Lumina este formată din particule numite fotoni. Fotonii sunt particule speciale. După cum spun oamenii de știință, fotonii nu au „masă de repaus”. Aceste particule nu stau niciodată pe loc. Se deplasează prin Univers cu cea mai mare viteză din natură - 300.000 de kilometri pe secundă.

Fotonii nu au masă, dar au energie cinetică - energia mișcării. Fotonii nu pot rezista forței gravitaționale tocmai pentru că au energie cinetică.

Si de aceea. Albert Einstein a descoperit că masa poate fi transformată în energie. Cel mai evident exemplu în acest sens este Bombă H, în care o masă mică eliberează o cantitate imensă de energie sub forma unei explozii puternice. Deoarece masa poate fi convertită în energie, prin urmare, energia, așa cum ar fi, reprezintă o anumită cantitate de masă. Imaginează-ți că un foton este un obiect a cărui masă s-a transformat în întregime energie kinetică. Gravitația unei găuri negre trage fotonul așa cum ar trage masa pe care o reprezintă această energie.

Materiale conexe:

Cele mai mari obiecte din univers

Deoarece masa poate fi convertită în energie, rezultă că energia reprezintă o anumită cantitate de masă.

O explicație simplă a motivului pentru care o gaură neagră este neagră

Dar există o altă explicație, poate mai simplă, a motivului pentru care fotonii luminii nu pot părăsi o gaură neagră. Teoria lui Einstein descrie gravitația ca fiind curbura spațiului în jurul unei mase. Cu cât concentrația de masă este mai mare în orice loc, cu atât curbura spațiului în acest loc este mai puternică. Prin urmare, un fascicul de lumină care încearcă să părăsească o gaură neagră pur și simplu nu poate, în linii mari, să urce pe un perete prea abrupt de spațiu curbat.

Fapt interesant: lumina stelelor, trecând pe lângă soare, se abate de la cale rectilinie deoarece este tras de gravitația Soarelui.

Obiectele mai puțin masive decât găurile negre au, de asemenea, un efect gravitațional tangibil asupra luminii. În 1919, fizicianul englez Arthur Eddington a dovedit corectitudinea afirmației lui Einstein că corpurile masive atrag lumina, schimbând traiectoria propagării acesteia. Eddington știa despre viitorul în curând eclipsă de soare. În timpul unei eclipse, Luna se află între Pământ și fața strălucitoare a Soarelui, întunecând-o pentru o vreme. Când strălucirea Soarelui este stinsă de o eclipsă, alte stele devin disponibile pentru observare.

Atât pentru oamenii de știință din secolele trecute, cât și pentru cercetătorii timpului nostru, cel mai mare mister al spațiului este o gaură neagră. Ce se află în interiorul acestui sistem complet necunoscut pentru fizică? Ce legi se aplica acolo? Cum timpul treceîntr-o gaură neagră și de ce nici măcar cuantele de lumină nu pot scăpa din ea? Acum vom încerca, desigur, din punct de vedere al teoriei, și nu al practicii, să înțelegem ce se află în interiorul unei găuri negre, de ce, în principiu, s-a format și există, cum atrage obiectele care o înconjoară.

Mai întâi, să descriem acest obiect.

Deci, o anumită regiune a spațiului din Univers se numește gaură neagră. Este imposibil să o evidențiezi ca stea sau planetă separată, deoarece nu este solidă și nu este corp gazos. Fără o înțelegere de bază a ceea ce este spațiu-timp și cum se pot schimba aceste dimensiuni, este imposibil să înțelegem ce se află în interiorul unei găuri negre. Cert este că această zonă nu este doar o unitate spațială. care distorsionează atât cele trei dimensiuni cunoscute nouă (lungime, lățime și înălțime), cât și linia temporală. Oamenii de știință sunt siguri că în zona orizontului (așa-numita zonă care înconjoară gaura), timpul capătă o semnificație spațială și se poate mișca atât înainte, cât și înapoi.

Aflați secretele gravitației

Dacă vrem să înțelegem ce se află în interiorul unei găuri negre, vom lua în considerare în detaliu ce este gravitația. Acest fenomen este cheia în înțelegerea naturii așa-numitelor „găuri de vierme”, din care nici măcar lumina nu poate scăpa. Gravitația este interacțiunea dintre toate corpurile care au o bază materială. Puterea unei astfel de gravitații depinde de compoziția moleculară a corpurilor, de concentrația atomilor și, de asemenea, de compoziția lor. Cu cât se prăbușesc mai multe particule într-o anumită zonă a spațiului, cu atât forța gravitațională este mai mare. Acest lucru este indisolubil legat de teoria Big Bang, când universul nostru avea dimensiunea unui bob de mazăre. Era o stare de maximă singularitate și, ca urmare a unui fulger de cuante de lumină, spațiul a început să se extindă datorită faptului că particulele se respingeau unele pe altele. Exact opusul este descris de oamenii de știință ca o gaură neagră. Ce se află în interiorul așa ceva, potrivit TBZ? Singularitatea, care este egală cu indicatorii inerenți Universului nostru la momentul nașterii sale.

