Îmi plac operele de ficțiune științifică, în special cele care nu scapă din vedere partea ce ține de știință. Sunt convins că acest tip de SF poate stârni curiozitatea și, mai ales în cazul celor mai tineri, poate deveni impulsul inițial către o frumoasă carieră ce ține de știință și tehnologie. Din acest motiv îmi voi lua inima în dinți și am să vă vorbesc despre un film care se încadrează cu brio în categoria SF-ului care nu neglijează știința. Este vorba despre Interstellar, care a beneficiat din plin de contribuția fizicianului Kip Throne, laureat al Premiului Nobel în 2017.
Introducere
Dați-mi voie să încep cu o mică paranteză, în care voi explica atașamentul meu pentru literatura SF care pune accentul pe știință. Îndată ce am deprins arta cititului am devenit un devorator de literatură științifico-fantastică. Foarte repede l-am descoperit pe Jules Verne, ale cărui romane îmi mergeau direct la inimă și mă făceau să călătoresc foarte departe cu imaginația. Unul dintre ele m-a marcat deosebit. Este vorba despre ”De la Pământ la Lună”, pe care Jules Verne l-a publicat în 1865. Desigur, pentru cititorul din zilele noastre, romanul poate să pară cumplit de desuet. Dar, la vremea în care îl citeam pentru prima oară, omul nu pășise pe Lună. Eram în primii ani de școală și nu aveam cum să îmi dau seama că proiectul lui Jules Verne, trimiterea unor oameni către Lună la bordul unui obuz, este irealizabil: accelerația la lansare i-ar fi strivit pe bieții călători spațiali. Totuși, așa cum vă spuneam mai devreme, acest roman m-a marcat. Drept exemplu, vă ofer acest pasaj:
”– Aceasta va fi prea mult, răspunse Barbicane; trebuie să ţineţi seamă că aici nu este vorba de un proiectil destinat să străpungă plăci de blindaj; va fi suficient, aşadar, să dăm pereţilor lui puterea de a rezista la presiunea gazelor exploziei. Iată deci problema: ce grosime trebuie să aibă un obuz de fontă, pentru a nu cântări decît douăzeci de mii de livre? Iscusitul nostru calculator, curajosul Maston, ne va încunoştiinţa pe loc.
– Nimic mai uşor, replică onorabilul secretar al comitetului. Şi zicând acestea, el înşiră câteva formule algebrice pe hârtie; se vedeau apărând sub peniţă T-uri şi X-uri ridicate la pătrat. Avu chiar aerul că extrage în gând o rădăcină cubică. Apoi zise: Pereţii vor avea numai două degete grosime.”
Pare nevinovat acest citat, dar el a avut o influență formidabilă asupra mea. Nu aveam idee ce sunt acelea ”formule algebrice” și ”rădăcini cubice”, dar înțelegeam că ele țin de matematică. Asta m-a convins că trebuie să deprind acest instrument, matematica, dacă vreau să îmi împlinesc visul, acela de a deveni astronaut. Din acel moment matematica a căpătat o altă valoare pentru mine. Îndrăznesc să cred că ”De la Pământ la Lună” ar putea să fie folosit ca material didactic. În bună măsură, chiar și acum, îl consider ca fiind o bună introducere în inginerie și gândire inginerească. De altfel, fascinația produsă de romanul lui Jules Verne a provocat mințile strălucite ale pionierilor astronauticii să găsească soluțiile viabile pentru zborul în Cosmos.
