Искусство и наука
Каким бы фантастическим, невероятным ни было искусство, оно неизбежно слабеет и вырождается, оказавшись в отрыве от реальности. Потому что человеческая фантазия ограничена и не может вместить Вселенную во всей ее полноте. И сценаристу, пишет ли он о хитросплетениях человеческих судеб или о чудесах воображаемых миров, приходится иной раз выглянуть в окно или позвонить знакомому астрофизику.
И современному кинематографу, вооруженному спецэффектами и компьютерной графикой, очевидно, становится тесно в рамках вымысла: он готов сцепиться с реальностью; если угодно, с фантазией Господа Бога.
За два года появились по крайней мере два фильма, сделанных с оглядкой на суровую реальность и с претензией на изрядную долю научной достоверности. Обе картины посвящены космосу.
Первый фильм — это «Гравитация» Альфонсо Куарона, космический триллер, предостерегающий нас о смертельной опасности космического мусора и напоминающий, что астронавты тоже плачут. Главных героев немного, их переживания просты, сильны и понятны, как и положено человеку на грани жизни и смерти. Назвать этот фильм фантастикой, конечно, нельзя, но он дает зрителю почувствовать космос: как там красиво, как бывает тяжело, как горит огонь и, главное, как эффектно и подчас неожиданно работают в пустоте законы сохранения классической механики. Уверен, сообразительный девятиклассник намного лучше сдаст выпускной экзамен по механике после просмотра такого фильма.
Но классическая механика — это XIX век! А а если подумать, то и XVII век. Что делать поколению, которое выросло в расширяющейся Вселенной, источенной квантовыми неопределенностями? Как показать жизнь в мире, где правит запутанное тяготение общей теории относительности, а то и вовсе неведомая квантовая гравитация?
Этот вызов тоже был принят, и буквально через год после «Гравитации» на экраны выходит эпическое полотно с не переведенным в отечественном прокате названием «Interstellar». Название можно было бы перевести как «Между звезд» или «Среди звезд», но как раз звезды в фильме мелькают только в качестве фона: даже далекие планеты обращаются не вокруг светила, подобного Солнцу, но около массивной черной дыры.
Режиссер Кристофер Нолан с самого начала поставил перед собой задачу создать нечто уровня «Космической одиссеи — 2001» Кубрика. И по масштабам, и по мастерству режиссуры, и по аккуратности научной составляющей. Естественно, подобный проект не мог обойтись без квалифицированного научного консультанта. И им стал крупный специалист по гравитации, черным дырам и кротовым норам, американский физик и астрофизик Кип Торн.
Астрофизикам он известен пределом вращения черной дыры, объектами Торна — Житков и работами по гравитационным волнам. Два года назад великий Кип Торн приезжал с визитом в МГУ. Рассказывал про то, как численно моделировать релятивистские поля тяготения, про загадочные «тендексы и вортексы» — вспомогательные величины, которые позволяют почувствовать структуру кривого пространства-времени.
И как бы невзначай обмолвился, что, будучи слишком стар для профессорской должности, сейчас пребывает вообще-то на пенсии, работает консультантом и сотрудничает с Голливудом. И вот, похоже, появился на свет результат этого сотрудничества.
Сюжет фильма — сочетание надвигающегося конца света, невероятной физики и семейной драмы. Земля не в состоянии удовлетворить потребности сельского хозяйства, болезни уничтожают урожай, Америку терроризируют пылевые бури — вот неполный список проблем, стоящих на повестке дня. У человечества остается один выход — поиск новой, еще не освоенной планеты.
В этом ему помогает появившаяся в районе орбиты Сатурна кротовая нора, ведущая в далекую галактику к странной планетной системе, где вместо солнца — черная дыра. Главный герой, в прошлом астронавт, оставляя на Земле несовершеннолетних детей, странным образом попадает на секретную базу NASA, входит в состав межзвездной экспедиции и возвращается на Землю только через много лет...
ِФизика среди звезд
Физическую часть фильма дополняет книга Торна «The science of `Interstellar`», выпуск которой приурочен к началу проката.
Для искушенного в науке зрителя главное новшество состоит в том, что впервые в художественном фильме можно увидеть настоящую черную дыру. Казалось бы, что сложного в том, чтобы нарисовать массивную точку, скрутившую вокруг себя пространство и остановившую время?
Но нет, и по крайней мере по двум причинам. Во-первых, гравитация искривляет траектории световых лучей, поэтому вид звездного неба, в котором появилась черная дыра, искажается. Во-вторых, на черную дыру падает вещество. И не просто падает, а, закручиваясь в спираль, образует сияющий аккреционный диск.
