Кип Торн - Интерстеллар: наука за кадром
Глава 30. Передача сообщений в прошлое
В балке, так же как и в нашей бране, положения в пространстве – времени, в которые можно передавать сообщения и вообще что-либо перемещать, ограничены законом, который гласит: ничто не может двигаться быстрее света. Чтобы изучить последствия этого закона, мы, физики, используем пространственно-временные схемы, на которых в точке каждого события располагается «световой конус будущего». Свет идет от этого события по световому конусу, а все остальное – то, что движется медленнее света, – попадает из точки события или на конус, или внутрь него. См., например, Gravity: An Introduction to Einstein’s General Relativity [Hartle 2003].
На рис. НТП.1 показан рисунок световых конусов будущего внутри тессеракта и на его гранях (в Кип-версии). Это математическое описание искривления пространства – времени, на которое я ссылаюсь в примечании 97 к главе 30. Физики называют такой рисунок световых конусов «каузальной структурой пространства – времени» внутри тессеракта. На рис. НТП.1 также показана мировая линия (фиолетовая кривая) гравитационно-волнового сообщения (силы), которое Купер отправил через тессеракт в спальню Мёрф, а также мировая линия луча света (красный пунктир), идущего из спальни через грани тессеракта, благодаря чему Купер видит, что происходит в спальне. Это пространственно-временная версия чисто пространственной схемы на рис. 30.5.
Рис. НТП.1. Каузальная структура пространства – времени внутри тессеракта; одно пространственное измерение опущено
Можете разобраться, почему гравитационно-волновое сообщение движется со скоростью света и тем не менее перемещается назад как относительно времени спальни, так и относительно времени Купера? И постарайтесь понять, как луч света, двигаясь со световой скоростью, перемещается, напротив, вперед относительно обоих времен. Сравните это с описанием картины Эшера (рис. 30.6) в главе 30.
Благодарности
Прежде всего благодарю за приглашение в Голливуд и мое знакомство с потрясающим миром кинобизнеса моего партнера Линду Обст, а также Кристофера Нолана, Эмму Томас, Джонатана Нолана, Пола Франклина и Стивена Спилберга.
Я благодарен Линде за дружбу и сотрудничество, давшие начало замыслу «Интерстеллар», и за то, как она вела этот проект через все испытания и беды, пока фильм не попал в руки к Кристоферу Нолану, который его так преобразил.
За знакомство с миром визуальных эффектов и возможность участвовать в визуализации червоточины, черной дыры Гаргантюа и ее аккреционного диска я благодарю Пола Франклина, Оливера Джеймса и Эжени фон Танзелманн, и также благодарю Оливера и Эжени за приятное сотрудничество.
За мудрые замечания и предложения относительно рукописи этой книги я благодарю Линду Обст, Джеффа Шрива, Эмму Томас, Кристофера Нолана, Джордана Голдберга, Пола Франклина, Оливера Джеймса, Эжени фон Танзелманн и Кэрол Роуз. За настойчивое стремление к тому, чтобы каждой строке этой книги были присущи точность и логика, я благодарю Лесли Хуанга и Дона Рифкина. За ценную помощь и/или советы по иллюстрациям спасибо Джордану Голдбергу, Эрику Леваю, Джеффу Шриву, Джулии Драскин, Джо Лопсу, Лии Хэллоран и Энди Томпсону. Спасибо Пэту Холлу, который помогал получать разрешения на использование иллюстраций.
За помощь в создании этой книги я благодарю Дрейка Макфили, Джеффа Шрива, Эми Черри и моих голливудских адвокатов Эрика Шермана и Кена Зиффрена (да, практически каждому, кто работает в Голливуде, необходим адвокат или агент, даже захолустному ученому).
А также за внимательность и поддержку при работе над фильмом и книгой я благодарю мою жену и подругу жизни Кэроли Уинстейн.
Библиография
Грин Б. Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности. – М.: Либроком, 2015.
Грин Б. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории. – М.: Либроком, 2011.
Л'Энгл М. Трещина во времени. – М.: АСТ, 2013.
Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. – М.: Мир, 1977.
Пайс А. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. – М.: Наука, 1989.
