La luce è composta da particelle chiamate fotoni. I fotoni sono particelle speciali. Come dicono gli scienziati, i fotoni non hanno "massa a riposo". Queste particelle non stanno mai ferme. Si muovono attraverso l'Universo alla massima velocità in natura - 300.000 chilometri al secondo.

I fotoni non hanno massa, ma hanno energia cinetica - l'energia del movimento. I fotoni non possono resistere alla forza di gravità proprio perché hanno energia cinetica.

Ed ecco perché. Albert Einstein scoprì che la massa può essere convertita in energia. L'esempio più ovvio di questo è Bomba H, in cui una piccola massa rilascia un'enorme quantità di energia sotto forma di una potente esplosione. Poiché la massa può essere convertita in energia, quindi, l'energia, per così dire, rappresenta una certa quantità di massa. Immagina che un fotone sia un oggetto la cui intera massa si è trasformata in energia cinetica. La gravità di un buco nero attira il fotone proprio come attirerebbe la massa che questa energia rappresenta.

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Poiché la massa può essere convertita in energia, ne consegue che l'energia rappresenta una certa quantità di massa.

Una semplice spiegazione del perché un buco nero è nero

Ma c'è un'altra, forse più semplice, spiegazione del perché i fotoni di luce non possono lasciare un buco nero. La teoria di Einstein descrive la gravità come la curvatura dello spazio attorno a una massa. Maggiore è la concentrazione di massa in qualsiasi luogo, più forte è la curvatura dello spazio in questo luogo. Pertanto, un raggio di luce che cerca di lasciare un buco nero semplicemente non può, in parole povere, arrampicarsi su una parete troppo ripida dello spazio curvo.

Fatto interessante: la luce delle stelle, passando accanto al sole, devia percorso rettilineo perché è attratto dalla gravità del Sole.

Anche gli oggetti meno massicci dei buchi neri hanno un effetto gravitazionale tangibile sulla luce. Nel 1919, il fisico inglese Arthur Eddington dimostrò la correttezza dell'affermazione di Einstein secondo cui i corpi massicci attraggono la luce, cambiando la traiettoria della sua propagazione. Eddington sapeva dell'imminente arrivo eclissi solare. Durante un'eclissi, la Luna si trova tra la Terra e la faccia splendente del Sole, oscurandola per un po'. Quando la luminosità del Sole si spegne a causa di un'eclissi, altre stelle diventano disponibili per l'osservazione.

Sia per gli scienziati dei secoli passati, sia per i ricercatori del nostro tempo, il più grande mistero dello spazio è un buco nero. Cosa c'è dentro questo sistema completamente sconosciuto per la fisica? Quali leggi si applicano lì? Come il tempo passa in un buco nero, e perché nemmeno i quanti di luce possono sfuggirvi? Ora cercheremo, ovviamente, dal punto di vista teorico, e non pratico, di capire cosa c'è all'interno di un buco nero, perché, in linea di principio, si è formato ed esiste, come attrae gli oggetti che lo circondano.

Per prima cosa, descriviamo questo oggetto.

Quindi, una certa regione dello spazio nell'Universo è chiamata buco nero. È impossibile individuarlo come una stella o un pianeta separato, poiché non è solido e non lo è corpo gassoso. Senza una comprensione di base di cosa sia lo spaziotempo e come queste dimensioni possano cambiare, è impossibile comprendere cosa c'è all'interno di un buco nero. Il fatto è che quest'area non è solo un'unità spaziale. che distorce sia le tre dimensioni a noi note (lunghezza, larghezza e altezza) sia la timeline. Gli scienziati sono sicuri che nella regione dell'orizzonte (la cosiddetta area che circonda il buco), il tempo assume un significato spaziale e può muoversi sia avanti che indietro.

Impara i segreti della gravità

Se vogliamo capire cosa c'è all'interno di un buco nero, considereremo in dettaglio cos'è la gravità. È questo fenomeno che è fondamentale per comprendere la natura dei cosiddetti "wormhole", dai quali nemmeno la luce può sfuggire. La gravità è l'interazione tra tutti i corpi che hanno una base materiale. La forza di tale gravità dipende dalla composizione molecolare dei corpi, dalla concentrazione degli atomi e anche dalla loro composizione. Più particelle collassano in una determinata area dello spazio, più forza gravitazionale. Questo è indissolubilmente legato alla teoria del Big Bang, quando il nostro universo aveva le dimensioni di un pisello. Era uno stato di massima singolarità e, come risultato di un lampo di quanti di luce, lo spazio iniziò ad espandersi a causa del fatto che le particelle si respingevano a vicenda. Esattamente il contrario è descritto dagli scienziati come un buco nero. Cosa c'è dentro una cosa del genere secondo TBZ? Singolarità, che è uguale agli indicatori inerenti al nostro Universo al momento della sua nascita.

