струна (М-теорија) заснива се на претпоставци постојања хипотетских једно-димензионалних објеката на Планковој скали - струнама, чије се побуде тумаче као елементарне честице и њихове интеракције..

Како се то дешава и зашто, физичари не могу то схватити скоро пола стољећа. Дакле, немојте се обесхрабрити ако вам се читав чланак чини као нешто попут кинеске дипломе (није јасно, заиста, зашто сте га онда читали до краја). Поред тога, главни закључак из свега горе наведеног је сасвим једноставан: поред вољене серије "Тхе Биг Банг Тхеори", геекови из целог света сада имају омиљени филм..