Кип Торн - Интерстеллар: наука за кадром

Глава 6. Анатомия Гаргантюа

Об описанных в этой главе свойствах черных дыр см. главу 7 книги «Черные дыры и складки времени» [Торн 2009], а на более сложном уровне, с уравнениями – Gravity: An Introduction to Einstein’s General Relativity [Hartle 2003]. Также см. приложение «Некоторые технические примечания» в этой книге. Об огненной оболочке и орбитах заключенных в ней фотонов см. технический документ Эдварда Тео [Teo 2003].

О гравитационных пращах на более сложном уровне, чем в этой книге, см. статью в «Википедии» en.wikipedia.org/wiki/Gravity_assist, однако не верьте тому, что там говорится о пращах вокруг черных дыр: утверждение (по состоянию на 4 июля 2014 года): «Если космолет приближается к радиусу Шварцшильда [горизонту. – К. Т.] черной дыры, пространство становится настолько искривлено, что уход с орбиты гравитационной пращи потребует больше энергии, чем можно получить от черной дыры» – в корне неверно. Статьи из «Википедии» всегда стоит читать с некоторой долей скептицизма: по моим оценкам, около 10 процентов утверждений из «Википедии», относящихся к областям знаний, в которых специализируюсь я, неверны или вводят в заблуждение.

Более надежная, чем в «Википедии», но менее полная информация о гравитационных пращах: www2.jpl.nasa.gov/basics/grav/primer.php. Компьютерная игра по мотивам «Интерстеллар» на тему гравитационных маневров: Game.InterstellarMovie.com.

В меру сложно о черных дырах средней массы, которые в Кип-версии требуются для гравитационных пращей, написано в главе 4 книги Black Hole Astrophysics: The Engine Paradigm [Meier 2012].

Программа Дэвида Сароффа для генерации и исследования сложных орбит вокруг быстровращающихся черных дыр (как на рис. 7.6): demonstrations.wolfram.com/3DKerrBlackHoleOrbits.

Многие физики моделировали гравитационное линзирование звездного поля черными дырами, как это делалось для «Интерстеллар»; информацию об этом можно найти в интернете. Особенно впечатляют работы Алена Риасуэло, см.: www2.iap.fr/users/riazuelo/interstellar. Также см. примечания к главе 28 ниже.

Мы с командой Пола Франклина планируем написать несколько научных статей о моделировании, выполненном с помощью моих уравнений для создания изображений Гаргантюа, ее диска и червоточины, а также о некоторых дополнительных расчетах, показавших любопытные результаты. Эти статьи можно будет найти по адресу: arxiv.org/find/gr-qc.

Подробная информация о квазарах, аккреционных дисках и джетах: Gravity’s Fatal Attraction [Begelman, Rees 2009], глава 9 в книге «Черные дыры и складки времени» [Торн 2009], а также (более сложный текст) Black Hole Astrophysics [Meier 2012]. О приливном разрушении звезд черными дырами и о формировании аккреционных дисков см. сайт Джеймса Гиллокона (результаты моделирования, выполненного им и его коллегами, использованы для рис. 9.5 и 9.6): astrocrash.net/projects/tidal-disruption-of-stars/. Из реалистичных (с точки зрения астрофизики) видеороликов об аккреционных дисках и джетах я рекомендую работы Ральфа Келера (Стэнфордский университет), которые основаны на моделированиях Джонатана Маккини, Александра Чеховского и Роджера Блэндфорда [McKinney, Tchekhovskoy, Blandford 2012]: slac.stanford.edu/~kaehler/homepage/visualizations/black-holes.html. Изображения аккреционного диска с эффектом Доплера и с гравитационным линзированием см. на сайте астрофизика Эвери Бродерика: science.uwaterloo.ca/~abroderi/Press/. О моделировании, благодаря которому в «Интерстеллар» изображен аккреционный диск (например, рис. 9.9), будет рассказано в одной или нескольких статьях, которые появятся на arxiv.org/find/gr-qc.

Мне не встречалась информация нетехнического плана о результатах моделирования, которые показывают увеличение (а не уменьшение) звездной плотности вблизи массивной черной дыры. Технические рассуждения и анализ см. в главе 7 книги Dynamics and Evolution of Galactic Nuclei [Merritt 2013], особенно рис. 7.4.