Come fa la materia a entrare in un wormhole?

C'è un'opinione secondo cui una persona non sarà mai in grado di capire cosa sta succedendo all'interno di un buco nero. Dal momento che, una volta lì, sarà letteralmente schiacciato dalla gravità e dalla gravità. In realtà questo non è vero. Sì, infatti, un buco nero è una regione di singolarità, dove tutto è compresso al massimo. Ma questo non è affatto un "aspirapolvere spaziale", che è in grado di attirare in sé tutti i pianeti e le stelle. Qualsiasi oggetto materiale che si trova sull'orizzonte degli eventi osserverà una forte distorsione dello spazio e del tempo (finora queste unità si distinguono). Il sistema euclideo della geometria comincerà a vacillare, in altre parole si intersecheranno, i contorni delle figure stereometriche cesseranno di essere familiari. Per quanto riguarda il tempo, rallenterà gradualmente. Più ti avvicini alla buca, più lento sarà l'orologio rispetto all'ora terrestre, ma non te ne accorgerai. Quando si colpisce il "wormhole", il corpo cadrà a velocità zero, ma questa unità sarà uguale all'infinito. curvatura, che equipara l'infinito a zero, che infine ferma il tempo nella regione della singolarità.

Risposta alla luce emessa

L'unico oggetto nello spazio che attrae la luce è un buco nero. Cosa c'è al suo interno e in che forma sia lì non è noto, ma credono che questa sia oscurità totale, che è impossibile da immaginare. I quanti di luce, arrivando lì, non semplicemente scompaiono. La loro massa viene moltiplicata per la massa della singolarità, il che la rende ancora più grande e la ingrandisce.Quindi, se accendi una torcia all'interno del wormhole per guardarti intorno, non si illuminerà. I quanti emessi si moltiplicheranno costantemente per la massa del buco e, grosso modo, aggraverai solo la tua situazione.

Buchi neri ovunque

Come abbiamo già capito, la base dell'educazione è la gravità, il cui valore è milioni di volte maggiore che sulla Terra. L'idea esatta di cosa sia un buco nero è stata data al mondo da Karl Schwarzschild, che, infatti, ha scoperto l'orizzonte stesso degli eventi e il punto di non ritorno, e ha anche stabilito che zero in uno stato di singolarità è uguale all'infinito . Secondo lui, un buco nero può formarsi ovunque nello spazio. In questo caso, un certo oggetto materiale di forma sferica deve raggiungere il raggio gravitazionale. Ad esempio, la massa del nostro pianeta deve rientrare nel volume di un pisello per diventare un buco nero. E il Sole dovrebbe avere un diametro di 5 chilometri con la sua massa, quindi il suo stato diventerà singolare.

Orizzonte di formazione del nuovo mondo

Le leggi della fisica e della geometria funzionano perfettamente sulla terra e dentro spazio aperto, dove lo spazio si avvicina al vuoto. Ma perdono completamente il loro significato nell'orizzonte degli eventi. Ecco perché con punto matematico vista è impossibile calcolare cosa c'è all'interno di un buco nero. Le immagini che puoi inventare se pieghi lo spazio secondo le nostre idee sul mondo sono certamente lontane dalla verità. È stato solo stabilito che il tempo qui si trasforma in un'unità spaziale e, molto probabilmente, alcune dimensioni in più si aggiungono a quelle esistenti. Ciò consente di credere che all'interno del buco nero si formino mondi completamente diversi (la foto, come sai, non lo mostrerà, poiché la luce si mangia lì). Questi universi possono essere composti da antimateria, che attualmente non è familiare agli scienziati. Ci sono anche versioni secondo cui la sfera di non ritorno è solo un portale che conduce a un altro mondo o ad altri punti del nostro Universo.

Nascita e morte

Molto più dell'esistenza di un buco nero, è la sua nascita o scomparsa. La sfera che distorce lo spazio-tempo, come abbiamo già scoperto, si forma a seguito del collasso. Potrebbe essere un'esplosione grande stella, collisione di due o più corpi nello spazio e così via. Ma in che modo la materia, che in teoria potrebbe essere percepita, è diventata un regno della distorsione del tempo? Il puzzle è in corso. Ma è seguita da una seconda domanda: perché queste sfere di non ritorno scompaiono? E se i buchi neri evaporano, allora perché quella luce e tutta la materia cosmica che hanno trascinato dentro non escono da loro? Quando la materia nella zona della singolarità inizia ad espandersi, la gravità diminuisce gradualmente. Di conseguenza, il buco nero si dissolve semplicemente e lo spazio esterno del vuoto ordinario rimane al suo posto. Da questo segue un altro mistero: dove è finito tutto ciò che è entrato in esso?

