Nije vam jasan kraj filma 'Interstellar'? Fizičar Kip Thorne daje sve odgovore

Piše Tanja Tolić

U nepoznatoj budućnosti biljne uši gotovo su u potpunosti uništile poljoprivredne kulture na Zemlji. Nekoć napredna civilizacija postala je agrarna zajednica, u kojoj bivši pilot i NASA-in astronaut Cooper (Matthew McConaughey) postaje obični farmer, a njegovu kćer Murph (kao odraslu je glumi Jessica Chastain) u školi uče da se putovanje na Mjesec nikad nije dogodilo. Dok Zemlja rapidno propada, čovječanstvu otkucava vrijeme – pitanje je vremena kad će ostati bez hrane i umrijeti. Jedino rješenje je pronalaženje novog planeta pogodnog za život, na čemu intenzivno radi profesor John Brand (Michael Cain) i njegova kći Amelia (Anne Hathaway). Nakon što se u blizini Saturna pojavi crvotočina, NASA šalje astronaute da pronađu novi dom...

To je, ukratko, sadržaj holivudskog blockbustera "Interstellar" koji je režirao Christopher Nolan, SF filma koji je od početka prikazivanja u listopadu 2014. godine zaradio gotovo 700 milijuna dolara i pobrao oduševljene kritike. Fascinantne scene putovanja kroz svemir, prolazak kroz crvotočinu, bliski susret s gigantskom crnom rupom, Gargantuom, padanje u višedimenzionalni svemir i zadivljujuće projekcije budućnosti oduševile su ne samo gledatelje, nego i znanstvenu zajednicu.

 

"Interstellar" je, naime, jedan od rijetkih SF filmova koji počiva na dokazanim znanstvenim činjenicama i uvjerljivim prepostavkama i spekulacijama, za što je zaslužan stručni suradnik na filmu, slavni 75-godišnji teorijski fizičar Kip Thorne, poznat po svojem doprinosu gravitacijskoj fizici i astrofizici. Dugogodišnji prijatelj Stephena Hawkinga i Carla Sagana, jedan od vodećih stručnjaka za astrofizičke implikacije Einsteinove opće teorije relativnosti, postavio je znanstvene temelje Nolanovu filmu, o čemu opsežno piše u svojoj knjizi od 336 stranica "The Science of Interstellar".

 

Njegova knjiga, koju smo pročitali na engleskom jeziku, napeto je štivo koje vješto čitatelja vodi kroz najnovije fizikalne teorije i zadivljenom gledatelju objašnjava što je u filmu doista moguće, što je pretpostavka educirane osobe, a što je spekulacija izvedena na temelju dosadašnjih otkrića u području astrofizike.

Thorne svoje objašnjenje počinje općim i kratkim pregledom razvoja (astro)fizike. Krajem 17. stoljeća Isaac Newton svojim je zakonima gibanja i konceptima sile, mase i ubrzanja (akceleracije) te jednadžbom koja ih je povezala (F=ma), omogućio da se objasni kretanje Mjeseca oko Zemlje i Zemlje oko Sunca. No 1915. godine Einstein i suradnici otkrili su da Newtonovi aksiomi ne vrijede u ravni jako brzog (tijela koja se kreću blizu brzine svjetlosti), ravni jako velikog (naš svemir kao cjelina) i ravni snažne gravitacije (primjerice, crne rupe). Kako bi riješio taj problem, Einstein je došao do relativističkih zakona fizike. Koristeći koncepte zakrivljenog prostora i zakrivljenog vremena, Einstein je relativističkim zakonima predvidio i teorijski objasnio, između ostaloga, širenje svemira, crne rupe, neutronske zvijezde i crvotočine.

Do 1924. godine postalo je pak kristalno jasno da Newtonovi zakoni također ne vrijede ni u području izrazito malenog (molekule, atomi i elementarne čestice). Kako bi riješili taj problem, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger i drugi dali su nam kvantne zakone fizike. Do 1957. godine, piše dalje Thorne, postalo je pak jasno da su relativistički zakoni i kvantni zakoni elementarno nekompatibilni. "Predviđaju različite stvari, nekompatibilne pojave, u području gdje je gravitacija snažna i kvantne fluktuacije jake. Posljedica tog 'braka na silu' nekompatibilnih relativističkih i kvantnih zakona novi su zakoni kvantne gravitacije", dodaje Thorne.

