หลุมดำขนาดยักษ์ที่มันอยู่ หลุมดำที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลที่เรารู้จัก ภาพยนตร์และหลุมดำมวลมหาศาล

ฉันจะพยายามตอบคำถามสองสามข้อที่ผู้ชมมีเกี่ยวกับภาพยนตร์เรื่องนี้

1) ทำไมหลุมดำของ Gargantua ถึงมีลักษณะเช่นนี้ในภาพยนตร์?

ภาพยนตร์เรื่อง Interstellar เป็นภาพยนตร์สารคดีเรื่องแรกในประวัติศาสตร์ของภาพยนตร์ที่สร้างภาพหลุมดำโดยใช้แบบจำลองทางกายภาพและทางคณิตศาสตร์ การจำลองดำเนินการโดยทีมงาน 30 คน (แผนกวิชวลเอฟเฟ็กต์ของพอล แฟรงคลิน) โดยความร่วมมือกับคิป ธอร์น นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มีชื่อเสียงระดับโลกซึ่งเป็นที่รู้จักจากผลงานของเขาในทฤษฎีแรงโน้มถ่วง ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ และทฤษฎีการวัดควอนตัม ใช้เวลาประมาณ 100 ชั่วโมงในหนึ่งเฟรม และข้อมูลทั้งหมดประมาณ 800 เทราไบต์ถูกใช้ไปกับโมเดลนี้
Thorne ไม่เพียงแต่สร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เท่านั้น แต่ยังเขียนซอฟต์แวร์พิเศษ (CGI) อีกด้วย ซึ่งทำให้สามารถสร้างแบบจำลองการแสดงภาพด้วยคอมพิวเตอร์ได้

นี่คือสิ่งที่ Thorne คิดขึ้นมา:

แน่นอนว่าเป็นเรื่องที่ยุติธรรมที่จะถามว่า การจำลองของ Thorne ถือเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์หรือไม่ และภาพลักษณ์ของ Thorne เป็นสิ่งที่ไม่เคยเห็นมาก่อนในวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์หรือไม่? ไม่แน่นอน
Jean Pierre Luminet จากหอดูดาว Paris-Mudon แผนกดาราศาสตร์ฟิสิกส์และจักรวาลวิทยาสัมพันธ์ ซึ่งมีชื่อเสียงในระดับนานาชาติจากผลงานของเขาในสาขาหลุมดำและจักรวาลวิทยา เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์กลุ่มแรกๆ ที่ถ่ายภาพหลุมดำโดยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ ในปี 1987 หนังสือของเขาเรื่อง “Black Holes: A Popular Introduction” ได้รับการตีพิมพ์โดยเขาเขียนว่า:

“ฉันได้ภาพคอมพิวเตอร์แรกของหลุมดำที่ล้อมรอบด้วยจานสะสมมวลสารมาเอง (Luminet, J.-P. (1979): Astron. Astrophys.) การคำนวณที่ละเอียดยิ่งขึ้นดำเนินการโดย Marck (Marck, J.-A. (1993): Class. Quantum Grav) ทั้งสำหรับระบบเมตริก Schwarzschild และสำหรับกรณีของหลุมดำที่กำลังหมุนอยู่ รูปภาพที่เป็นไปได้ - ซึ่งคำนวณโดยคำนึงถึงความโค้งของพื้นที่, เรดชิฟต์และคุณสมบัติทางกายภาพของดิสก์ - สามารถรับได้จากจุดใดก็ได้ แม้จะอยู่ภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ก็ตาม มีการสร้างภาพยนตร์ขึ้นมาเพื่อแสดงให้เห็นว่าความบิดเบี้ยวเหล่านี้เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อมีการเคลื่อนที่ไปตามวิถีคล้ายเวลารอบหลุมดำ (Delesalle, Lachieze-Rey และ Luminet, 1993) ภาพวาดนี้เป็นหนึ่งในกรอบของเขาสำหรับกรณีการเคลื่อนที่ไปตามวิถีพาราโบลาที่ถูกระงับ”