Gravità: la nostra chiave per un futuro felice?

I ricercatori sono fiduciosi che il futuro energetico dell'umanità possa essere formato da un buco nero. Cosa c'è all'interno di questo sistema è ancora sconosciuto, ma è stato possibile stabilire che all'orizzonte degli eventi qualsiasi materia si trasforma in energia, ma, ovviamente, in parte. Ad esempio, una persona, trovandosi vicino al punto di non ritorno, darà il 10 per cento della sua materia per la sua trasformazione in energia. Questa cifra è semplicemente colossale, è diventata una sensazione tra gli astronomi. Il fatto è che sulla Terra, quando la materia viene trasformata in energia solo dello 0,7 per cento.

Cercherò di rispondere ad alcune domande che sorgono dal film tra il pubblico.

1) Perché il buco nero di Gargantua è così nel film?

Il film Interstellar è il primo Lungometraggio nella storia del cinema, dove la visualizzazione di un buco nero è stata applicata su base fisica modello matematico. La simulazione è stata effettuata da un team di 30 persone (dipartimento effetti visivi di Pavel Franklin) in collaborazione con Kip Thorne, fisico teorico di fama mondiale noto per il suo lavoro in teoria della gravità, astrofisica e teoria dei quanti misurazioni. Sono state spese circa 100 ore su un frame e in totale il modello ha richiesto circa 800 terabyte di dati.
Thorne ha creato non solo un modello matematico, ma ha anche scritto un software specializzato (CGI) che ha permesso di costruire un modello di visualizzazione al computer.

Ecco cosa ha fatto Thorn:

Certo, è lecito porsi la domanda: la simulazione di Thorne è la prima nella storia della scienza? E l'immagine di Thorne è qualcosa di mai visto prima nella letteratura scientifica? Ovviamente no.
Jean Pierre Luminet dell'Osservatorio Paris-Mudon, Dipartimento di Astrofisica Relativistica e Cosmologia, noto anche in tutto il mondo per il suo lavoro sui buchi neri e la cosmologia, è uno dei primi scienziati a immaginare un buco nero mediante simulazione al computer. Nel 1987 è stato pubblicato il suo libro Black Holes: A Popular Introduction, dove scrive:

“Le prime immagini al computer di un buco nero circondato da un disco di accrescimento sono state ottenute da me (Luminet, J.-P. (1979): Astron. Astrophys.). Calcoli più sottili sono stati fatti da Mark (Marck, J.-A. (1993): Class. Quantum Grav) sia per la metrica di Schwarzschild che per il caso di un buco nero rotante. Immagini plausibili, ovvero calcolate tenendo conto della curvatura dello spazio, del redshift e Proprietà fisiche disco può essere ottenuto per un punto arbitrario, anche all'interno dell'orizzonte degli eventi. È stato anche girato un film che mostra come queste distorsioni cambiano mentre ci si muove lungo una traiettoria simile al tempo attorno a un buco nero (Delesalle, Lachieze-Rey e Luminet, 1993). Il disegno è una delle sue cornici per il caso di movimento lungo una traiettoria parabolica incernierata"

Spiegazione del motivo per cui l'immagine è così com'è:

"A causa della curvatura dello spazio-tempo in prossimità di un buco nero, l'immagine del sistema differisce significativamente dalle ellissi che vedremmo se sostituissimo il buco nero con un normale corpo celeste di piccola massa. La radiazione proveniente dal il lato superiore del disco forma un'immagine diretta e, a causa della forte distorsione, vediamo l'intero disco (il buco nero non copre le parti del disco dietro di noi).Anche la parte inferiore del disco è visibile a causa di la significativa curvatura dei raggi luminosi."

L'immagine di Lumine ricorda sorprendentemente il risultato di Thorne, che ottenne più di 30 anni dopo il lavoro del francese!

Perché in numerose altre visualizzazioni, sia in articoli che in popolari film scientifici, un buco nero può spesso essere visto in un modo completamente diverso? La risposta è semplice: il "disegno" al computer di un buco nero basato su un modello matematico è un processo molto complesso e dispendioso in termini di tempo che spesso non rientra in budget modesti, quindi gli autori il più delle volte se la cavano con il lavoro di un designer, non un fisico.

2) Perché il disco di accrescimento di Gargantua non è così spettacolare come si può vedere in numerose immagini e film di divulgazione scientifica? Perché il buco nero non potrebbe essere mostrato più luminoso e più imponente?