"Zasad još ne znamo koji su to zakoni kvantne gravitacije, no znanstvenici 21. stoljeća došli su do nekih zadivljujućih uvida, uključujući i teoriju superstruna. Usprkos tim uvidima, kvantna gravitacija i dalje je ostala gotovo terra incognita. To, međutim, ostavlja otvorena vrata znanstvenoj fantastici koju je iskoristio i Chris Nolan sa svojim 'Interstellarom'. Znanost filma počiva na sva četiri područja: Newtonovoj fizici, relativističkoj teoriji, kvantnoj fizici i kvantnoj gravitaciji. Dio onoga što Nolan 'koristi' u filmu slijedom toga počiva na dokazanim činjenicama, dio na educiranim pretpostavkama, a dio su čiste spekulacije", pojašnjava Thorne na početku knjige.

 

 

Za usporedbu, najudaljenija letjelica bez ljudske posade koju smo poslali na međuzvjezdano putovanje je Voyager 1, sada udaljen od Zemlje nekih 18 svjetlosnih godina. Da bi do tamo stigao, trebalo mu je 37 godina. Voyager putuje iz našeg Sunčevog sustava brzinom od 17 kilometara na sat.

Dakle, nakon dvije godine, posada stiže do crvotočine. Njima je ime nadjenuo Thorneov mentor, John Wheeler, koji je ideju dobio promatrajući crvotočine u jabuci. Za mrava koji hoda površinom jabuke, površina jabuke čitav je svemir. Ako se kroz jabuku probuši crvotočina, mrav ima dva moguća puta kojima može stići od vrha do dna jabuke: može hodati okolo, površinom jabuke, odnosno svojim svemirom, ili može proći kraćim putem, kroz crvotočinu. Crvotočina, dakle, povezuje dva kraja mravljeg svemira, poput tunela. Taj prolaz nije dio mravljeg svemira, to je trodimenzionalni natprostor, odnosno mravlji hipersvemir.

 

Kip Thorne ima iskustva u "gradnji" crvotočina. Naime, Carl Sagan originalno je u svojem "Kontaktu" iz 1985. zamislio da Eleanor Arroway putuje na Vegu kroz crnu rupu. Thorne mu je sugerirao ispravak – da Eleanor putuje kroz crvotočinu i priložio kalkulaciju kojom je dokazao da crvotočina mora biti ispunjena egzotičnom materijom. Sagan je prihvatio njegovu sugestiju i tako su crvotočine ušle u modernu znanstvenu fantastiku – romane, filmove i televizijske serije.

 

U "Interstellaru" je crvotočinu napravila, držala otvorenom i postavila je u blizini Saturna civilizacija koja živi u hipersvemiru. Naime, sa stajališta kvantne gravitacije naš je svemir membrana (fizičari je zovu "brana"), a "stanuje" u višedimenzionalnom "hiperprostoru" kojem su fizičari nadjenuli ime "bulk", odnosno natprostor. U "Interstellaru" likovi često spominju više dimenzija, konkretno njih pet. Tri dimenzije su prostorne dimenzije našeg svemira, odnosno naše membrane (istok-zapad, sjever-jug, gore-dolje). Četvrta dimenzija je vrijeme, a peta dimenzija je natprostor.

"Nema dokaza da hipersvemir doista postoji. Ipak, 1984. godine znanstvenici Michael Green s Londonskog sveučilišta i John Schwarz s Caltecha došli su do velikog napretka u potrazi za otkrićem zakona kvantne gravitacije, istražujući teoriju superstruna, no njihova su otkrića funkcionirala samo pod uvjetom da je naš svemir membrana koja se nalazi u hipersvemiru sastavljenom od jedne dimenzije vremena i devet prostornih dimenzija – ukratko, u natprostoru sa šest prostornih dimenzija više nego što ih ima naš svemir. Od njihova otkrića fizičari su teoriju superstruna počeli shvaćati ozbiljno, a slijedom toga vjerovati i da je ideja hipersvemira moguća", piše Thorne.

 

 

Kad astronauti prođu kroz crvotočinu, s druge strane ih dočeka gigantska crna rupa, Gargantua. "Interstellar" je prvi holivudski film koji znanstveno ispravno prikazuje crne rupe, na način na koji bi ih ljudi doista mogli vidjeti i iskusiti.

"Astronomi su vidjeli dovoljno uvjerljivih dokaza koji potvrđuju postojanje brojnih crnih rupa u našem svemiru. Najljepši primjer je masivna crna rupa u središtu naše galaksije, Mliječne staze. Andrea Ghez s UCLA, zajedno s malom grupom astronoma, promatrala je kretanje zvijezda oko te crne rupe. Promatrajući pomicanje zvijezda, Ghez je uspjela izračunati snagu gravitacije te crne rupe. Njezina gravitacijska sila, promatrana s fiksne pozicije, 4,1 milijuna puta je veća od Sunčeve privlačne sile s iste pozicije. To ujedno znači da je masa crne rupe 4,1 milijuna puta veća od Sunčeve!", piše Thorne u svojoj knjizi.