Пенроуз Р. Путь к реальности, или Законы, управляющие Вселенной. – М.; Ижевск: Институт компьютерных исследований; Регулярная и хаотическая динамика, 2007.
Прайс Р. и др. Будущее пространства – времени. – СПб.: Амфора, 2013.
Роузвер Н. Т. Перигелий Меркурия. От Леверье до Эйнштейна. – М.: Мир, 1985.
Рэндалл Л. Закрученные пассажи. Проникая в тайны скрытых размерностей пространства. – М.: Едиториал УРСС; Либроком, 2011.
Торн К. С. Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна. – М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 2009.
Фейнман Р. Характер физических законов. – М.: АСТ, 2011.
Хокинг С. Краткая история времени. – СПб.: Амфора, 2010.
Хокинг С. Мир в ореховой скорлупке. – СПб.: Амфора, 2013.
Хокинг С., Млодинов Л. Высший замысел. – СПб.: Амфора, 2012.
Хокинг С., Пенроуз Р. Природа пространства и времени. – СПб.: Амфора, 2014.
Эбботт Э. Флатландия. Бюргер Д. Сферландия. – СПб.: Амфора, 2001.
Adkins, J. F., Ingersoll, A. P., and Pasquero, C. (2005). “Rapid Climate Change and Conditional Instability of the Glacial Deep Ocean from the Thermobaric Effect and Geothermal Heating,” Quaternary Science Reviews, 24, 581–594.
Al-Khalili, J. (2012). Black Holes, Wormholes, and Time Machines, 2nd edition (CRC Press, Boca Raton, Florida).
Barrow, J. D. (2011). The Book of Universes: Exploring the Limits of the Cosmos (W. W. Norton, New York).
Bartusiak, M. (2000). Einstein’s Unfinished Symphony: Listening to the Sounds of Space-Time (The Berkeley Publishing Group, New York).
Baum, R., and Sheehan, W. (1997). In Search of the Planet Vulcan: The Ghost in Newton’s Clockwork Universe (Plenum Trade, New York).
Baumgart, A., Jennerjahn, T., Mohtadi, M., and Hebbeln, D. (2010). “Distribution and Burial of Organic Carbon in Sediments from the Indian Ocean Upwelling Region Off Java and Sumatra, Indonesia,” Deep-Sea Research I, 57, 458–467.
Begelman, M., and Rees, M. (2009). Gravity’s Fatal Attraction: Black Holes in the Universe, 2nd edition (Cambridge University Press, Cambridge, England).
Billings, L. (2013). Five Billion Years of Solitude: The Search for Life Among the Stars (Penguin Group, New York).
Brans, C. (2010). “Varying Newton’s Constant: A Personal History of Scalar-Tensor Theories,” Einstein Online, 1002.
Carroll, S. (2011). From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time (Oneworld Publications, Oxford, England).
Carroll, S. (2014). Preposterous Universe, preposterousuniverse.com/blog/.
Choptuik, M. W. (1993). “Universality and Scaling in Gravitational Collapse of a Massless Scalar Field,” Physical Review Letters, 70, 9.
Davies, P. C.W., and Brown, J. R. (1986). The Ghost in the Atom: A Discussion of the Mysteries of Quantum Physics (Cambridge University Press, Cambridge, England).
Dyson, F. J. (1963). “Gravitational Machines,” in Interstellar Communication, edited by A.G.W. Cameron (W. A. Benjamin, New York), pp. 115–120.
Dyson, F. J. (1968). “Interstellar Transport,” Physics Today, October 1968, pp. 41–45.
Ehlinger, L. (2007). Flatland: The Film; доступен на YouTube: youtube.com/watch?v=eyuNrm4VK2w.
Emerson, S., and Hedges, J. I. (1988). “Processes Controlling the Organic Carbon Content of Open Ocean Sediments,” Paleoceanography, 3, 621–634.
Everett, A., and Roman, T. (2012). Time Travel and Warp Drives (University of Chicago Press, Chicago).
Forward, R. (1962). “Pluto – the Gateway to the Stars,” Missiles and Rockets, 10, 26–28.
