Помните очень хороший научно-фантастический фильм Интерстеллар? Он интересен во многом для нас тем, что физика там, пожалуй, одна из самых реальных за всю историю научной фантастики.
В фильме ключевую роль играет чёрная дыра Гаргантюа. Учёные на Земле обнаруживают систему планет на орбите вокруг этой чёрной дыры и наблюдаемые миры могут стать новым домом для людей. Команда экспедиции, включая Купера (того самого Мэтью), отправляется через кротовую нору, чтобы проверить три планеты.
В кульминации фильма Купер падает в Гаргантюа. Но вместо гибели он попадает в пятимерную структуру (тессеракт), где может наблюдать всю временную линию комнаты своей дочери. Через гравитацию он передаёт информацию дочери. Информация, переданная через гравитационные аномалии, позволяет решить уравнение гравитации и построить огромные космические станции, которые спасают людей с Земли.
И да, это действительно впечатляющий фильм, а визуализации помогают нам хорошо представить безликие математические модели из учебников. Более того, консультациями режиссера занимался один из лучших физиков чёрных дыр. Но остаётся тут один невероятно интересный вопрос.
Главный герой падает в чёрную дыру и почему-то не превращается в спагетти. Это очень странно, ведь обычно чёрные дыры должны разрывать объект приливными силами. Неужели конкретно тут создатели фильма просчитались?
Давайте разбираться. Похоже это мы с вами что-то неправильно понимаем.
Тело превращается в спагетти возле чёрной дыры из-за приливных гравитационных сил. Так проявляется разница в силе притяжения между разными частями тела. Гравитация чёрной дыры уменьшается с расстоянием. Поэтому если человек падает в чёрную дыру, то одна его часть находится чуть ближе к центру дыры, чем другая.
Разница сил начинает растягивать тело вдоль направления падения и одновременно сжимать его по бокам. В результате объект вытягивается в длинную тонкую нить. Отсюда, кстати, и название спагетти. На деле оно выглядит ничуть не лучше и не хуже, чем испытание металлического образца на растяжение.
И тут мы с вами хорошо помним, что спагеттификация есть и что она есть у каждой чёрной дыры, и помним много чего ещё. Но не думаем о главном. Спагетификация зависит от размера чёрной дыры!
У маленькой чёрной дыры разница гравитации огромна, а объект разрывает ещё до горизонта. У сверхмассивной чёрной дыры градиент намного мягче. Это связано с математикой и с горизонтом событий. Если чёрная дыра огромная, то и радиус до её центра больше, а тогда соотношение, описывающее приливные силы, имеет меньшее значение. Для маленькой чёрной дыры всё наоборот. Представить интуитивно это можно как некую напряжённость поля. У большой чёрной дыры напряженность поля нарастает медленно и плавно. У маленькой - есть спонтанный скачок в свойствах.
Гаргантюа в фильме - это сверхмассивная чёрная дыра (порядка ~100 миллионов масс Солнца). В такой чёрной дыре человек может пересечь горизонт событий, почти ничего не почувствовав. Приливные силы у горизонта были относительно безопасны.
Но даже если пересечь горизонт без спагетификации, внутри чёрной дыры всё равно есть проблема. Приливные силы растут по мере приближения к сингулярности и тут уже начинается фантастика. То есть внутри Мэтью всё равно должно было пропустить через мясорубку.
Но тут фильм вводит фантастический элемент тессеракт, созданный будущими людьми, где Купер может взаимодействовать со временем. Это искусственная структура, которую потомки людей создали внутри чёрной дыры. Почему там? Потому что там куча бонусов в виде экстремальной физики чёрных дыр. Так что попав в тессеракт Купер находит решение проблемы. Тут и начинается настоящая фантастика.
Хотя погодите... Мы точно не знаем, что скрывает в себе чёрная дыра и чем она является, а потому и тессеракт там можно ожидать увидеть.
⚠️ Пишу большой научпоп курс про загадки материи - добро пожаловать сюда.
Не забывайте ставить лайки статье! Это важно для развития проекта.
Канал проекта в Telegram с эксклюзивными материалами!