Если вы смотрите новости науки по телевизору или просто интересуетесь окружающим миром, вам известны примеры сценариев, описанных в этой главе моими коллегами-биологами – к счастью, примеры небольших масштабов, а не глобальные катастрофы. Недавний случай: вирус, убивающий растения, переметнулся на пчел, blogs.scientificamerican.com/artful-amoeba/2014/01/31/suspicious-virus-makes-rare-cross-kingdom-leap-from-plants-to-honeybees. Это впечатляет куда больше, чем переход заболевания от окры к кукурузе, как это происходит в «Интерстеллар», хоть в случае с пчелами патоген и гораздо менее летален. Еще пример – стремительное вымирание некоторых видов деревьев в Америке. Это не только американский каштан, о котором говорил в главе 11 Мееровиц, но и американский вяз (andscaping.about.com/cs/treesshrubs/a/american_elms.htm), а также ели рядом с моей хижиной на горе Паломар, недалеко от 200-дюймового телескопа.

Круговорот кислорода между пригодными для дыхания молекулами О2, диоксидом углерода СО2, а также другими соединениями кислорода (менее высокими темпами) называется «кислородным циклом» Земли. Круговорот углерода между атмосферным СО2, растениями (мертвыми и живыми) и (гораздо медленнее) другими его формами, такими как уголь, нефть и керогены, называется «углеродным циклом». Очевидно, что эти циклы взаимосвязаны. Из-за проблем с этими циклами и возникает необходимость эвакуировать людей с Земли.

Люди стремительно открывают всё новые и новые экзопланеты (планеты за пределами Солнечной системы). Ежедневно обновляемые каталоги можно посмотреть по адресам exoplanet.eu и exoplanets.org. Католог экзопланет, которые могут быть обитаемы: phl.upr.edu/hec. О поиске экзопланет и жизни за пределами Солнечной системы см. Mirror Earth: The Search for Our Planet’s Twin [Lemonick 2012] и Five Billion Years of Solitude: The Search for Life Among the Stars [Billings 2013]. Технические и научные подробности см. в The Exoplanet Handbook [Perryman 2011]. Замечательный рассказ о поиске внеземных цивилизаций (SETI) с помощью радиосигналов, а также другими способами: Confessions of an Alien Hunter: A Scientist’s Search for Extraterrestrial Intelligence [Shostak 2009].

О перспективных технологиях для межзвездных путешествий см. en.wikipedia.org/wiki/Interstellar_travel и fourthmillenniumfoundation.org. Астронавт Мэй Джемисон возглавляет проект, цель которого – выход человечества за пределы Солнечной системы в следующем столетии, см. 100yss.org. О межзвездных путешествиях посредством варп-двигателей и червоточин написано много чепухи. Технологии этого столетия, а скорее всего, и нескольких последующих не позволят добиться серьезных результатов на этом поприще, если только нам не поможет какая-нибудь сверхразвитая цивилизация, как это произошло в «Интерстеллар». Поэтому не стоит тратить время на чтение статей, утверждающих, что двигатели для межзвездных перелетов появятся уже при вашей жизни или даже при жизни ваших правнуков.

Подробные сведения о червоточинах см. в книге Lorentzian Wormholes: From Einstein to Hawking [Visser 1995], которую я крайне рекомендую, несмотря на ее почти двадцатилетнюю давность. Также советую последнюю главу книги «Черные дыры и складки времени» [Торн 2009], главу 9 из Time Travel and Warp Drives [Everett, Roman 2012] и главу 8 из Black Holes, Wormholes, and Time Machines [Al-Khalili 2012]. Актуальные сведения об экзотической материи, посредством которой можно удерживать червоточину открытой, см. в главе 11 из [Everett, Roman 2012].

Мы с командой Пола Франклина подробно расскажем о нашей работе над визуализацией червоточины в одной или нескольких статьях, которые планируем выложить по адресу arxiv.org/find/gr-qc.

Свежая информация о проекте ЛИГО и поиске гравитационных волн – на сайте научного коллектива ЛИГО ligo.org (в особенности см. разделы News и Magazine) и на сайте лаборатории ЛИГО ligo.caltech.edu; также см. фильм Кая Стаатса 2014 года: space.com/25489-ligo-a-passion-for-understanding-complete-film.html. В интернете можно найти мои лекции о гравитационных волнах и искривленной стороне Вселенной, например три лекции по адресу multimedia.ethz.ch/speakers/pauli/2011, которые нужно просматривать не в том порядке, как они показаны на странице, а наоборот – от нижней лекции в списке к верхней. Также лекция среднего технического уровня: youtube.com/watch?v=Lzrlr3b5aO8. Видеоролики о столкновении черных дыр и о порождаемых ими гравитационных волнах, основанные на моделировании команды SXS: blackholes.org/explore2.html.