 

 

Sve crne rupe, pojašnjava Thorne, "završavaju" u singularitetu, točki u kojoj su sila, gustoća i zakrivljenost prostor-vremena beskonačni. Nama najbliža galaksija, Andromeda, sadrži golemu crnu rupu, 100 milijuna puta težu nego Sunce i površine koju ispisuje Zemlja kružeći svojom orbitom, što je težina i veličina Gargantue u filmu "Interstellar". Chris Nolan želio je da Gargantua izgleda onako kako doista izgleda rotirajuća crna rupa kad ju se gleda izbliza. Za vizualno rješenje bio je zadužen londonski studio za vizualne efekte Double Negative.

Kako posada svemirskog broda Endurance traga za planetima pogodnima za život, prvi takav planet na koji se spuste je tzv. Milleričin planet. Da bi se do njega spustili izvode nešto što je poznato kao – gravitacijska praćka, koja pomaže letjelice ubrzati ili usporiti. Taj manevar, objašnjava Thorne, nije fikcija; NASA ga je iskoristila već nekoliko puta u letovima kroz naš Sunčev sustav, ali koristeći za "odgurivanje" letjelice, u ovom slučaju ubrzanje, gravitaciju planeta, a ne crne rupe ili neutronske zvijezde kako je prikazano u filmu.

Primjerice, za let Cassinija koji je lansiran sa Zemlje u listopadu 1997. godine s premalo goriva da bi stigao na svoju destinaciju, Saturn. Više goriva nije ni moglo stati, ali je NASA nedostatak riješila koristeći upravo gravitacijske praćke: oko Venere 26. travnja 1998. godine; drugu također oko Venere 24. srpnja 1999.; oko Zemlje 18. kolovoza 1999. i zaobilaskom Jupitera 30. prosinca 2000. godine. Cassini je do Saturna stigao 1. srpnja 2004. godine, a usporio je uz pomoć gravitacijske praćke oko Saturnovog najbližeg mjeseca.

Taj manevar se u "Interstellaru" ne vidi, ali ga Cooper spominje kad kaže: "Mogao bih nas usporiti tako da zaobiđem tu neutronsku zvijezdu". Usporavanje je nužno jer je manja letjelica Ranger, kojim putuju na Milleričin planet, postala prebrza nakon što je upala u golemo gravitacijsko polje Gargantue, izlazeći iz Enduranceove orbite i ulazeći u Milleričinu orbitu pa se i kreće brže od Milleričinog planeta.

 

Ubrzo doznajemo da je jedan sat na Milleričinom planetu sedam godina na Zemlji, odnosno da vrijeme tamo prolazi šezdeset tisuća puta sporije negoli na Zemlji! Očekivano, Cooper postaje očajan jer su sve manje šanse da će, ako se ikada vrati kući, svoju kćer vidjeti živu. Putovanje u blizini Gargantue postaruje ga tek nekoliko sati, dok Murph na Zemlji ostari osam desetljeća!

 

Upravo Murph na početku filma u svojoj sobi otkrije gravitacijsku anomaliju – na pod neuobičajeno brzo pada prašina i pritom ostavlja uzorak nalik barkodu. Potom s polica, same od sebe, počnu padati knjige, zbog čega je Murph uvjerena da u sobi ima duhove. No njezin otac Cooper vrlo brzo shvaća kako se u sobi ne događa ništa nadnaravno, nego su u pitanju poremećaji u gravitaciji.

Gravitacijske anomalije sve su ono što odstupa od našeg uobičajenog poimanja gravitacije. Na Zemlji kakva je u "Interstellaru" znanstvenici bilježe gravitacijske anomalije posljednjih 50 godina. One su u filmu bitne jer profesor Brand vjeruje da bi NASA, ako on uspije otkriti kako ih kontrolirati, mogla u svemir poslati kolonije ljudi i spasiti ih s umirućeg planeta. Profesor Brand u filmu shvati da su gravitacijske anomalije posljedica prodora gravitacije iz pete dimenzije, odnosno iz hipersvemira. No da bi profesor riješio jednadžbu koju ispisuje na ploči, nedostaju mu kvantni podaci – podaci koji se nalaze upravo u singularitetu u crnoj rupi Gargantui.