Unirò questa domanda con la seguente:

3) È noto che il disco di accrescimento di un buco nero è una fonte di radiazione molto intensa. Gli astronauti morirebbero semplicemente se si avvicinassero a un buco nero.

E infatti lo è. I buchi neri sono i motori delle sorgenti di radiazioni più luminose ed energetiche dell'universo. Secondo i concetti moderni, il cuore dei quasar, che a volte brillano più di centinaia di galassie messe insieme, è un buco nero. Con la sua gravità, attira enormi masse di materia, facendola restringere in una piccola area sotto una pressione inimmaginabilmente alta. Questa sostanza si riscalda, al suo interno fluiscono reazioni nucleari con l'emissione dei più potenti raggi X e radiazioni gamma.
Questa è la frequenza con cui viene disegnato un classico disco di accrescimento di un buco nero:

Se Gargantua fosse così, un tale disco di accrescimento ucciderebbe gli astronauti con le sue radiazioni. L'accrescimento nel buco nero di Thorne non è così denso e massiccio; secondo il suo modello, la temperatura del disco non è superiore a quella sulla superficie del Sole. Ciò è in gran parte dovuto al fatto che Gargantua è un buco nero supermassiccio, con una massa di almeno 100 milioni di masse solari, con un raggio di un'unità astronomica.
Questo non è solo un buco nero supermassiccio, ma ultramassiccio. Anche il buco nero al centro della Via Lattea ha, secondo varie stime, una massa di 4-4,5 milioni di masse solari.
Anche se Gargantua è tutt'altro che un campione. Ad esempio, un buco nella galassia NGC 1277 ha una massa di 17 miliardi di soli.
L'idea di immaginare un simile esperimento in cui le persone esplorano un buco nero ha infastidito Thorne dagli anni '80. Già nel suo libro “I buchi neri e le pieghe del tempo. In Audacious Legacy di Einstein, pubblicato nel 1990, Thorne considera un ipotetico modello di viaggio interstellare in cui i ricercatori studiano i buchi neri per avvicinarsi il più possibile all'orizzonte degli eventi per comprenderne meglio le proprietà.
I ricercatori iniziano con un piccolo buco nero. Non si adatta affatto a loro perché le forze di marea che crea sono troppo grandi e pericolose per la vita. Cambiano l'oggetto di studio in un buco nero più massiccio. Ma nemmeno lei li soddisfa. Infine, si dirigono verso il gigante Gargantua.
Gargantua si trova nei pressi del quasar 3C273 - che permette di confrontare le proprietà delle due buche.
Osservandoli, i ricercatori si pongono la domanda:

"La differenza tra Gargantua e 3C273 sembra sorprendente: perché Garnatua, con le sue mille volte la sua massa e le sue dimensioni, non ha una ciambella così rotonda di gas e getti di quasar giganti?"

Il disco di accrescimento di Gargantua è relativamente freddo, non massiccio e non irradia tanta energia come in un quasar. Come mai?

"Dopo studi telescopici, Bret trova la risposta: una volta ogni pochi mesi, una stella in orbita attorno al buco centrale 3C273 si avvicina all'orizzonte ed è lacerata dalle forze di marea del buco nero. I resti della stella, circa 1 massa solare , schizzi in prossimità del buco nero. A poco a poco, l'attrito interno guida il gas che schizza all'interno Questo gas fresco compensa il gas che la ciambella fornisce costantemente al buco e ai getti, così la ciambella e i getti mantengono le loro riserve di gas e continuano a brilla luminosamente.
Bret spiega che anche le stelle possono avvicinarsi a Gargantua. Ma poiché Gargantua è molto più grande di 3C273, le sue forze di marea sopra l'orizzonte degli eventi sono troppo deboli per fare a pezzi la stella. Gargantua ingoia le stelle intere, senza schizzare le loro viscere nel bagel circostante. E senza la ciambella Gargantua non può creare i getti e le altre caratteristiche del quasar".

Affinché un enorme disco radiante esista attorno a un buco nero, deve esserci materiale da costruzione da cui può formarsi. In un quasar, queste sono dense nubi di gas, molto vicine al buco nero di una stella. Ecco il modello classico per la formazione di un disco di accrescimento:

In Interstellar, è chiaro che semplicemente non c'è nulla da cui possa derivare un enorme disco di accrescimento. Non ci sono nuvole dense o stelle vicine nel sistema. Se c'è stato qualcosa, è stato tutto divorato molto tempo fa.
L'unico contenuto di Gargantua sono nubi di gas interstellare a bassa densità, che creano un debole disco di accrescimento "a bassa temperatura" che non irradia così intensamente come i dischi classici nei quasar o nei sistemi binari. Pertanto, la radiazione del disco di Gargantua non ucciderà gli astronauti.