Kip Thorne și Interstellar
În anul 2017 Kip Thorne a obțint Premiul Nobel pentru fizică, împreună ci Rainer Weiss și Barry C. Barish. Premiul era o recunoaștere a ”contribuțiilor decisive la construirea detectorului LIGO și detectarea undelor gravitaționale”. Cred că această informație este suficientă pentru a vă convinge că Thorne este un om de știință de primă mână. Partea spectaculoasă, pentru marele public, a carierei sale științifice o reprezintă contribuția sa în dezvotarea teoriei găurilor de vierme (wormholes). Totul a început în luna mai a anului 1985, când Carl Sagan l-a sunat pentru a îl ruga să revizuiască manuscrisul nuvelei SF Contact, care mai târziu avea să devină filmul faimos cu același titlu. În cartea sa ”The science of Interstellar”, publicată în 2014, Thorne își amintește: ”Carl mi-a trimis manuscrisul. L-am citit și m-am îndrăgostit de el. Carl își trimitea eroina, dr. Eleanor Arroway, printr-o gaură neagră, de la sistemul nostru solar către steaua Vega. Dar eu știam că interiorul unei găuri negre nu poate fi un drum de aici până la steaua Vega sau până oricare punct din Universul nostru. După ce ar fi depășit orizontul găurii negre, dr. Arroway ar fi fost ucisă de singularitatea găurii negre. Pentru a ajunge rapid la steaua Vega, ea ar fi avut nevoie de o gaură de vierme, nu de o gaură neagră. […] O gaură de vierme traversabilă.” Acesta a fost momentul în care Thorne a început să fie preocupat de studiul teoretic al găurilor de vierme. Vă rog să remarcați cum o carte SF, scrisă de către un mare om de știință, l-a provocat pe Thorne să se implice într-un domeniu nou al fizicii. Voi reveni ceva mai încolo asupra găurilor negre și a găurilor de vierme, așa cum sunt descrise ele în Interstellar.
În aceași carte, din are am citat mai devreme, Kip Thorne povestește cum a ajuns să fie preocupat de știință. Ați ghicit, o mare contribuție a avut-o literatura SF. ”Pe când eram copil, și mai apoi adolescent, am fost motivat să devin om de știință de lecturile mele din literatura științifico-fantastică, Isaac Asimov, Robert Heinlein și alții, și de cărțile de popularizare a științei scrise de către Isaac Asimov și fizicianului George Gamow. Lor le datorez foarte mult. De multă vreme am vrut să îmi plătesc această datorie prin transmiterea mesajului lor către generația următoare, prin atragerea tinerilor și adulților către lumea științei, a științei adevărate, prin explicarea, pentru omul obișnuit, a felului în care ea funcționează […]”
În octombrie 2005, Thorne ia cina cu Lynda Obst, o producătoare renumită la Hollywood, pe care o cunoștea încă din 1980, cu ocazia unei vizionări în avanpremieră a serialului Cosmos al lui Carl Sagan. În timpul cinei aceasta i-a mărturisit că are o idee pentru un film SF și i-a solicitat ajutorul. ”În următoarele patru luni, pe parcursul mai multor cine, și în urma unui lung schimb de e-mail-uri, s-a formulat o schiță a filmului. Ea includea găuri de vierme, găuri negre, unde gravitaționale, un univers cu cinci dimensiuni și întâlniri cu creaturi din dimensiuni superioare”, își amintește Thorne. ”Dar cel mai important lucru pentru mine, în ceea ce privește un film de mare succes comercial, era faptul că el trebuie să se bazeze pe știința adevărată. Știință și lucruri aflate dincolo de frontiera cunoașterii umane. Un film în care regizorul, scenariștii și producătorii respectă știința, se inspiră din ea și o introduc în țesătura filmului într-un mod convingător. Un film care să ofere publicului gustul lucrurilor minunate pe care legile fizicii le crează în Univers și al lucrurilor mărețe pe care oamenii le pot realiza atunci când stăpânesc legile fizicii. Un film care să îi motiveze pe oameni pentru a învăța despre știință și, poate, să îi convingă să se îndrepte către o carieră științifică.”
Nu mai lungesc povestea și voi trece în anul 2006, luna martie, când are loc o întâlnire a lui Kip Thorne și Lynda Obst cu Steven Spielberg pentru a discuta eventuala punere în scenă a filmului. Pe parcursul discuției Thorne a insistat ca viitorul film să se bazeze pe două principii clare:
”1. Nimic din film nu trebuie să violeze flagrant legile cunoscute ale fizicii.
- Speculațiile (oricât de ciudate) asupra legilor fizicii trebuie să rezulte din știința reală, din idei pe care cel puțin câțiva oameni de știință respectabili le consideră a fi posibile.”