"Daleko smo od toga da budemo sigurni da natprostor postoji. A ako doista i postoji, tek je pretpostavka da u njemu vladaju Einsteinovi zakoni relativnosti. Također, nemamo pojma da li natprostor, ako postoji, sadrži polja koja mogu stvoriti gravitacijske anomalije, a ako je i to točno, može li se tim anomalijama upravljati", napominje Thorne.

 

 

"Godine 1985. fizičari su vjerovali da su središta crnih rupa ispunjena kaotičnim, destruktivnim singularitetima koji bi rastrgali sve što u crnu rupu upadne. No u proteklih 25 godina otkrivene su dvije nove vrste singulariteta, mnogo nježnije. U svakom slučaju, dovoljno nježne da bi Cooper mogao preživjeti ako upadne u crnu rupu. Mislim, malo je vjerojatno, ali teoretski je moguće. Jedva. Osim toga, teorija hipersvemira postala je moguća, a ako postoji hipersvemir, moguće je da postoje i bića koja u njemu žive i koja bi mogla spasiti Coopera iz točke singulariteta", objašnjava Thorne.

 

Na kraju singulariteta Cooper pronalazi teserakt, 4D hiperkocku (jednostavnije rečeno, teserakt je kocki ono što je kocka kvadratu), koji su tamo smjestila bića iz hipersvemira. U Thorpeovoj interpretaciji filma teserakt propadne kroz singularitet u hipersvemir.

 

Prema filmu, Gargantua je od Zemlje udaljena 10 milijardi svjetlosnih godina mjereno na ravni našega svemira, no mjereno u hipersvemiru, to je tek udaljenost od Sunca do Zemlje. Dakle, Cooper relativno brzo može stići do Zemlje, dovoljno je nekoliko minuta, ako računamo da bića koja obitavaju u hipersvemiru na raspolaganju imaju napredne tehnologije. Teserakt, dakle, u jednom trenutku stiže do Murphine sobe.

Za bića koja žive u hipersvemiru, vrijeme je fizička dimenzija, pa slijedom toga postoji nebrojeno mnogo Murphinih soba, onoliko koliko i odsječaka vremena. Cooper se, zahvaljujući tome što se nalazi u teseraktu, može kretati mnogo brže nego vrijeme u Murphinoj sobi, što znači da svoju kćer može posjetiti u bilo kojem trenutku (vremena) – dok je još bila dijete i dok su knjige padale po podu (gurao ih je on, a ne duhovi), pa do vremena kad je Murph odrasla i gleda u sat koji joj je poklonio otac prije putovanja u svemir.

Fizički zakoni zakrivljenosti prostor-vremena ne dopuštaju trodimenzionalnim bićima da putuju natrag u prošlost, no Cooper ne putuje u 3D, nego u 4D svemiru. A gravitacijske sile, "dopustio" je redatelj, mogu prenijeti informaciju u prošlost. U filmu i Cooper i Murph postaju očajni dok vrijeme prolazi – jer on ostaje gotovo isti, a njegova kći stari. Nadu mu daje to što vjeruje da bi uz pomoć gravitacije mogao poslati kvantne podatke, odnosno podatke o zakonima kvantne gravitacije, Murph i profesoru Brandu kako bi spasili čovječanstvo.

 

Kako se čovječanstvo na kraju uspjelo spasiti? Jer to je veliko pitanje na koje gledatelji nisu dobili odgovor. Kip Thorne u knjizi spekulira – Murph je očito otkrila kako smanjiti Newtonovu gravitacijsku konstantu G unutar Zemlje.

 

Newton opći zakon gravitacije kaže: svaka dva tijela privlače se uzajamno silom koja je razmjerna umnošku njihovih masa, a obrnuto proporcionalna kvadratu njihove međusobne udaljenosti. Iz toga je izvedena gravitacijska jednadžba (g=Gm/r2), pri čemu je r radijus Zemlje, m je masa Zemlje, a G je Newtonova gravitacijska konstanta. Ako se prepolovi Newtonov G, Zemljina gravitacija smanjuje se za dva. Ako se G smanji za tisuću, i Zemljina gravitacija se smanjuje za tisuću.

U interpretaciji Kipa Thornea, ako bi se Newtonova konstanta smanjila unutar Zemlje na tisućiti dio svoje normalne vrijednosti na samo sat vremena, motori rakete mogli bi podignuti golemu koloniju ljudi u svemir. Zemlja bi, naravno, platila cijenu: nakon takve intervencije potresli bi je gigantski potresi i cunamiji, koji bi se ponovili nakon što bi se G vratila na normalnu vrijednost. Ali bi čovječanstvo bilo spašeno, a Cooper i 84-godišnja Murph ponovo bi se sreli. 



 

Facebook komentari

Novo u katalogu