Thorne scrive in The Science of Interstellar:

"Un tipico disco di accrescimento ha un'emissione di raggi X, gamma e radio molto intensa. Così forte che friggerà qualsiasi astronauta che decida di essere vicino. Il disco di Gargantua mostrato nel film è un disco estremamente debole. "Debole" è, di ovviamente, non per gli standard umani, ma per gli standard dei tipici quasar. Invece di essere riscaldato a centinaia di milioni di gradi, come lo sono i dischi di accrescimento dei quasar, il disco di Gargantua è caldo solo di poche migliaia di gradi, proprio come la superficie del Sole. Emette molta luce, ma quasi nessun raggio X e raggi gamma. "raggi. Tali dischi possono esistere nelle fasi successive dell'evoluzione del buco nero. Pertanto, il disco di Gargantua è abbastanza diverso dall'immagine che si vede spesso su vari risorse di astrofisica."

Kip Thorne è l'unico che ha suggerito l'esistenza di dischi di accrescimento freddo attorno ai buchi neri? Ovviamente no.

I dischi di accrescimento freddo dei buchi neri sono stati a lungo studiati nella letteratura scientifica:
Secondo alcuni rapporti, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, Sagittario A* (Sgr A*), ha lo stesso disco di accrescimento freddo:

Intorno al nostro buco nero centrale, potrebbe esserci un inattivo disco di accrescimento freddo, residuo (a causa della bassa viscosità) della "giovinezza turbolenta" di Sgr A*, quando il tasso di accrescimento era elevato. Ora questo disco "risucchia" il gas caldo, impedendogli di cadere nel buco nero: il gas si deposita nel disco a distanze relativamente grandi dal buco nero.

(c) Stelle vicine e un disco di accrescimento inattivo in Sgr A∗: eclissi e bagliori
Sergei Nayakshin1 e Rashid Sunyaev. // 1. Max-Planck-Institut für Astrophysik, Karl-Schwarzschild-Str. Garching, Germania 2. Istituto di ricerca spaziale, Mosca, Russia

O Cygnus X-1:

Analisi spettrale e temporale eseguita un largo numero osservazioni da parte dell'osservatorio RXTE dei buchi neri in accrescimento Cygnus X-1, GX339-4 e GS1354-644 nello stato spettrale basso nel periodo 1996-1998. Per tutte e tre le sorgenti è stata trovata una correlazione tra le frequenze caratteristiche della variabilità caotica ei parametri spettrali: la pendenza dello spettro della radiazione Comptonizzata e l'ampiezza relativa della componente riflessa. La relazione tra l'ampiezza della componente riflessa e la pendenza dello spettro di Comptonizzazione mostra che il mezzo riflettente ( disco di accrescimento freddo) è il principale fornitore di fotoni morbidi nella regione di Comptonizzazione.

(c) Relazione alla conferenza dell'organizzazione SPIE "Astronomical Telescopes and Instrumentation", 21-31 marzo 2000, Monaco di Baviera, Germania

Interazione tra stelle e un Disco di accrescimento inattivo in un nucleo galattico // Vladimır Karas. Istituto Astronomico, Accademia delle Scienze, Praga, Repubblica Ceca e

(c) Università Carlo, Facoltà di Matematica e Fisica, Praga, Repubblica Ceca // Ladislav Subr. Charles University, Facoltà di Matematica e Fisica, Praga, Repubblica Ceca

I buchi neri "tranquilli" sono simili al buco nella Nebulosa di Andromeda, uno dei primi buchi neri supermassicci scoperti. La sua massa è di circa 140 milioni di masse solari. Ma l'hanno scoperto non per forte radiazione, ma per il movimento caratteristico delle stelle intorno a quest'area. I nuclei di tali galassie non possiedono un'intensa radiazione "quasar". E gli astrofisici sono giunti alla conclusione che la materia semplicemente non cade in questo buco nero. Questa situazione è tipica delle galassie "calme", ​​come la Nebulosa di Andromeda e la Via Lattea.

Le galassie con buchi neri attivi sono chiamate galassie attive o di Seyfert. Le galassie di Seyfert comprendono circa l'1% di tutte le galassie a spirale osservate.

Il modo in cui hanno trovato un buco nero supermassiccio nella Nebulosa di Andromeda è ben mostrato nel film di fantascienza della BBC Supermassive Black Holes.

4) È noto che i buchi neri hanno forze di marea mortali. Non faranno a pezzi sia gli astronauti che il pianeta di Miller, che nel film è troppo vicino all'orizzonte degli eventi?

