Вы наверное заметили, что мы на канале постоянно обсуждаем с вами физику в фантастике как этакое несоответствие фильма и реальной действительности. В этот раз тон обсуждения немного изменится. Вспомним легендарный "Интерстеллар" и проговорим про несколько блестящих примеров описания физики в кино.
Главный "герой" фильма - черная дыра Гаргантюа. Её визуализация - не плод фантазии художников, а результат сотрудничества создателей фильма с физиком-теоретиком Кипом Торном, лауреатом Нобелевской премии. Именно он настоял, чтобы изображение создавалось не вручную, а через физические расчёты кривизны пространства-времени.
Торн передал студии математические формулы, описывающие, как гравитация искривляет лучи света вокруг массивного объекта. Вместо того чтобы вручную моделировать картинку, специалисты из компании Double Negative (студия визуальных эффектов) создали уникальный физический симулятор. Он не просто «рендерил» картинку, а решал уравнения общей теории относительности для каждого пикселя изображения.
При этом рендеринг одной сцены занимал около 100 часов на кадр, а расчёты потребовали массивных вычислительных кластеров. Это довольно редкий случай, когда математическая логика рассчитывается для каждого конкретного кадра.
Для рендеринга изображения использовали те самые знаменитые уравнения общей теории относительности, которые описывают, как гравитация искривляет свет. Они были адаптированы Кипом Торном под случай, рассматриваемый в фильме. Компьютеры, рассчитывавшие поведение миллионов световых лучей согласно этой логике, буквально воссоздали уравнения Эйнштейна.
Кольцо света вокруг черной дыры оказалось асимметричным, ведь часть диска перевёрнута гравитационным линзированием. До Интерстеллара никто не представлял, как это может выглядеть на самом деле.
Позже эти данные даже стали основой полноценной научной статьи. Кип Торн опубликовал научную статью о визуализации черных дыр на основе работы с Double Negative. Она называлась "Gravitational lensing by spinning black holes in astrophysics, and in the movie Interstellar" (в переводе: «Гравитационное линзирование вращающимися чёрными дырами в астрофизике и в фильме „Интерстеллар“»). Статья вышла в журнале Classical and Quantum Gravity в 2015 году.
В ней описывалось, как именно свет искривляется при вращении черной дыры (а Гаргантюа в фильме — быстро вращающаяся, или керровская, чёрная дыра). Это имело научную новизну, поскольку со столь совершенной моделью до того момента никто не имел дел.
Визуализация черной дыры удивительно точна. Эффект гравитационного линзирования, при котором мы видим диск и сверху, и снизу одновременно, полностью достоверен. Яркость верхней части кольца также физически объяснима - это результат релятивистского доплеровского усиления света от стороны диска, вращающейся навстречу наблюдателю.
Однако упрощения тоже есть. В реальности аккреционный диск не был бы таким гладким и симметричным - плазма внутри него должна бурлить, искриться и менять яркость из-за турбулентности и магнитных полей. Кроме того, Нолан сделал изображение чище и визуально плоским, чтобы зритель смог разглядеть структуру, тогда как в действительности свет от такого объекта был бы гораздо более хаотичным и ослепительно ярким. Но это мелочи на фоне того, как Терминатор прыгает на мотоцикле со стены и не закапывается по шею в землю.
Интерстеллар подарил нам не только эффектные кадры, но и новую модель визуализации черных дыр. И, пожалуй, это первый, а, может быть и единственный фильм, где чёрная дыра рисуется не как нечто неясное, а всё строится строго по имеющей теоретической модели и расчёту.
В итоге физики отметили, что некоторые детали на изображении были новыми даже для них и кино помогло увидеть, как реально выглядел бы такой объект. Так что у нас есть все шансы разглядеть полноценную научную модель чёрной дыры.
Это редкий случай, когда кино не искажает физику, а, наоборот, помогает увидеть её такой, какой она может быть на самом деле.
Подборка статей мини-курс "Математика для физика простыми словами"
⚡ Ещё больше интересного в моём Telegram!
Хочется помочь проекту? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️! Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями