Кинофантастика - Ролан Леук
Ввиду своих завораживающих свойств тессеракт фигурирует во многих фильмах и книгах. Так, в фильме Анджея Секулы «Куб-2. Гиперкуб» (2002) в него, как в ловушку, попадают восемь человек. Их тессеракт — это сеть из соединяющихся кубов, некоторые из которых искажают время. Роберт Э. Хайнлайн еще в рассказе 1941 года «Странный дом» описал дом, построенный по трехмерному шаблону тессеракта. Этот же шаблон Сальвадор Дали использовал для картины 1954 года «Распятие (Corpus Hypercubus)»: подобно тому как Бог пребывает в непостижимом нам измерении, тессеракт существует в неподвластном человеческому уму четырехмерном пространстве.
Для понимания большинства описанных в «Интерстелларе» явлений требуется понимание относительности, квантовой механики и даже теории струн. Нечасто снимают фильмы, так тесно связанные с современной физикой и так сильно переплетающие захватывающий сюжет и научную достоверность. В конечном итоге «Интерстеллар» получился удачным с точки зрения видеоряда и не разочаровывает как научно-фантастическое произведение, где есть простор и свободе творчества, и научной экстраполяции. Несмотря на некоторую затянутость и на недостоверность кое-каких эпизодов, «Интерстеллар» представляет интерес, поскольку наводит зрителя на вопросы о времени, его восприятии и относительности. Он обладает очевидной познавательной ценностью и полностью отвечает предложенному Морисом Ренаром в 1909 году определению научного чуда как «приключения науки, вознесшейся на уровень чуда, или чуда, возможного благодаря науке».
Что почитать и посмотреть
• Путешествие вокруг и внутри черной дыры, Ален Риазуэло: https://www.youtube.com/watch?v=uSrIlRaljKg.
• Документальный фильм Лор Делесаль, Марка Лашьез-Рея и Жана-Пьера Люмине «Бесконечный изгиб»: https://www.youtube.com/watch?v=wOVRXd-4jrQ (часть 1), https://www.youtube.com/watch?v=IIt8ioLPtEY (часть 2).
• Торн К. Интерстеллар. Наука за кадром. — М.: Манн, Иванов и Фербер, 2015.
• Thome К. S. Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy («Черные дыры и искривления времени»), W. W. Norton Company, 1995.
• Научная статья Кипа Торна и его группы моделирования изображения: Classical and Quantum Gravity («Классическая и квантовая гравитация»). Доступна бесплатно по адресу: http://iopscience.iop.Org/0264-9381/32/6/065001/article.
• Интервью с Кипом Торном (на английском) в журнале «Сайентифик Америкэн»: http://blogs.scientificamerican.com/observations/2014/11/28/parsing-the-science-of-interstellar-with-physicist-kip-thorne.-
• Формулы с досок профессора Бранда выложены на этом сайте: http://www.its.caltech.edu/~kip/scripts/INTERSTELLAR/BrandBlackBoards.
Часть вторая.
Новые горизонты
Глава 4.
Космические колеса
Если человечеству когда-нибудь вздумается ринуться прочь с Земли, то решений, как это сделать, у него будет наперечет: либо найти подходящую планету и создать на ее поверхности базу, либо построить большие космические станции, значительно превосходящие размерами МКС.
Преимущество новой планеты в том, что она, скорее всего, располагает ресурсами: атмосферой, водой (жидкой или замороженной), сырьем. Кроме того, планета обладает гравитацией. Чтобы надолго поселиться на станции, нужно доставить на нее главные ресурсы жизнеобеспечения и запустить эффективную систему переработки отходов жизнедеятельности, чтобы меньше зависеть от дальнейших затратных поставок. Необходимо также создать искусственную гравитацию, потому что продолжительное пребывание в невесомости вредно для обмена веществ. Она влияет на кровообращение и на токи всех других жидкостей в организме, вредит чувству равновесия и ориентации, приводит к деградации опорно-мышечной системы. Поэтому, во избежание вредного воздействия невесомости на организм, при длительном нахождении на космической станции не обойтись без искусственной гравитации.