Cum intră materia într-o gaură de vierme?

Există o părere că o persoană nu va putea niciodată să înțeleagă ce se întâmplă în interiorul unei găuri negre. Deoarece, odată acolo, el va fi literalmente zdrobit de gravitație și gravitație. De fapt, acest lucru nu este adevărat. Da, într-adevăr, o gaură neagră este o regiune a singularității, în care totul este comprimat la maximum. Dar acesta nu este deloc un „aspirator spațial”, care este capabil să atragă în sine toate planetele și stelele. Orice obiect material care se află pe orizontul evenimentelor va observa o puternică distorsiune a spațiului și a timpului (până în prezent, aceste unități stau deoparte). Sistemul euclidian de geometrie va începe să se clatine, cu alte cuvinte, se vor intersecta, contururile figurilor stereometrice vor înceta să fie familiare. În ceea ce privește timpul, acesta va încetini treptat. Cu cât te apropii de gaură, cu atât ceasul va merge mai încet în raport cu ora Pământului, dar nu vei observa acest lucru. La lovirea „găurii de vierme”, corpul va cădea cu viteză zero, dar această unitate va fi egală cu infinitul. curbură, care echivalează infinitul cu zero, care oprește în cele din urmă timpul în regiunea singularității.

Răspuns la lumina emisă

Singurul obiect din spațiu care atrage lumina este o gaură neagră. Ce este înăuntrul ei și sub ce formă este acolo nu se știe, dar ei cred că acesta este întuneric absolut, ceea ce este imposibil de imaginat. Cuantele de lumină, ajungând acolo, nu dispar pur și simplu. Masa lor este înmulțită cu masa singularității, ceea ce o face și mai mare și o mărește.Astfel, dacă aprindeți o lanternă în interiorul găurii de vierme pentru a privi în jur, aceasta nu va străluci. Cuantele emise se vor înmulți în mod constant cu masa găurii și, aproximativ vorbind, nu veți face decât să vă agravați situația.

Găuri negre peste tot

După cum ne-am dat seama deja, baza educației este gravitația, a cărei valoare este de milioane de ori mai mare decât pe Pământ. Ideea exactă a ceea ce este o gaură neagră a fost dată lumii de Karl Schwarzschild, care, de fapt, a descoperit chiar orizontul evenimentelor și punctul de neîntoarcere și, de asemenea, a stabilit că zero într-o stare de singularitate este egal cu infinitul. . În opinia sa, o gaură neagră se poate forma oriunde în spațiu. În acest caz, un anumit obiect material având formă sferică trebuie să atingă raza gravitațională. De exemplu, masa planetei noastre trebuie să se încadreze în volumul unui bob de mazăre pentru a deveni o gaură neagră. Și Soarele ar trebui să aibă un diametru de 5 kilometri cu masa sa - atunci starea sa va deveni singulară.

Noul orizont de formare a lumii

Legile fizicii și geometriei funcționează perfect pe pământ și în interior spatiu deschis, unde spațiul se apropie de vid. Dar își pierd complet semnificația la orizontul evenimentelor. De aceea, din punct de vedere matematic, este imposibil să se calculeze ce se află în interiorul unei găuri negre. Imaginile cu care poți veni dacă îndoi spațiul în conformitate cu ideile noastre despre lume sunt cu siguranță departe de adevăr. S-a stabilit doar că timpul aici se transformă într-o unitate spațială și, cel mai probabil, la cele existente se mai adaugă câteva dimensiuni. Acest lucru face posibil să credem că în interiorul găurii negre se formează lumi complet diferite (fotografia, după cum știți, nu va arăta acest lucru, deoarece lumina se mănâncă acolo). Aceste universuri pot fi compuse din antimaterie, care în prezent este necunoscută oamenilor de știință. Există și versiuni conform cărora sfera fără întoarcere este doar un portal care duce fie către o altă lume, fie către alte puncte din Universul nostru.

Nașterea și moartea

Mult mai mult decât existența unei găuri negre, este nașterea sau dispariția acesteia. Sfera care distorsionează spațiu-timp, așa cum am aflat deja, se formează ca urmare a colapsului. Ar putea fi o explozie stea mare, ciocnirea a două sau mai multe corpuri în spațiu și așa mai departe. Dar cum a devenit materia, care ar putea fi simțită teoretic, un tărâm al distorsiunii timpului? Puzzle-ul este în desfășurare. Dar este urmată de o a doua întrebare - de ce dispar astfel de sfere fără întoarcere? Și dacă găurile negre se evaporă, atunci de ce nu iese din ele acea lumină și toată materia cosmică pe care au atras-o? Când materia din zona de singularitate începe să se extindă, gravitația scade treptat. Ca urmare, gaura neagră se dizolvă pur și simplu, iar spațiul exterior obișnuit cu vid rămâne la locul său. De aici rezultă un alt mister - unde s-a dus tot ce a intrat în el?