Anche la laconica Wikipedia scrive di un'importante proprietà di un buco nero supermassiccio:

"Le forze di marea vicino all'orizzonte degli eventi sono molto più deboli a causa del fatto che la singolarità centrale si trova così lontano dall'orizzonte che un ipotetico astronauta viaggia verso il centro buco nero, non sentirà gli effetti delle forze di marea estreme fino a quando non si immergerà molto in profondità."

Qualsiasi fonte scientifica e popolare che descriva le proprietà dei buchi neri supermassicci è d'accordo con questo.

La posizione del punto in cui le forze di marea raggiungono una tale intensità da distruggere l'oggetto che vi è caduto dipende dalle dimensioni del buco nero. Per i buchi neri supermassicci, come quelli situati al centro della Galassia, questo punto si trova all'interno del loro orizzonte degli eventi, quindi un ipotetico astronauta può attraversare il loro orizzonte degli eventi senza notare alcuna deformazione, ma dopo aver attraversato l'orizzonte degli eventi, la sua caduta al centro del buco nero è già inevitabile. Per i piccoli buchi neri, in cui il raggio di Schwarzschild è molto più vicino alla singolarità, le forze di marea uccideranno l'astronauta prima ancora che raggiunga l'orizzonte degli eventi.

(c) Buchi neri di Schwarzschild // Relatività generale: un'introduzione per i fisici. - Cambridge University Press, 2006. - P. 265. - ISBN 0-521-82951-8.

Naturalmente la massa di Gargantua è stata scelta per non dilaniare gli astronauti dalle maree.
Vale la pena notare che Thorn Gargantua del 1990 è un po' più massiccio di Interstellar:

“I calcoli hanno mostrato che più grande è il buco, minore è la spinta necessaria al razzo per mantenerlo su un cerchio di 1,0001 orizzonte degli eventi. Per una spinta dolorosa ma tollerabile di 10 g di Terra, la massa del buco dovrebbe essere di 15 trilioni di masse solari. Il più vicino di questi buchi si chiama Gargantua, si trova a una distanza di 100.000 anni luce dalla nostra galassia e 100 milioni di anni luce dall'ammasso di galassie della Vergine, attorno al quale ruota la Via Lattea. Si trova infatti vicino al quasar 3C273, a 2 miliardi di anni luce dalla Via Lattea...
Quando entri nell'orbita di Gargantua e fai le consuete misurazioni, sei convinto che la sua massa sia effettivamente di 15 trilioni di masse solari e che ruoti molto lentamente. Da questi dati si calcola che la circonferenza del suo orizzonte è di 29 anni luce. Infine, calcola che si tratta di un buco, nelle cui vicinanze puoi esplorare, sperimentando le forze di marea e l'accelerazione consentite!

Nel libro del 2014 The Science of Interstellar, in cui Kip Thorne descrive gli aspetti scientifici del lavoro sul film, fornisce già una cifra di 100 milioni di masse solari, ma notando che questa è la massa minima che può essere "comodo" in relazione a forze di marea del buco nero.

5) Come può il pianeta di Miller esistere così vicino a un buco nero? Sarà fatto a pezzi dalle forze di marea?

L'astronomo Phil Plant, noto con il soprannome di "Cattivo Astronomo" per il suo dilagante scetticismo, semplicemente non riuscì a superare Interstellar. Inoltre, prima di allora, ha distrutto con rabbia molti film sensazionali, come Gravity, con il suo noioso scetticismo.

“Non vedevo l'ora di Interstellar.. Ma quello che ho visto è stato terribile. Questo è un completo fallimento. Davvero, davvero non mi è piaciuto".

scrive nel suo articolo del 6 novembre.
Phil dice che in termini di scienza, il film è una stronzata completa. Che anche in un quadro ipotetico non può corrispondere alle moderne idee scientifiche. Ha guidato in particolare intorno al pianeta di Miller. Un pianeta potrebbe orbitare stabilmente in un buco nero del genere, ha detto, ma la sua orbita dovrebbe essere almeno tre volte più grande della stessa Gargantua. L'orologio sarà più lento che sulla Terra, ma solo del 20 percento. La stabilità di un pianeta vicino a un buco nero, come mostrato nel film, è una finzione impossibile. Inoltre, sarà completamente dilaniato dalle forze di marea del buco nero.

Ma il 9 novembre appare Plate con un nuovo articolo. La chiama Seguito: Interstellar Mea Culpa. L'irrefrenabile critico scientifico decise di pentirsi.

“Ho sbagliato di nuovo. Ma indipendentemente dall'entità dei miei errori, cerco sempre di ammetterli. Dopotutto, la scienza stessa ci costringe ad ammettere i nostri errori e ad imparare da essi!