Spielberg a fost de acord cu propunerea lui Thorne. În luna iunie, a aceluiași an, la Caltech (California Institute of Technology) s-a organizat un workshop în care ”timp de opt ore au fost discuții libere între 14 oameni de știință (astrobiologi, specialiști în științe planetare, fizicieni teoreticieni, cosmologi, psihologi și experți în politica spațială) la care s-au adăugat Lynda [Obst], Steven [Spielberg], tatăl său, Arnold și cu mine. La capătul discuțiilor eram epuizați dar exaltați de mulțimea de idei noi și de obiecțiile care s-au adus ideilor noastre mai vechi.” Pe baza acestor noi idei în următoarele șase luni schița scenariului a ajuns la 37 de pagini plus… 60 de pagini privitoare la știința din Interstellar.
Nu vreau să mai lungesc această parte a textului, așa că voi spune pe scurt că a fost căutat un scenarist. Inițial a fost găsit Jonathan Nolan, cu care s-au discutat din nou toate detaliile în lungi ședințe de brain storming. Apoi lui Jonathan i s-a alăturat fratele său, Christopher, care avea să devină și regizorul filmului. În cele din urmă scenariul a fost finalizat. Thorne notează în ”The science of Interstellar” că: ”în mâinile lui Jonah și Chris povestea din Interstellar s-a modificat enorm. Semăna cu povestea mea și a lui Lynda doar în linii mari. Și era o poveste mult mai bună! În ceea ce privește ideile științifice: nu toate erau ale mele. Chris a adus filmului propriile idei din știință, idei pe care colegii mei fizicieni ar putea crede că sunt ale mele, idei care, atunci când mi-au fost împărtășite, m-au făcut să mă întreb: cum de nu m-am gândit la chestia asta?”
Acum a sosit momentul să trecem la știința conținută în filmul Interstellar. Dar înainte de asta vreau să vă mai spun că, în cartea amintită, fiecare dintre capitole are un anumit logo acre indică faptul că acea parte a scenariului filmului este în concordanță cu legile cunoscute ale fizicii sau bazează pe opinii avizate, respectiv reprezintă speculații.
Gargantua
În Interstellar, Gargantua este o gaură neagră supermasivă în jurul căreia se rotesc trei planete: Miller, Mann și Edmunds. Nu pot intra acum în mai multe detalii despre găurile negre (am făcut-o cu alte ocazii), vreau doar să vă reamintesc acum doar faptul că în jurul găurilor negre există o zonă de frontieră, numită orizont al evenimentelor, care, dacă este depășită, nu mai permite evadarea nici măcar a particulelor care se deplasează cu viteza luminii.
Toate cele trei planete se află în imediata apropiere a orizontului evenimentelor găurii negre Gargantua, cea mai apropiată dintre ele fiind planeta Miller. Evident, asupra ei Gargantua exercită o forță mareică uriașă, care va deforma puternic planeta. În cazul Pământului, sub efectelor mareice a Lunii și a Soarelui, scoarța terestră se înalță periodic cu circa 40 cm. Aceste deformări mareice ale planetei Miller pot duce la ruperea ei în nenumărate bucăți. Încă de prin anii 1840 astronomul francez Edouard Roche a calculat raza orbitei dincolo de care un satelit se va rupe în bucăți sub acțiunea forțelor mareice iar această valoare poartă numele de Limita lui Roche. Vă pot spune că, în cazul Lunii, această limită are valoarea 18.470 km.
De la aceste considerații a plecat și Kip Thorne. Lor le-a mai adăugat o constatare: ”Intensitatea mareelor este invers proporțională cu pătratul masei lui Gargantua. De ce? Cu cât masa lui Gargantua este mai mare, cu atât mai mare este circumferința orizontului evenimentelor și, drept consecință, forțele gravitaționale exercitate de către aceasta asupra diferitelor puncte ale planetei sunt mai uniforme, ceea ce are drept rezultat forțe mareice mai mici.” Calculele i-au arătat lui Thorne că Gargantua ar trebui să aibă o masă de cel puțin 100 de milioane de mase solare. Pentru comparație, gaura neagră supermasivă din centrul Căii Lactee are o masă de ”numai” circa 4 milioane de mase solare… Kip Thorne mai subliniază că circumferința orizontului evenimentelor lui Gargantua ar trebui să fie de circa un miliard de kilometri, ceea ce echivalează cu un o rază de circa 160 milioane de kilometri. Iarăși, pentru comparație, distanța medie dintre Pământ și Soare este de circa 149 milioane kilometri.