В серии комиксов «Посол теней» (1975) о приключениях Валериана и Лорелина (воспроизведенной в 2017 году Люком Бессоном в фильме «Валериан и город тысячи планет») авторы, Пьер Кристен и Жан-Клод Мезьер, изобрели «гравитационный колодец», генерирующий гравитацию на огромной космической станции «Центральный пункт» (в фильме — «Альфа»). В реальности проще будет заставить станцию вращаться вокруг собственной оси симметрии: возникающая от этого центробежная сила создаст в жилом отсеке подобие гравитации. Так происходит во многих фильмах. В «Космической одиссее 2001 года» Стенли Кубрика (1968) показана незабываемая сцена причаливания челнока к вращающейся космической станции V под звуки вальса «На прекрасном голубом Дунае» Иоганна Штрауса. То же самое сделал Льюис Гилберт в «Лунном гонщике» (1979): там злодей Драке замыслил истребить человечество и повторно заселить Землю специально отобранными парами со своей вращающейся орбитальной станции. Большинство станций в прекрасном сериале «Пространство» Марка Фергуса и Хоука Остби (2015), в частности «Тихо», тоже вращаются для создания искусственной силы тяжести. Наконец, в «Элизиуме» (Нил Бломкапм, 2013) богатейшие из землян в XXII веке покидают Землю, задыхающуюся от перенаселенности, загрязнения и насилия, и селятся на огромной вращающейся орбитальной станции.
Итак, поговорим об этих невероятных космических станциях с точки зрения упрощенной физики.
Давняя история
Идею орбитальной станции выдвинул инженер-словенец Герман Поточник (1892–1929), специалист по ракетной технике и пионер космонавтики. В своей книге Das Problem der Befahrung des Weltraums («Проблема космического полета»), изданной в 1928 году, он первым описал орбитальную станцию в форме вращающегося колеса, которую предложил поместить на геостационарной орбите.
В 1950-е Вернер фон Браун (1912–1977) и Вилли Лей (1906–1969) вернулись к этой идее в статье, опубликованной в журнале «Кольер»[28], где говорилось о полете на Марс[29]. Они придумали колесо диаметром 76 м, вращающееся вокруг своей оси со скоростью 3 оборота в минуту для создания на внешнем периметре искусственной гравитации, равной трети земной и эквивалентной той, что существует на поверхности Марса[30]. Вернер фон Браун, проявляя дальновидность, уточняет: «Космическая станция будет также отелем, астронавты смогут жить там месяц-два подряд. Они станут курсировать между Землей и станцией для проведения специальных работ». Следуя этому предложению, комитет НАСА пришел в 1959 году к мнению, что логическим продолжением программы «Меркурий», запущенной вскоре после создания американского космического агентства, станет такая космическая станция. Тем не менее конкретного воплощения эта идея не получила.
В 1975 году небольшой коллектив ученых и студентов под руководством Джерарда О'Нила (1927–1992) из Стэнфордского университета разработал более продвинутую версию концепции фон Брауна. Их станция представляла собой колесо диаметром 1,8 км, вращение которого со скоростью 1 оборот в минуту создавало бы центробежное ускорение, эквивалентное земному тяготению. Такая станция могла бы вмещать до 10 000 постоянных обитателей! Она, без сомнения, послужила прототипом станции «Элизиум» и для объекта в видеоиграх Halo. В дальнейшем О'Нил развил эту концепцию во впечатляющий проект Island Three («Остров Три»), орбитальную колонию из двух вращающихся цилиндров диаметром 3 км и длиной 30 км каждый. Для динамической стабильности всего комплекса цилиндры должны вращаться в противоположные стороны. Стабильность вращения объекта достигается его обращением вокруг свой главной оси инерции, той, у которой самый высокий инерционный момент
