Интерстеллар: наука за кадром - Кип С. Торн

Ричард Фейнман, один из величайших физиков XX столетия, в 1964 году провел цикл публичных лекций, где подробно рассмотрел природу законов, управляющих нашей Вселенной. Эти лекции вошли в одну из моих любимейших книг: «Характер физических законов» [Фейнман 2011]. Более подробная, более современная и гораздо более объемная книга на эту тему: «Ткань космоса: пространство, время и текстура реальности» [Грин 2015]. Более легкая и занимательная, но не менее глубокая книга: «Высший замысел» [Хокинг, Млодинов 2012].

Об истории эйнштейновских концепций искривления времени и пространства и их связи с приливной гравитацией и законами теории относительности можно прочитать в первых двух главах моей книги «Черные дыры и складки времени: дерзкое наследие Эйнштейна» [Торн 2009]. Описания экспериментов, подтверждающих правоту Эйнштейна, см. в книге Was Einstein Right? Putting General Relativity to the Test [Will 1993]. Биография Эйнштейна, подробно повествующая о его вкладе в науку (эта книга гораздо сложнее, чем две предыдущие): «Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна» [Пайс 1989]. Есть и другие, более обширные биографии Эйнштейна, особенно мне нравится книга Einstein: His Life and Universe [Isaacson 2007]. Однако ни в одной из них научные изыскания Эйнштейна не описаны столь точно и обстоятельно, как в книге Пайса.

Подробно о гравитации (как ньютоновской, так и эйнштейновской) и ее роли в нашей Вселенной рассказывается в научно-популярной книге Gravity from the Ground Up: An Introductory Guide to Gravity and General Relativity [Schutz 2003]. Сведения о том же, но на более глубоком научном уровне см. в книгах Gravity: An Introduction to Einstein’s General Relativity [Hartle 2003] и A First Course in General Relativity [Schutz 2009].

Больше о черных дырах и о том, как мы узнали о них то, что, как нам кажется, мы знаем: «Черные дыры и складки времени» [Торн 2009], Gravity’s Fatal Attraction: Black Holes in the Universe [Begelman, Rees 2009], а также лекция, которую я прочитал в 2012 году на вечере в честь семидесятилетия Стивена Хокинга: ctc.cam.ac.uk/hawking70/multimedia_kt.html. Андреа Гез об удивительных открытиях ее научной группы по поводу черной дыры в центре Млечного Пути: ted.com/speakers/andrea_ghez и galacticcenter.astro.ucla.edu.

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.