Dacă mai țineți minte filmul la un moment dat, când se analiza oportunitatea debarcării pe planeta Miller, unul dintre astronauți a avertizat că acolo vor avea o problemă cu timpul ”fiecare oră petrecută pe acea planetă va însemna șapte ani pe Pământ”. Da, niște condiții extreme, numai bune pentru a spori tensiunea filmului. (Vă reamintesc că personajul Cooper dorea să se revină cât mai repede acasă, pentru a își revedea fiica.) Dar așa ceva este posibil? Thorne știa că, în condițiile date, așa ceva este imposibil. Inițial s-a opus cu vehemență la introducerea în scenariu a acestei idei. Christopher Nolan a insistat. Thorne reia calculele, pentru a găsi o o soluție pentru ieșirea din impas. În cele din urmă ”am descoperit că, dacă planeta Miller se află foarte aproape de [orizontul evenimentelor] lui Gargantua, fără a trece dincolo de el, și dacă Gargantua se rotește suficient de rapid, Atunci încetinirea timpului propusă de Chris este posibilă. Dar Gargantua ar trebui să se rotească înfricoșător de repede.”, scrie el. Acum apare întrebarea: cât de repede? Teoria generală a relativității impune o limită drastică pentru viteza de rotație a găurii negre. Dacă aceasta este depășită, atunci orizontul evenimentelor dispare și vom avea de-a face cu o singularitate goală (naked singularity), care, conform cunoștințelor actuale, este extrem de improbabil să existe în Univers. Practic, din calculele lui Thorne, Gargantua ar avea o viteză de rotație care s-ar apropia la o numai parte dintr-un trilion (asta s-ar scrie așa: 0,00000000000001) de limita posibilă. Altfel spus, răspunsul la întrebare ar suna cam așa: da, o gaură neagră poate avea o asemenea viteză de rotație, dar este extrem de puțin probabil ca ea să fie întâlnită în Univers. De altfel, Thorne marchează cu ”S” acest capitol, respectându-și cea de-a doua regulă pe care a impus-o pentru scenariul filmului Interstellar: ”Speculațiile (oricât de ciudate) asupra legilor fizicii trebuie să rezulte din știința reală, din idei pe care cel puțin câțiva oameni de știință respectabili le consideră a fi posibile.”
Aceasta este doar o mică parte din știința asociată găurii negre supermasive Gargantua din filmul Interstellar, așa cum ne este prezentată de însuși Kip Thorne. Înainte de a trece mai departe, la discuția despre găurile de vierme, aș vrea să vă mai spun ceva. Pentru că și-a propus ca imaginile folosite în film să fie cât mai apropiate de realitate, Kip Thorne s-a implicat și în spectaculoasa vizualizare a lui Gargantua folosită în film. Pentru asta el a modelat efectele deformării spațiu-timpului, în apropierea orizontului evenimentelor unei gări negre supermasive aflate într-o mișcare de rotație rapidă, asupra fotonilor proveniți din diverse surse, mai apropiate sau mai îndepărtate. Apoi modelul a fost preluat de către Double Negative Visual Effects, și pe baza lui s-a realizat fascinanta și extrem de realistă vizualizare pe care o puteți urmări în fim. Dacă doriți mai multe detalii despre ea, puteți citi articolul ”Gravitational lensing by spinning black holes in astrophysics, and in the movie Interstellar” publicat în Classical and Quantum Gravity pe 15 februarie 2015.