คำอธิบายว่าเหตุใดภาพจึงกลายเป็นเช่นนี้:

“เนื่องจากความโค้งของกาล-อวกาศในบริเวณใกล้กับหลุมดำ รูปภาพของระบบจึงแตกต่างอย่างมากจากวงรีที่เราจะได้เห็นหากเราแทนที่หลุมดำด้วยวัตถุท้องฟ้ามวลต่ำธรรมดา ด้านบนของดิสก์ก่อให้เกิดภาพโดยตรง และเนื่องจากการบิดเบือนอย่างรุนแรง เราจึงมองเห็นดิสก์ทั้งหมด (หลุมดำไม่ได้ปิดกั้นส่วนต่างๆ ของดิสก์ที่อยู่ด้านหลังจากเรา) ส่วนล่างของดิสก์ก็มองเห็นได้เนื่องจาก การหักเหของแสงอย่างมีนัยสำคัญ"

ภาพของ Lumine ชวนให้นึกถึงผลงานของ Thorne อย่างน่าประหลาดใจ ซึ่งเขาได้รับหลังจากผลงานของชาวฝรั่งเศสมากว่า 30 ปี!

เหตุใดการแสดงภาพข้อมูลอื่นๆ มากมาย: ทั้งในบทความและภาพยนตร์วิทยาศาสตร์ยอดนิยม หลุมดำจึงมักจะเห็นแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง คำตอบนั้นง่ายมาก: การ “วาด” หลุมดำด้วยคอมพิวเตอร์โดยใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์นั้นเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและใช้เวลานานซึ่งมักจะไม่เหมาะกับงบประมาณที่พอประมาณ ดังนั้นผู้เขียนส่วนใหญ่จึงมักจะลงมือทำงานของนักออกแบบแทน มากกว่านักฟิสิกส์

2) เหตุใดจานสะสมมวลสารของ Gargantua จึงไม่งดงามเท่าที่เห็นในภาพและภาพยนตร์วิทยาศาสตร์ยอดนิยมหลายเรื่อง เหตุใดหลุมดำจึงไม่สามารถแสดงความสว่างและน่าประทับใจกว่านี้ได้

ฉันจะรวมคำถามนี้เข้ากับสิ่งต่อไปนี้:

3) เป็นที่ทราบกันว่าจานสะสมของหลุมดำเป็นแหล่งของการแผ่รังสีที่รุนแรงมาก นักบินอวกาศคงตายหากเข้าใกล้หลุมดำ

และก็เป็นเช่นนั้นจริงๆ หลุมดำเป็นกลไกของแหล่งพลังงานรังสีที่สว่างที่สุดและสูงที่สุดในจักรวาล ตามแนวคิดสมัยใหม่ หัวใจของควาซาร์ซึ่งบางครั้งส่องแสงสว่างกว่ากาแลคซีหลายร้อยแห่งรวมกันนั้นคือหลุมดำ ด้วยแรงโน้มถ่วง มันดึงดูดมวลมวลมหาศาล บังคับให้มันอัดตัวเป็นพื้นที่เล็กๆ ภายใต้ความกดดันสูงอย่างเหลือเชื่อ สารนี้ร้อนขึ้นปฏิกิริยานิวเคลียร์จะเกิดขึ้นในนั้นโดยปล่อยรังสีเอกซ์และรังสีแกมมาอันทรงพลัง
ต่อไปนี้คือวิธีการวาดดิสก์สะสมหลุมดำแบบคลาสสิก:

หาก Gargantua เป็นเช่นนั้น จานสะสมมวลสารดังกล่าวก็จะฆ่านักบินอวกาศด้วยการแผ่รังสีของมัน การสะสมที่หลุมดำของธอร์นนั้นไม่ได้หนาแน่นและมีมวลมากนัก ตามแบบจำลองของเขา อุณหภูมิของจานไม่สูงไปกว่าพื้นผิวดวงอาทิตย์ สาเหตุหลักมาจากการที่ Gargantua เป็นหลุมดำมวลมหาศาลซึ่งมีน้ำหนักอย่างน้อย 100 ล้านมวลดวงอาทิตย์ และมีรัศมีหนึ่งหน่วยดาราศาสตร์
นี่ไม่ใช่แค่หลุมดำมวลมหาศาล แต่เป็นหลุมดำมวลมหาศาล ตามการประมาณการต่างๆ แม้แต่หลุมดำที่อยู่ใจกลางทางช้างเผือกก็มีมวลประมาณ 4-4.5 ล้านมวลดวงอาทิตย์
แม้ว่า Gargantua จะยังห่างไกลจากเจ้าของสถิติก็ตาม ตัวอย่างเช่น หลุมในกาแลคซี NGC 1277 มีมวลเท่ากับ 17 พันล้านดวงอาทิตย์
ความคิดในการจินตนาการถึงการทดลองที่ผู้คนสำรวจหลุมดำนั้นรบกวน Thorne มาตั้งแต่ทศวรรษ 1980 มีอยู่ในหนังสือของเขาเรื่อง “หลุมดำและพับของเวลา” แล้ว มรดกอันกล้าหาญของไอน์สไตน์ ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1990 Thorne ตรวจสอบแบบจำลองสมมุติของการเดินทางระหว่างดวงดาวโดยนักวิจัยศึกษาหลุมดำ โดยต้องการเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อทำความเข้าใจคุณสมบัติของมันให้ดีขึ้น
นักวิจัยเริ่มต้นด้วยหลุมดำเล็กๆ พวกเขาไม่พอใจกับมันเลยเพราะกระแสน้ำที่มันสร้างขึ้นนั้นรุนแรงเกินไปและอันตรายถึงชีวิต พวกเขาเปลี่ยนเป้าหมายการศึกษาให้เป็นหลุมดำที่มีมวลมากขึ้น แต่เธอก็ไม่พอใจพวกเขาเช่นกัน ในที่สุดพวกเขาก็มุ่งหน้าไปยัง Gargantua ยักษ์
Gargantua ตั้งอยู่ใกล้กับควอซาร์ 3C273 ซึ่งช่วยให้คุณสามารถเปรียบเทียบคุณสมบัติของทั้งสองหลุมได้
นักวิจัยถามตัวเองว่า:

"ความแตกต่างระหว่าง Gargantua และ 3C273 ดูน่าประหลาดใจ ทำไม Garnatua ถึงไม่มีมวลและขนาดเป็นพันเท่า จึงมีโดนัททรงกลมที่มีก๊าซและเครื่องบินไอพ่นควอซาร์ขนาดยักษ์"

จานสะสมมวลสารของการ์กันตัวค่อนข้างเย็น ไม่ใหญ่มาก และไม่ปล่อยพลังงานมากเท่ากับควอซาร์ ทำไม

หลังจากการวิจัยด้วยกล้องส่องทางไกล เบรตพบคำตอบ: ทุกๆ สองสามเดือน ดาวดวงหนึ่งในวงโคจรของหลุมใจกลาง 3C273 จะเข้ามาใกล้ขอบฟ้าและถูกฉีกออกเป็นชิ้นๆ ด้วยพลังน้ำขึ้นน้ำลงของหลุมดำ ซากศพของดาวฤกษ์พร้อมกับ มวลประมาณ 1 เท่าของมวลดวงอาทิตย์กระเด็นไปในบริเวณใกล้กับหลุมดำ แรงเสียดทานภายในจะค่อยๆ ผลักดันก๊าซที่พ่นเข้าไปภายใน ก๊าซสดนี้จะชดเชยก๊าซที่โดนัทจ่ายให้กับรูและไอพ่นอย่างต่อเนื่อง และไอพ่นจะรักษาปริมาณก๊าซสำรองไว้และยังคงส่องแสงเจิดจ้าต่อไป
Bret อธิบายว่าดวงดาวสามารถเข้าใกล้ Gargantua ได้ แต่เนื่องจากการ์กันตัวมีขนาดใหญ่กว่า 3C273 มาก แรงขึ้นน้ำลงของมันเหนือขอบฟ้าเหตุการณ์จึงอ่อนเกินกว่าที่จะทำให้ดาวฤกษ์แตกออกจากกัน Gargantua กลืนดวงดาวทั้งหมดโดยไม่กระเด็นเครื่องในเข้าไปในโดนัทที่อยู่รอบๆ และหากไม่มีโดนัท Gargantua ก็ไม่สามารถสร้างไอพ่นและคุณสมบัติอื่นๆ ของควาซาร์ได้”