Gravitația - cheia noastră către un viitor fericit?

Cercetătorii sunt încrezători că viitorul energetic al omenirii poate fi format dintr-o gaură neagră. Ce se află în interiorul acestui sistem este încă necunoscut, dar s-a putut stabili că la orizontul evenimentelor orice materie se transformă în energie, dar, desigur, parțial. De exemplu, o persoană, aflându-se în apropierea punctului fără întoarcere, va oferi 10% din materie pentru procesarea acesteia în energie. Această cifră este pur și simplu colosală, a devenit o senzație printre astronomi. Cert este că pe Pământ, când materia este procesată în energie cu doar 0,7 la sută.

Voi încerca să răspund la câteva întrebări care apar din film în rândul publicului.

1) De ce arată gaura neagră a lui Gargantua așa în film?

Filmul Interstellar este primul Film de lung metrajîn istoria cinematografiei, unde vizualizarea unei găuri negre a fost aplicată pe baza fizică model matematic. Simularea a fost realizată de o echipă de 30 de persoane (departamentul de efecte vizuale al lui Pavel Franklin) în colaborare cu Kip Thorne, un fizician teoretician de renume mondial, cunoscut pentru munca sa în teoria gravitației, astrofizică și teoria cuantica măsurători. Aproximativ 100 de ore au fost petrecute pe un cadru, iar în total modelul a luat aproximativ 800 de terabytes de date.
Thorne a creat nu numai un model matematic, ci și a scris un software specializat (CGI) care a făcut posibilă construirea unui model computerizat de vizualizare.

Iată ce a făcut Thorn:

Desigur, este corect să ne punem întrebarea: este simularea lui Thorne prima din istoria științei? Și este imaginea lui Thorne ceva nemaivăzut până acum în literatura științifică? Desigur nu.
Jean Pierre Luminet de la Observatorul Paris-Mudon, Departamentul de Astrofizică Relativistă și Cosmologie, cunoscut și în întreaga lume pentru munca sa asupra găurilor negre și cosmologiei, este unul dintre primii oameni de știință care au imaginat o gaură neagră prin simulare pe computer. În 1987, a fost publicată cartea sa Black Holes: A Popular Introduction, unde scrie:

„Primele imagini computerizate ale unei găuri negre înconjurate de un disc de acreție au fost obținute de mine (Luminet, J.-P. (1979): Astron. Astrophys.). Calcule mai subtile au fost făcute de Mark (Marck, J.-A. (1993): Class. Quantum Grav) atât pentru metrica Schwarzschild, cât și pentru cazul unei găuri negre rotative. Imagini plauzibile - adică calculate ținând cont de curbura spațiului, deplasarea spre roșu și proprietăți fizice discul poate fi obținut pentru un punct arbitrar, chiar și în cadrul orizontului evenimentului. S-a realizat chiar și un film care arată cum se schimbă aceste distorsiuni pe măsură ce cineva se deplasează de-a lungul unei traiectorii asemănătoare timpului în jurul unei găuri negre (Delesalle, Lachieze-Rey și Luminet, 1993). Desenul este unul dintre cadrele sale pentru cazul mișcării de-a lungul unei traiectorii parabolice articulate "

Explicație pentru ce imaginea este așa cum este:

„Datorită curburii spațiu-timpului în vecinătatea unei găuri negre, imaginea sistemului diferă semnificativ de elipsele pe care le-am vedea dacă am înlocui gaura neagră cu un corp ceresc obișnuit de masă mică. Radiația de la partea superioară a discului formează o imagine directă și, din cauza distorsiunii puternice, vedem întregul disc (gaura neagră nu acoperă părțile discului din spatele lui de la noi). Partea inferioară a discului este și ea vizibilă datorită curbura semnificativă a razelor de lumină.”

Imaginea lui Lumine seamănă surprinzător cu rezultatul lui Thorne, pe care l-a obținut la mai bine de 30 de ani după opera francezului!

De ce în numeroase alte vizualizări, atât în ​​articole, cât și în filme de știință populară, o gaură neagră poate fi adesea văzută într-un mod complet diferit? Răspunsul este simplu: „desenul” computerizat al unei găuri negre pe baza unui model matematic este un proces foarte complex și consumator de timp, care adesea nu se încadrează în bugete modeste, astfel încât autorii se descurcă cel mai adesea cu munca unui designer, nu un fizician.