И хотя по форме аккреционный диск несильно отличается от, скажем, колец Сатурна (разве что чуть потолще и подинамичнее), мы видим его как этакую букву Θ (или, скажем, эмблему «Опеля»), где верхняя и нижняя дужки — два изображения дальней стороны диска, которые мы видим исключительно благодаря тяготению черной дыры.
То же тяготение может заставить фотон сделать и два, и три оборота вокруг массивного тела. И это тоже видно в фильме: вокруг темного диска Гаргантюа заметны тонкие полоски дополнительных изображений. Эффекты гравитационного линзирования (искривления лучей света полями тяготения) сделаны на совесть. При этом, к сожалению, совершенно проигнорированы другие важные эффекты — аберрация, благодаря которой одна сторона диска, приближающаяся к нам, должна выглядеть намного ярче, и эффект Допплера, смещающий видимые частоты. Скорее всего, настоящая черная дыра показалась больше похожей не на диск, а на серп.
<1>
Прожорливая черная дыра по имени Гаргантюа вообще похожа на монстра, обитающего в центре Галактики. Примерно те же размеры и такая же масса (на глаз — несколько миллионов солнечных) дают основания считать ее одной из так называемых сверхмассивных черных дыр. Их не следует путать с «маленькими» (несколько масс Солнца) черными дырами звездных масс, которые образуются в результате звездной эволюции и имеют размер порядка нескольких километров. Гаргантюа же, судя по фильму, может спокойно проглотить не только человека в скафандре, но и целую планету. А планеты вокруг дыры есть, хотя и непонятно откуда. Впрочем, жить на таких планетах, скорее всего, было бы невозможно — слишком много от аккреционных потоков губительного рентгеновского и гамма-излучения.
Один час, проведенный на этой планете, соответствует семи годам на Земле. Замедление времени в сильных гравитационных полях — вполне реальный эффект, но такой величины он достигает только на расстояниях порядка метра от горизонта событий. Это значит, что планета Миллер должна наполовину погрузиться под горизонт и, вообще говоря, долго на орбите не продержится — от силы несколько часов.
От растяжения времени, конечно же, никуда не уйти — без него сюжет лишился бы половины своего драматизма. Только благодаря этой релятивистской неточности главный герой становится моложе своей дочери, и мы снова вспоминаем, что астронавты тоже плачут. Парадокс близнецов, в специальной теории относительности (теория больших скоростей) или в общей (релятивистская теория гравитации), — давний и неисчерпаемый источник вдохновения для фантастов, один из немногих мостов между отвлеченными свойствами пространства-времени и стихией человеческих страстей.
«Oh so many years have gone
Though I'm older but a year
Your mother's eyes from your eyes cry to me».
Эти строки в 1975 году спел Брайан Мэй, не только гитарист группы Queen и автор многих песен, но и профессиональный астроном.
В «Интерстелларе» читается сразу несколько источников вдохновения. Многое, от вращающейся космической станции до сцены путешествия в черную дыру, явно унаследовано от «Космической одиссеи». Между прочим, и сама идея существования некой могущественной цивилизации, готовой помочь человечеству, восходит к Кубрику (или, если угодно, к Кларку). А вот станция-ковчег больше всего напоминает цилиндрический корабль пришельцев из романа «Свидание с Рамой» того же Артура Кларка.
Наконец, говоря о параллелях и намеках, нельзя не остановиться на одном, который, по-видимому, приготовил для нас Кип Торн. В нескольких сценах в фильме появляется старомодная меловая доска, исписанная тензорными формулами. Попадаются слова «brane» и тому подобные. Здесь, безусловно, создатели фильма ничуть не погрешили против истины: формулы или имеют прямое отношение к современной гравитации, либо с успехом могут сойти за такие.
Но, приглядевшись, можно в иных местах заметить помимо латинских и греческих индексов кириллические Я и Б. Иной раз даже подряд. Сразу появилась точка зрения, что ЯБ — это намек на Якова Борисовича Зельдовича, выдающегося советского физика и астрофизика.
Действительно, его ученики в основном поминают Якова Борисовича именно этой звучной аббревиатурой. И у Торна был повод ее выучить: в начале семидесятых годов он приезжал в Советский Союз и работал с группой Зельдовича. Заодно научился читать кириллицу, которую не забыл до сих пор, о чем свидетельствует автограф-посвящение студентам и сотрудникам ГАИШ.
<2>
Возвращаясь к теме фильма «Интерстеллар», попробую подвести итоги. Он, безусловно, стоит того, чтобы его посмотреть, хотя это удовольствие рискует растянуться на три часа (без учета растяжения времени). Стоит хотя бы для того, чтобы увидеть, как наука и искусство снова работают вместе.