Forward, R. (1984). “Roundtrip Interstellar Travel Using Laser-Pushed Lightsales,” Journal of Spacecraft and Rockets, 21, 187–195.
Foucart, F., Duez, M. D., Kidder, L. E., and Teukolsky, S. A., “Black Hole – Neutron Star Mergers: Effects of the Orientation of the Black Hole Spin,” Physical Review D 83, 024005 (2011).
Freeze, K. (2014). The Cosmic Cocktail: Three Parts Dark Matter (Princeton University Press, Princeton, New Jersey).
Gamow, G. (1947). One, Two, Three … Infinity: Facts and Speculations of Science (Viking Press, New York; now available from Dover Publications, Mineola, New York).
Gregory, R., Rubakov, V. A., and Sibiryakov, S. M. (2000). “Opening Up Extra Dimensions at Ultra-Large Scales,” Physical Review Letters, 84, 5928–5931; доступно по адресу lanl.arxiv.org/abs/hep-th/0002072v2.
Guillochon, J., Ramirez-Ruiz, E., Rosswog, S., and Kasen, D. (2009). “Three-Dimensional Simulations of Tidally Disrupted Solar-Type Stars and the Observational Signatures of Shock Breakout,” Astrophysical Journal, 705, 844–853.
Guth, A. (1997). The Inflationary Universe (Perseus, New York).
Hartle, J. (2003). Gravity: An Introduction to Einstein’s General Relativity (Pearson, Upper Saddle River, New Jersey).
Hedges, J. I., and Keil, R. G. (1995). “Sedimentary Organic Matter Preservation: An Assessment and Speculative Synthesis,” Marine Chemistry, 49, 81–115.
Isaacson, W. (2007). Einstein: His Life and Universe (Simon & Schuster, New York).
Kennefick, D. (2007). Traveling at the Speed of Thought: Einstein and the Quest for Gravitational Waves (Princeton University Press, Princeton, New Jersey).
Lemonick, M. (2012). Mirror Earth: The Search for Our Planet’s Twin (Walker, New York).
Levin, J., and Perez-Giz, G. (2008). “A Periodic Table for Black Hole Orbits,” Physical Review D, 77, 103005.
Lynden-Bell, D. (1969). “Galactic Nuclei as Collapsed Old Quasars,” Nature, 223, 690–694.
Maartens, R., and Koyama K. (2010). “Brane-World Gravity,” Living Reviews in Relativity 13, 5.
Marolf, D., and Ori, A. (2013). “Outgoing Gravitational Shock-Wave at the Inner Horizon: The Late-Time Limit of Black Hole Interiors,” Physical Review D, 86, 124026.
McKinney, J. C., Tchekhovskoy, A., and Blandford, R. D. (2012). “Alignment of Magnetized Accretion Disks and Relativistic Jets with Spinning Black Holes,” Science, 339, 49–52.
McMullen, C. (2008). The Visual Guide to Extra Dimensions. Volume 1: Visualizing the Fourth Dimension, Higher-Dimensional Polytopes, and Curved Hypersurfaces (Custom Books).
Meier, D. L. (2012). Black Hole Astrophysics: The Engine Paradigm (Springer Verlag, Berlin).
Merritt D. (2013). Dynamics and Evolution of Galactic Nuclei (Princeton University Press, Princeton, New Jersey).
Nahin, P. J. (1999). Time Machines: Time Travel in Physics, Metaphysics and Science Fiction, 2nd edition (Springer Verlag, New York).
Obst, L. (1996). Hello, He Lied: & Other Truths from the Hollywood Trenches (Little, Brown, Boston).
Obst, L. (2013). Sleepless in Hollywood: Tales from the New Abnormal in the Movie Business (Simon & Schuster, New York).
O’Neill, G. K. (1978). The High Frontier: Human Colonies in Space (William Morrow, New York; 3rd edition published by Apogee Books, 2000).
Paczynski, B., and Wiita, P. J. (1980). “Thick Accretion Disks and Supercritical Luminosities,” Astronomy and Astrophysics, 88, 23–31.
Panek, R. (2011). The 4 % Universe: Dark Matter, Dark Energy, and the Race to Discover the Rest of Reality (Houghton Mifflin Harcourt, New York).