2) De ce discul de acreție al lui Gargantua nu este la fel de spectaculos pe cât se poate vedea în numeroase imagini și filme de popularitate? De ce gaura neagră nu ar putea fi arătată mai strălucitoare și mai impunătoare?

Voi combina această întrebare cu următoarele:

3) Se știe că discul de acreție al unei găuri negre este o sursă de radiații foarte intense. Astronauții ar muri pur și simplu dacă s-ar apropia de o gaură neagră.

Și într-adevăr este. Găurile negre sunt motoarele celor mai strălucitoare și mai energetice surse de radiații din univers. Conform conceptelor moderne, inima quasarurilor, care uneori strălucește mai puternic decât sute de galaxii toate la un loc, este o gaură neagră. Cu gravitația sa, atrage mase uriașe de materie, făcându-l să se micșoreze într-o zonă mică sub o presiune inimaginabil de mare. Această substanță se încălzește, reacțiile nucleare curg în ea cu emisia celor mai puternice radiații X și gamma.
Acesta este cât de des este desenat un disc clasic de acumulare a găurii negre:

Dacă Gargantua ar fi așa, atunci un astfel de disc de acreție ar ucide astronauții cu radiația sa. Acreția la gaura neagră a lui Thorne nu este atât de densă și masivă; conform modelului său, temperatura discului nu este mai mare decât la suprafața Soarelui. Acest lucru se datorează în mare măsură faptului că Gargantua este o gaură neagră supermasivă cu o masă de cel puțin 100 de milioane de mase solare, cu o rază de o unitate astronomică.
Aceasta nu este doar o gaură neagră supermasivă, ci și o gaură neagră ultramasivă. Chiar și gaura neagră din centrul Căii Lactee are, conform diverselor estimări, o masă de 4-4,5 milioane de mase solare.
Deși Gargantua este departe de a fi un campion. De exemplu, o gaură din galaxia NGC 1277 are o masă de 17 miliarde de sori.
Ideea de a-și imagina un astfel de experiment în care oamenii explorează o gaură neagră îl deranjează pe Thorne încă din anii 80. Deja în cartea sa „Găuri negre și faldurile timpului. Moștenirea îndrăzneață a lui Einstein, publicată în 1990, Thorne are în vedere un model ipotetic de călătorie interstelară în care cercetătorii studiază găurile negre, dorind să se apropie cât mai mult de orizontul evenimentelor pentru a înțelege mai bine proprietățile acestuia.
Cercetătorii încep cu o mică gaură neagră. Nu le convine deloc pentru că forțele de maree pe care le creează sunt prea mari și pun viața în pericol. Ei schimbă obiectul de studiu într-o gaură neagră mai masivă. Dar nici ea nu-i satisface. În cele din urmă, se îndreaptă spre uriașul Gargantua.
Gargantua este situat lângă quasarul 3C273 - ceea ce vă permite să comparați proprietățile celor două găuri.
Observându-le, cercetătorii pun întrebarea:

„Diferența dintre Gargantua și 3C273 pare surprinzătoare: de ce nu are Gargantua, de o mie de ori masa și dimensiunea ei, o gogoașă atât de rotundă de gaz și jeturi quasar gigantice?

Discul de acreție Gargantua este relativ rece, nu masiv și nu radiază atât de multă energie ca într-un quasar. De ce?

„După studii telescopice, Bret găsește răspunsul: o dată la câteva luni, o stea care orbitează în jurul găurii centrale 3C273 se apropie de orizont și este sfâșiată de forțele de maree ale găurii negre. Rămășițele stelei, aproximativ 1 masă solară , stropesc în vecinătatea găurii negre. Treptat, frecarea internă antrenează gazul care se stropește în interior Acest gaz proaspăt compensează gazul pe care gogoșia îl furnizează în mod constant orificiului și jeturilor, astfel încât gogoșia și jeturile își mențin rezervele de gaz și continuă să strălucește puternic.
Bret explică că stelele se pot apropia și de Gargantua. Dar, deoarece Gargantua este mult mai mare decât 3C273, forțele sale de maree deasupra orizontului evenimentelor sunt prea slabe pentru a distruge steaua. Gargantua înghite stelele întregi, fără a-și împroșca interiorul în gogoșia din jur. Și fără gogoși, Gargantua nu poate crea jeturile și alte caracteristici ale quasarului.”

Pentru ca un disc radiant masiv să existe în jurul unei găuri negre, trebuie să existe material de construcție din care se poate forma. Într-un quasar, aceștia sunt nori denși de gaz, foarte aproape de gaura neagră a unei stele. Iată modelul clasic pentru formarea unui disc de acreție:

În Interstellar, este clar că pur și simplu nu există nimic din care să apară un disc de acumulare masivă. Nu există nori denși sau stele din apropiere în sistem. Dacă a fost ceva, totul a fost mâncat cu mult timp în urmă.
Singurul conținut al lui Gargantua sunt nori de gaz interstelar de densitate scăzută, creând un disc de acreție slab, „la temperatură scăzută”, care nu radiază la fel de intens ca discurile clasice din quasari sau sisteme binare. Prin urmare, radiația discului Gargantua nu va ucide astronauții.