Gaura de vierme traversabilă
În Interstellar, astronauții călătoresc către Gargantua, care se află într-o altă galaxie, cu ajutorul unei găuri de vierme, care avea intrarea undeva în apropierea planetei Saturn. Așa cum vă spuneam mai devreme, Thorne a început să studieze găurile de vierme traversabile (traversable wormholes) atunci când a trebuit să găsească o soluție pentru călătoria interstelară a eroinei dr. Eleanor Arroway, din filmul Contact. De fapt, ideea găurilor de vierme este una mult mai veche. Încă din 1916, germanul Ludwig Flamm, a arătat că teoria generală a relativității le face posibile.
Dar găurile de vierme propuse de Flam nu earu traversabile. Thorne, împreună cu studentul său, Michael Morris, duc ideea găurilor de vierme mai departe și în 1988 publică două articole fundamentale pentru subiectul nostru. Primul a fost scris împreună cu Michael Morris și era intitulat ”Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity”, a fost publicat în American Journal of Physics. Al doilea, ”Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition” a fost scris împreună cu Michael Morris și Ulvi Yurtsever, a fost publicat în Physical Review Letter. În ambele articole este analizată posibilitatea ca o civilizație foarte avansată să poată realiza scurtături în spațiu-timp cu ajutorul găurilor de vierme. Teoretic, da, este posibil. Din păcate pentru a le deschide și ale menține stabile, astfel încât să putem călători prin ele, avem nevoie de cantități uriașe dintr-o formă exotică și stranie de materie, o materie care să posede energie negativă. Dacă am avea un obiect construit din acest tip de materie am fi surprinși să constatăm că el se deplasează în sensul opus forței aplicate.
În cartea care a stat la baza scierii acestui articol, Thorne precizează: ”Este uimitor, dar acest tip de materie exotică poate exista, mulțumită ciudățeniilor fizicii cuantice. Materia exotică a fost chiar obținută, în cantități mici, în laboratoarele fizicienilor, între două plăci electrice conductoare.” Aici Thorne se referă la așanumit ”efect Casimir”, care a fost descoperit, teoretic, la sfârșitul anilor 1940 de către fizicianul olandez Hendrik Casimir. Mai târziu efectul a fost confirmat în diverse experimente. Ar fi o discuție foarte lungă despre acest efect Casimir, în care ar trebui să ajung și în zona mecanicii cuantice. Acum voi spune doar atât: dacă plasăm, în vid, două plăcuțe paralele, realizat din material conductor de electricitate, și le apropiem suficient de mult, între ele apare o regiune cu energie negativă, ceea ce duce la apariția unei forțe (numită și forță Casimir) care va tinde să apropie cele două plăcuțe.
Am putea spera ca, într-un viitor îndepărtat, civilizația umană să ajungă să realizeze găuri de vierme care să permită călătorii interstelare și intergalactice? Thorne este extrem de prudent în această privință: ”Majoritatea dovezilor sugerează că răspunsul poate fi negativ, găurile de vierme traversabile sunt imposibile.” După care ne oferă o urmă de speranță: ”Totuși suntem încă foarte departe de răspunsul final.” Vă mărturisesc că, în calitatea mea de om din popor, am speranța că suntem doar departe, nu foarte departe, de răspunsul final, nu numai în ceea ce privește călătoriile prin găurile de vierme traversabile, ci în ceea ce privește călătoriile intergalactice.
Din nefericire sunt nevoit să mă opresc aici cu prezentarea cărții ”The science of Interstellar” şi vă invit să o citiţi. O să petreceţi momente minunate în compania ei.
Concluzie și speranțe
Pentru mine este evident: Kip Thorne și-a plătit datoria față de cei care i-au deschis gustul pentru știință. Sper că nu se va opri aici. Sper că regulile impuse acesta vor fi urmate de cât mai multe filme SF. Sper că ”The science of Interstellar” va fi tradusă grabnic în în limba română. Mi-aş dori să văd cum Interstellar și cartea lui Thorne, vor deveni materiale didactice în școlile noastre. Sunt convins că ele pot umaniza știința și au darul de a explica modul de gândire al omului de știință. El explorează în permanență domeniul de dincolo de ceea ce știm acum pentru a trimite departe, în viitor, civilizația umană.