Phil Plant ha ammesso di aver commesso errori nelle sue considerazioni ed è giunto a conclusioni sbagliate:

“Nella mia recensione, ho parlato del pianeta di Miller in orbita vicino al buco nero. Un'ora trascorsa sul pianeta equivale a sette anni terrestri. La mia lamentela era che con una tale dilatazione del tempo, un'orbita stabile del pianeta sarebbe stata impossibile.
Ed è vero... per un buco nero non rotante. Il mio errore è stato. che non ho usato le equazioni corrette per un buco nero che girava velocemente! Questo cambia notevolmente l'immagine dello spazio-tempo attorno a un buco nero. Ora capisco che potrebbe esistere un'orbita stabile per questo pianeta attorno a un buco nero, e così vicino all'orizzonte degli eventi da rendere possibile la dilatazione del tempo indicata nel film. Fondamentalmente, mi sbagliavo.
Nella mia analisi originale ho anche affermato che le maree gravitazionali avrebbero fatto a pezzi questo pianeta. Mi sono consultato con un paio di astrofisici che hanno anche affermato che le maree di Gargantua dovrebbero probabilmente distruggere il pianeta, ma questo non è stato ancora matematicamente confermato. Stanno ancora lavorando a una soluzione a questo problema e non appena sarà risolto, pubblicherò la soluzione. Io stesso non posso dire se avevo ragione o torto nella mia analisi - e anche se avessi ragione, le mie considerazioni riguardavano ancora solo un buco nero non rotante, quindi non sono valide per questo caso.
Per risolvere un problema del genere, è necessario discutere molti problemi matematici. Ma non so esattamente quanto fosse lontano il pianeta di Miller da Gargantua, e quindi è molto difficile dire se le maree l'avrebbero distrutto o meno. Non ho ancora letto The Science of Interstellar del fisico e produttore esecutivo Kip Thorne - penso che farà luce su questo problema.
Tuttavia, mi sbagliavo sulla stabilità dell'orbita - e ora ritengo necessario annullare questa mia affermazione sul film.
Quindi, per riassumere: l'immagine fisica vicino al buco nero, mostrata nel film, è in realtà coerente con la scienza. Ho commesso un errore di cui mi scuso.

Ikjyot Singh Kohli, un fisico teorico della Yore University, nella sua pagina ha fornito soluzioni alle equazioni, dimostrando che l'esistenza del pianeta di Miller è del tutto possibile.
Ha trovato una soluzione in cui il pianeta sarebbe esistito nelle condizioni mostrate nel film. Ma ha anche discusso il problema delle forze di marea, che presumibilmente dovrebbero fare a pezzi il pianeta. La sua soluzione mostra che le forze di marea sono troppo deboli per farla a pezzi.
Ha anche dimostrato la presenza di onde giganti sulla superficie del pianeta.

Considerazioni di Singh Kohli con esempi di equazioni qui:

Ecco come Miller Thorne mostra la posizione del pianeta nel suo libro:

Ci sono punti in cui l'orbita sarà instabile. Ma Thorne ha anche trovato un'orbita stabile:

Le forze di marea non lacerano il pianeta, ma lo deformano:

Se il pianeta ruota attorno alla fonte delle forze di marea, cambieranno costantemente la loro direzione, deformandola in modi diversi in diversi punti dell'orbita. In una posizione, il pianeta sarà appiattito da est a ovest e allungato da nord a sud. In un altro punto dell'orbita, è schiacciato da nord a sud e allungato da est a ovest. Poiché la gravità di Gargantua è così forte, lo sforzo interno e l'attrito mutevoli riscalderanno il pianeta, rendendolo molto caldo. Ma come abbiamo visto nel film, il pianeta di Miller sembra molto diverso.
Pertanto, sarebbe corretto presumere che il pianeta sia sempre rivolto a Gargantua da una parte. E questo è naturale per molti corpi che ruotano attorno a un oggetto gravitante più forte. Ad esempio, la nostra Luna, molti satelliti di Giove e Saturno sono sempre rivolti al pianeta con un solo lato.

Thorn ha anche fatto un altro punto importante:

“Se guardi il pianeta di Miller dal pianeta Manna, puoi vedere come ruota attorno a Gargantua con un periodo orbitale di 1,7 ore, coprendo quasi un miliardo di chilometri in questo tempo. È circa la metà della velocità della luce! A causa della dilatazione del tempo per l'equipaggio dei Ranger, questo periodo è ridotto a un decimo di secondo. È molto veloce! E non è molto più veloce della velocità della luce? No, perché nel quadro di riferimento dello spazio in movimento a vortice attorno a Gargantua, il pianeta si muove più lentamente della luce.
Nel mio modello scientifico Nel film, il pianeta è sempre girato verso il buco nero su un lato e ruota a una velocità vertiginosa. Le forze centrifughe non faranno a pezzi il pianeta a causa di questa velocità? No: viene salvata di nuovo dal turbine vorticoso dello spazio. Il pianeta non si sentirà distruttivo forze centrifughe, poiché lo spazio stesso ruota con esso alla stessa velocità"

6) Come sono possibili onde così gigantesche sulla superficie del pianeta di Miller?