Thorne scrie în The Science of Interstellar:

"Un disc de acreție tipic are emisii foarte intense de raze X, gamma și radio. Atât de puternic încât va prăji orice astronaut care decide să fie aproape. Discul Gargantua prezentat în film este un disc extrem de slab. "Slab" - nu de standardele umane, desigur, dar după standardele quasarurilor tipice. În loc să fie încălzit la sute de milioane de grade, așa cum sunt discurile de acreție a quasarului, discul Gargantua este fierbinte doar la câteva mii de grade, aproximativ la fel ca suprafața Soare.Emite multă lumină, dar aproape deloc raze X și raze gamma. Astfel de discuri pot exista în etapele ulterioare ale evoluției găurii negre. Prin urmare, discul Gargantua este destul de diferit de imaginea pe care o vedeți adesea pe diverse resurse populare de astrofizică”.

Este Kip Thorne singurul care a sugerat existența unor discuri reci de acumulare în jurul găurilor negre? Desigur nu.

Discurile reci de acreție ale găurilor negre au fost mult timp studiate în literatura științifică:
Potrivit unor rapoarte, gaura neagră supermasivă din centrul Căii Lactee, Săgetător A* (Sgr A*), are exact același disc de acreție rece:

În jurul găurii noastre negre centrale, ar putea fi un inactiv disc de acumulare rece, rămase (din cauza vâscozității scăzute) din „tinerețea turbulentă” a Sgr A*, când rata de acumulare era mare. Acum acest disc „aspiră” gazul fierbinte, împiedicându-l să cadă în gaura neagră: gazul se depune în disc la distanțe relativ mari de gaura neagră.

(c) Stele apropiate și un disc de acreție inactiv în Sgr A∗: eclipse și erupții
Serghei Nayakshin1 și Rashid Sunyaev. // 1. Max-Planck-Institut fur Astrophysik, Karl-Schwarzschild-Str. Garching, Germania 2. Institutul de Cercetare Spațială, Moscova, Rusia

Sau Cygnus X-1:

S-au efectuat analize spectrale și temporale un numar mare observații de către observatorul RXTE ale găurilor negre în creștere Cygnus X-1, GX339-4 și GS1354-644 în starea spectrală scăzută în perioada 1996-1998. Pentru toate cele trei surse s-a găsit o corelație între frecvențele caracteristice variabilității haotice și parametrii spectrali - panta spectrului de radiații Comptonizate și amplitudinea relativă a componentei reflectate. Relația dintre amplitudinea componentei reflectate și panta spectrului de comptonizare arată că mediul reflector ( disc de acumulare rece) este principalul furnizor de fotoni moi pentru regiunea de comptonizare.

(c) Raport la conferința organizației SPIE „Astronomical Telescopes and Instrumentation”, 21-31 martie 2000, München, Germania

Interacțiunea dintre stele și un Disc de acreție inactivîntr-un Miez Galactic // Vladimır Karas. Institutul Astronomic, Academia de Științe, Praga, Republica Cehă și

(c) Universitatea Charles, Facultatea de Matematică și Fizică, Praga, Republica Cehă // Ladislav Subr. Universitatea Charles, Facultatea de Matematică și Fizică, Praga, Republica Cehă

Găurile negre „liniștite” sunt similare cu gaura din Nebuloasa Andromeda - una dintre primele găuri negre supermasive descoperite. Masa sa este de aproximativ 140 de milioane de mase solare. Dar au găsit-o nu prin radiații puternice, ci prin mișcarea caracteristică a stelelor în jurul acestei zone. Nucleele unor astfel de galaxii nu posedă radiații „quasar” intense. Iar astrofizicienii au ajuns la concluzia că materia pur și simplu nu cade în această gaură neagră. Această situație este tipică pentru galaxiile „calme”, precum Nebuloasa Andromeda și Calea Lactee.

Galaxiile cu găuri negre active sunt numite galaxii active sau Seyfert. Galaxiile Seyfert includ aproximativ 1% din toate galaxiile spirale observate.

Cum au găsit o gaură neagră supermasivă în Nebuloasa Andromeda este bine arătat în filmul științific popular al BBC Supermassive Black Holes.

4) Se știe că găurile negre au forțe de maree mortale. Nu vor sfărâma atât astronauții, cât și planeta lui Miller, care în film este prea aproape de orizontul evenimentelor?

Chiar și Wikipedia laconica scrie despre o proprietate importantă a unei găuri negre supermasive:

„Forțele mareelor ​​din apropierea orizontului evenimentelor sunt mult mai slabe datorită faptului că singularitatea centrală este situată atât de departe de orizont încât un ipotetic astronaut care călătorește spre centru. gaură neagră, nu va simți efectele forțelor extreme ale mareelor ​​până când nu se scufundă foarte adânc."

Toate sursele științifice și populare care descriu proprietățile găurilor negre supermasive sunt de acord cu acest lucru.

Locația punctului în care forțele de maree ating o asemenea magnitudine încât distrug obiectul care a căzut acolo depinde de dimensiunea găurii negre. Pentru găurile negre supermasive, cum ar fi cele situate în centrul galaxiei, acest punct se află în orizontul lor de evenimente, astfel încât un astronaut ipotetic își poate traversa orizontul de evenimente fără a observa deformații, dar după ce traversează orizontul de evenimente, căderea lui în centru a găurii negre este deja inevitabil. Pentru găurile negre mici, în care raza Schwarzschild este mult mai aproape de singularitate, forțele mareelor ​​vor ucide astronautul înainte ca acesta să ajungă chiar la orizontul evenimentelor.

(c) Găurile negre Schwarzschild // Relativitatea generală: o introducere pentru fizicieni. - Cambridge University Press, 2006. - P. 265. - ISBN 0-521-82951-8.

Desigur, masa lui Gargantua a fost aleasă pentru a nu sfâșia astronauții de maree.
Merită remarcat faptul că Thorn Gargantua din 1990 este ceva mai masiv decât Interstellar:

„Calculele au arătat că, cu cât gaura este mai mare, cu atât racheta are nevoie de mai puțină forță pentru a o menține pe un cerc cu orizont de evenimente de 1,0001. Pentru o tracțiune dureroasă, dar tolerabilă, de 10 g Pământ, masa găurii ar trebui să fie de 15 trilioane de mase solare. Cea mai apropiată dintre aceste găuri se numește Gargantua, este situată la o distanță de 100.000 de ani lumină de galaxia noastră și la 100 de milioane de ani lumină de grupul de galaxii Fecioara, în jurul căruia se învârte Calea Lactee. De fapt, se află lângă quasarul 3C273, la 2 miliarde de ani lumină de Calea Lactee...
Când intri pe orbita lui Gargantua și faci măsurătorile obișnuite, ești convins că masa lui este într-adevăr de 15 trilioane de mase solare și că se rotește foarte încet. Din aceste date, calculezi că circumferința orizontului său este de 29 de ani lumină. În cele din urmă, calculează că aceasta este o gaură, a cărei vecinătate o puteți explora, experimentând forțe admisibile de maree și accelerație!

În cartea din 2014 The Science of Interstellar, în care Kip Thorne descrie aspectele științifice ale lucrului la film, el oferă deja o cifră de 100 de milioane de mase solare - dar observând că aceasta este masa minimă care poate fi „confortabilă” în raport cu forțele de maree ale găurii negre.

5) Cum poate planeta lui Miller să existe atât de aproape de o gaură neagră? Va fi sfâșiat de forțele mareelor?

Astronomul Phil Plant, cunoscut sub porecla „Astronomul rău” pentru scepticismul său înverșunat, pur și simplu nu a putut trece de Interstellar. În plus, înainte de asta, a distrus furios multe filme senzaționale, precum Gravity, cu scepticismul său plictisitor.

„Abia așteptam cu nerăbdare Interstellar.. Dar ceea ce am văzut a fost teribil. Acesta este un eșec total. Chiar, chiar nu mi-a plăcut.”

scrie el în articolul său din 6 noiembrie.
Phil spune că în ceea ce privește știința, filmul este o prostie completă. Care nici măcar într-un cadru ipotetic nu poate corespunde ideilor științifice moderne. A condus în special în jurul planetei lui Miller. O planetă ar putea orbita o astfel de gaură neagră în mod stabil, a spus el, dar orbita ei ar trebui să fie de cel puțin trei ori mai mare decât Gargantua. Ceasul va merge mai încet decât pe Pământ, dar doar cu 20 la sută. Stabilitatea unei planete aproape de o gaură neagră, așa cum se arată în film, este o ficțiune imposibilă. În plus, va fi complet sfâșiat de forțele de maree ale găurii negre.

Dar pe 9 noiembrie, Plate apare cu un nou articol. El o sună Urmărire: Interstelar Mea Culpa. Criticul științific ireprimabil a decis să se pocăiască.

„Am greșit din nou. Dar indiferent de amploarea greșelilor mele, mereu încerc să le recunosc. La urma urmei, știința însăși ne obligă să ne recunoaștem greșelile și să învățăm din ele!”