A questa domanda, Thorne risponde come segue:

“Ho fatto i calcoli fisici necessari e ho trovato due possibili interpretazioni scientifiche.
Entrambe queste soluzioni richiedono che la posizione dell'asse di rotazione del pianeta sia instabile. Il pianeta dovrebbe oscillare in un certo intervallo, come mostrato nell'immagine. Questo avviene sotto l'influenza della gravità di Gargantua.

Quando ho calcolato il periodo di questo swing, ho ottenuto un valore di circa un'ora. E questo ha coinciso con il momento scelto da Chris - prima ancora non sapeva della mia interpretazione scientifica!
Il mio secondo modello è lo tsunami. Le forze di marea di Gargantua possono deformare la crosta del pianeta di Miller, con lo stesso periodo (1 ora). Queste deformazioni possono creare terremoti molto forti. Possono generare tsunami molto più grandi di quelli mai visti sulla Terra".

7) Come sono possibili le incredibili manovre di Endurance e Ranger in orbita attorno a Gargantua?

1) Endurance si muove in un'orbita di parcheggio con un raggio pari a 10 del raggio di Gargantua, e l'equipaggio diretto a Miller Point si muove ad una velocità di C/3. Il pianeta di Miller si sta muovendo al 55% di C.
2) Il ranger deve decelerare da C/3 per abbassare l'orbita e avvicinarsi a Miller Point. Rallenta a c/4 e raggiunge le vicinanze del pianeta (ovviamente, devi seguire un calcolo rigoroso qui per colpire. Ma questo non è un problema per il computer)

Il meccanismo per un cambiamento così significativo di velocità è descritto da Thorne:

“Stelle e piccoli buchi neri ruotano attorno a buchi neri giganti come Gargantua. Sono loro che possono creare le forze determinanti che devieranno il Ranger dalla sua orbita circolare e lo manderanno a Gargantua. Una manovra di gravità simile viene spesso utilizzata dalla NASA in sistema solare, sebbene utilizzi la gravità dei pianeti, non il buco nero. I dettagli di questa manovra non vengono rivelati in Interstellar, ma la manovra stessa viene menzionata quando si parla di usare una stella di neutroni per rallentare la velocità.“

La stella di neutroni è mostrata da Thorne nella figura:

L'appuntamento con una stella di neutroni ti permette di cambiare la velocità:

“Una tale approssimazione può essere molto pericolosa; Il ranger deve avvicinarsi abbastanza alla stella di neutroni (o piccolo buco nero) per sentire la forte gravità. Se una stella in decelerazione o un buco nero con un raggio inferiore a 10.000 km, le persone e il Ranger verranno fatti a pezzi dalle forze di marea. Pertanto, una stella di neutroni deve avere una dimensione di almeno 10.000 km.
Ho discusso di questo problema con Nolan durante la produzione della sceneggiatura, suggerendo un buco nero o stella di neutroni scegliere da. Nolan ha scelto una stella di neutroni. Come mai? Perché non voleva confondere gli spettatori con due buchi neri".

“I buchi neri, chiamati IMBH (Intermediate-Mass Black Holes), sono diecimila volte più piccoli di Gargantua, ma mille volte più pesanti dei normali buchi neri. Cooper ha bisogno di un tale deviatore. Si pensa che alcuni IMBH si formino in ammassi globulari e alcuni si trovano nei nuclei delle galassie, dove si trovano anche buchi neri giganti. L'esempio più vicino è la Nebulosa di Andromeda, la galassia più vicina a noi. Nel nucleo di Andromeda c'è un buco simile a Gargantua - circa 100 milioni di masse solari. Quando l'IMBH passa attraverso una regione con una densa popolazione stellare, l'effetto di "attrito dinamico" rallenta la velocità dell'IMBH e scende sempre più in basso, avvicinandosi sempre di più al gigantesco buco nero. Di conseguenza, l'IMBH finisce nelle immediate vicinanze del buco nero supermassiccio. Pertanto, la natura potrebbe benissimo fornire a Cooper una tale fonte di deviazione gravitazionale.

Guarda la vera applicazione della "fionda gravitazionale" sull'esempio dei veicoli spaziali interplanetari - per esempio, leggi la storia di Voyagers.