Phil Plant a recunoscut că a făcut greșeli în considerațiile sale și a ajuns la concluzii greșite:

„În recenzia mea, am vorbit despre planeta lui Miller care orbitează aproape de gaura neagră. O oră petrecută pe planetă este egală cu șapte ani pământeni. Plângerea mea a fost că, cu o asemenea dilatare a timpului, o orbită stabilă a planetei ar fi imposibilă.
Și asta este adevărat... pentru o gaură neagră care nu se rotește. Greșeala mea a fost. că nu am folosit ecuațiile corecte pentru o gaură neagră care se învârtea repede! Acest lucru schimbă foarte mult imaginea spațiu-timp în jurul unei găuri negre. Acum înțeleg că poate exista o orbită stabilă pentru această planetă în jurul unei găuri negre și atât de aproape de orizontul evenimentelor încât este posibilă dilatarea timpului indicată în film. Practic, m-am înșelat.
Am mai afirmat în analiza mea inițială că mareele gravitaționale ar distruge această planetă. M-am consultat cu câțiva astrofizicieni care au spus și că mareele Gargantua probabil ar trebui să distrugă planeta, dar acest lucru nu a fost încă confirmat matematic. Încă lucrează la o soluție la această problemă - și de îndată ce va fi rezolvată, voi publica soluția. Eu însumi nu pot spune dacă am avut dreptate sau greșit în analiza mea - și chiar dacă am avut dreptate, considerentele mele au vizat totuși doar o gaură neagră nerotitoare, deci nu sunt valabile pentru acest caz.
Pentru a rezolva o astfel de problemă, multe probleme matematice trebuie discutate. Dar nu știu exact cât de departe era planeta lui Miller de Gargantua și, prin urmare, este foarte greu de spus dacă mareele ar fi distrus-o sau nu. Nu am citit încă „The Science of Interstellar” de către fizicianul și producătorul executiv Kip Thorne – cred că va arunca puțină lumină asupra acestei probleme.
Cu toate acestea, m-am înșelat cu privire la stabilitatea orbitei - și acum consider că este necesar să anulez această afirmație a mea pe film.
Deci, pentru a rezuma: imaginea fizică din apropierea găurii negre, prezentată în film, este de fapt în concordanță cu știința. Am făcut o greșeală pentru care îmi cer scuze.

Ikjyot Singh Kohli, un fizician teoretician la Universitatea Yore, a postat soluții la ecuații pe pagina sa, demonstrând că existența planetei lui Miller este pe deplin posibilă.
A găsit o soluție în care planeta ar exista în condițiile prezentate în film. Dar a discutat și problema forțelor mareelor, care se presupune că ar trebui să distrugă planeta. Soluția lui arată că forțele mareelor ​​sunt prea slabe pentru a o rupe.
El a susținut chiar și prezența undelor gigantice pe suprafața planetei.

Considerații de Singh Kohli cu exemple de ecuații aici:

Acesta este modul în care Miller Thorne arată locația planetei în cartea sa:

Există puncte în care orbita va fi instabilă. Dar Thorne a găsit și o orbită stabilă:

Forțele mareelor ​​nu sfâșie planeta, ci o deformează:

Dacă planeta se învârte în jurul sursei forțelor mareelor, atunci acestea își vor schimba în mod constant direcția, deformând-o în moduri diferite în diferite puncte ale orbitei. Într-o poziție, planeta va fi aplatizată de la est la vest și întinsă de la nord la sud. Într-un alt punct al orbitei, este strâns de la nord la sud și întins de la est la vest. Deoarece gravitația lui Gargantua este atât de puternică, tensiunea și frecarea interioară în schimbare vor încălzi planeta, făcând-o foarte fierbinte. Dar așa cum am văzut în film, planeta lui Miller arată foarte diferit.
Prin urmare, ar fi corect să presupunem că planeta este întotdeauna îndreptată spre Gargantua pe o parte. Și acest lucru este natural pentru multe corpuri care se învârt în jurul unui obiect gravitator mai puternic. De exemplu, Luna noastră, mulți sateliți ai lui Jupiter și Saturn sunt întotdeauna îndreptați către planetă cu o singură parte.

Thorn a mai spus și un alt punct important:

„Dacă te uiți la planeta lui Miller de pe planeta Manna, poți vedea cum se învârte în jurul lui Gargantua cu o perioadă orbitală de 1,7 ore, acoperind aproape un miliard de kilometri în acest timp. Cam jumătate din viteza luminii! Din cauza dilatarii timpului pentru echipajul Ranger, aceasta perioada este redusa la o zecime de secunda. Este foarte rapid! Și nu este mult mai rapidă decât viteza luminii? Nu, pentru că în cadrul de referință al spațiului în mișcare asemănător unui vortex din jurul Gargantua, planeta se mișcă mai lent decât lumina.
In al meu model științificÎn film, planeta este întotdeauna îndreptată spre gaura neagră pe o parte și se rotește cu o viteză vertiginoasă. Forțele centrifuge nu vor sfâșia planeta din cauza acestei viteze? Nu: ea este din nou salvată de vârtejul învârtit al spațiului. Planeta nu se va simți distructivă forțe centrifuge, deoarece spațiul însuși se rotește cu el cu aceeași viteză"

6) Cum sunt posibile astfel de valuri gigantice pe suprafața planetei lui Miller?

La această întrebare, Thorne răspunde după cum urmează:

„Am făcut calculele fizice necesare și am găsit două interpretări științifice posibile.
Ambele soluții necesită ca poziția axei de rotație a planetei să fie instabilă. Planeta ar trebui să se clătinească într-un anumit interval, așa cum se arată în imagine. Acest lucru se întâmplă sub influența gravitației lui Gargantua.

Când am calculat perioada acestui leagăn, am primit o valoare de aproximativ o oră. Și asta a coincis cu timpul ales de Chris - înainte de asta nu știa încă despre interpretarea mea științifică!
Al doilea model al meu este tsunami-ul. Forțele de maree ale lui Gargantua pot deforma crusta planetei lui Miller, cu aceeași perioadă (1 oră). Aceste deformari pot crea cutremure foarte puternice. Ele pot genera tsunami care sunt mult mai mari decât oricare dintre cele văzute vreodată pe Pământ”.

7) Cum sunt posibile manevrele incredibile ale lui Endurance și Ranger pe orbită în jurul lui Gargantua?

1) Endurance se deplasează pe o orbită de parcare cu o rază egală cu 10 raza lui Gargantua, iar echipajul care se îndreaptă spre Miller Point se deplasează cu o viteză de C/3. Planeta lui Miller se mișcă la 55% din C.
2) Ranger-ul trebuie să decelereze de la C/3 pentru a coborî orbita și a se apropia de Miller Point. Acesta încetinește la c/4 și ajunge în vecinătatea planetei (desigur, trebuie să urmați un calcul strict aici pentru a lovi. Dar aceasta nu este o problemă pentru computer)

Mecanismul pentru o astfel de schimbare semnificativă a vitezei este descris de Thorne:

„Stelele și micile găuri negre se învârt în jurul unor găuri negre gigantice precum Gargantua. Ei sunt cei care pot crea forțele definitorii care îl vor abate pe Ranger de pe orbita sa circulară și îl vor trimite în jos pe Gargantua. O manevră gravitațională similară este adesea folosită de NASA în sistem solar, deși folosește gravitația planetelor, nu gaura neagră. Detaliile acestei manevre nu sunt dezvăluite în Interstellar, dar manevra în sine este menționată atunci când se vorbește despre utilizarea unei stele neutronice pentru a încetini viteza.”

Steaua neutronică este prezentată de Thorne în figură:

Întâlnirea cu o stea neutronică vă permite să schimbați viteza:

„O astfel de aproximare poate fi foarte periculoasă; Ranger-ul trebuie să se apropie suficient de steaua neutronică (sau de mica gaură neagră) pentru a simți gravitația puternică. Dacă o stea în decelerare sau o gaură neagră cu o rază mai mică de 10.000 km, atunci oamenii și Ranger-ul vor fi sfâșiați de forțele mareelor. Prin urmare, o stea neutronică trebuie să aibă o dimensiune de cel puțin 10.000 km.
Am discutat această problemă cu Nolan în timpul producției scenariului, sugerând o alegere între o gaură neagră sau o stea neutronică. Nolan a ales o stea neutronică. De ce? Pentru că nu a vrut să confunde telespectatorii cu două găuri negre”.

„Găurile negre, numite IMBH (Intermediate-Mass Black Holes), sunt de zece mii de ori mai mici decât Gargantua, dar de o mie de ori mai grele decât găurile negre obișnuite. Cooper are nevoie de un astfel de deviator. Se crede că unele IMBH se formează în clustere globulare, iar unele se găsesc în nucleele galaxiilor, unde se găsesc și găuri negre gigantice. Cel mai apropiat exemplu este Nebuloasa Andromeda, cea mai apropiată galaxie de noi. În miezul Andromedei există o gaură similară cu Gargantua - aproximativ 100 de milioane de mase solare. Când IMBH trece prin orice regiune cu o populație stelar densă, efectul „frecării dinamice” încetinește viteza IMBH și scade din ce în ce mai jos, apropiindu-se din ce în ce mai mult de gaura neagră gigantică. Ca rezultat, IMBH ajunge în imediata apropiere a găurii negre supermasivă. Astfel, natura i-ar putea oferi lui Cooper o astfel de sursă de deviație gravitațională.

Vedeți aplicația reală a „prăștiei gravitaționale” pe exemplul navelor spațiale interplanetare - de exemplu, citiți istoria Voyagers.