เพื่อให้ดิสก์แผ่รังสีขนาดใหญ่มีอยู่รอบหลุมดำ จะต้องมีวัสดุก่อสร้างที่สามารถก่อตัวได้ ในควาซาร์ เหล่านี้เป็นเมฆก๊าซหนาแน่นใกล้กับหลุมดำของดาวฤกษ์มาก นี่คือโมเดลคลาสสิกสำหรับการสร้างดิสก์สะสม:

ในดวงดาว เป็นที่ชัดเจนว่าไม่มีอะไรเลยที่จะมีดิสก์สะสมมวลสารขนาดใหญ่โผล่ออกมา ไม่มีเมฆหนาทึบหรือดาวฤกษ์ใกล้เคียงในระบบ หากมีสิ่งใดก็กินหมดไปนานแล้ว
สิ่งเดียวที่ Gargantua พึงพอใจคือเมฆความหนาแน่นต่ำของก๊าซระหว่างดวงดาว ทำให้เกิดดิสก์สะสมมวล "อุณหภูมิต่ำ" ที่อ่อนแอ ซึ่งไม่แผ่รังสีอย่างเข้มข้นเท่ากับดิสก์คลาสสิกในควาซาร์หรือระบบไบนารี ดังนั้นการแผ่รังสีจากดิสก์ของ Gargantua จะไม่ฆ่านักบินอวกาศ

Thorne เขียนไว้ใน The Science of Interstellar ว่า:

"จานสะสมมวลสารทั่วไปมีการแผ่รังสีเอกซ์ แกมมา และวิทยุที่รุนแรงมาก รุนแรงมากจนอาจทำให้นักบินอวกาศทุกคนที่ตัดสินใจอยู่ใกล้ๆ ทอดทิ้งได้ จาน Gargantua ที่แสดงในภาพยนตร์เป็นจานที่อ่อนแอมาก "อ่อนแอ" - จาก แน่นอน ไม่ใช่ตามมาตรฐานของมนุษย์ แต่ตามมาตรฐานของควาซาร์ทั่วไป แทนที่จะถูกให้ความร้อนถึงหลายร้อยล้านองศา เนื่องจากจานสะสมควาซาร์ได้รับความร้อน จานของการ์กันตัวได้รับความร้อนเพียงไม่กี่พันองศา ใกล้เคียงกับพื้นผิว ของดวงอาทิตย์ มันเปล่งแสงออกมามาก แต่แทบไม่มีรังสีเอกซ์หรือรังสีแกมมาเลย ภาพที่คุณมักจะเห็นได้จากแหล่งข้อมูลดาราศาสตร์ฟิสิกส์ยอดนิยมต่างๆ"

Kip Thorne เป็นเพียงคนเดียวที่แนะนำการมีอยู่ของดิสก์สะสมมวลเย็นรอบหลุมดำหรือไม่? ไม่แน่นอน

ดิสก์สะสมความเย็นของหลุมดำได้รับการศึกษาในวรรณคดีทางวิทยาศาสตร์มาเป็นเวลานาน:
ตามข้อมูลบางส่วน หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือก ราศีธนู A* (Sgr A*) มีเพียงจานสะสมมวลเย็นแบบเดียวกัน:

หลุมดำที่ไม่ใช้งานอาจมีอยู่รอบๆ หลุมดำใจกลางของเรา ดิสก์สะสมความเย็นที่เหลืออยู่ (เนื่องจากมีความหนืดต่ำ) จาก “ความเยาว์วัยที่ปั่นป่วน” ของ Sgr A* เมื่ออัตราการสะสมอยู่ในระดับสูง ตอนนี้ดิสก์นี้ "ดูด" ก๊าซร้อนเพื่อป้องกันไม่ให้ตกลงไปในหลุมดำ: ก๊าซจะเกาะอยู่ในดิสก์ที่ระยะห่างจากหลุมดำค่อนข้างมาก

(c) ดาวฤกษ์ปิดและจานสะสมมวลสารที่ไม่ได้ใช้งานใน Sgr A∗: สุริยุปราคาและแฟลร์
เซอร์เกย์ นายัคชิน 1 และ ราชิด ซุนยาเยฟ // 1. Max-Planck-Institut fur Astrophysik, Karl-Schwarzschild-Str. Garching ประเทศเยอรมนี 2. สถาบันวิจัยอวกาศ มอสโก รัสเซีย

หรือซิกนัส X-1:

การวิเคราะห์สเปกตรัมและเวลาของการสังเกตการณ์จำนวนมากโดยหอสังเกตการณ์ RXTE ของหลุมดำที่กำลังสะสม Cygnus X-1, GX339-4 และ GS1354-644 ในสถานะสเปกตรัมต่ำระหว่างปี 1996-1998 ได้ดำเนินการไปแล้ว สำหรับแหล่งที่มาทั้งสามแห่ง พบความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ลักษณะเฉพาะของความแปรปรวนที่ไม่เป็นระเบียบและพารามิเตอร์สเปกตรัม - ความชันของสเปกตรัมของรังสีคอมปตันไนซ์และแอมพลิจูดสัมพัทธ์ขององค์ประกอบที่สะท้อน ความสัมพันธ์ระหว่างแอมพลิจูดขององค์ประกอบที่สะท้อนและความชันของสเปกตรัมการคอมโทนแสดงให้เห็นว่าตัวกลางที่สะท้อน ( ดิสก์สะสมความเย็น) เป็นซัพพลายเออร์หลักของโฟตอนที่อ่อนในสาขา Comptonization

(c) รายงานในการประชุมองค์กร SPIE "Astronomical Telescopes and Instrumentation", 21-31 มีนาคม 2000, มิวนิก, เยอรมนี

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างดวงดาวกับ ดิสก์การสะสมข้อมูลที่ไม่ใช้งานในแกนกลางกาแลกติก // วลาดิเมียร์ คาราส สถาบันดาราศาสตร์, Academy of Sciences, ปราก, สาธารณรัฐเช็ก และ

(c) Charles University คณะคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ ปราก สาธารณรัฐเช็ก // Ladislav Subr. มหาวิทยาลัยชาร์ลส์ คณะคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ ปราก สาธารณรัฐเช็ก

หลุมดำที่เงียบสงบนั้นคล้ายคลึงกับหลุมในเนบิวลาแอนโดรเมดา ซึ่งเป็นหนึ่งในหลุมดำมวลมหาศาลดวงแรกที่ค้นพบ มีมวลประมาณ 140 ล้านมวลดวงอาทิตย์ แต่พวกเขาพบว่าไม่ใช่จากการแผ่รังสีที่รุนแรง แต่จากการเคลื่อนตัวของดวงดาวที่อยู่รอบๆ บริเวณนี้ แกนกลางของกาแลคซีดังกล่าวไม่มีรังสีควอซาร์ที่รุนแรง และนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้ข้อสรุปว่าสสารไม่ตกลงไปในหลุมดำนี้ สถานการณ์นี้เป็นเรื่องปกติสำหรับกาแลคซีที่ "เงียบสงบ" เช่น เนบิวลาแอนโดรเมดาและทางช้างเผือก

กาแลคซีที่มีหลุมดำกัมมันต์เรียกว่ากาแลคซีกัมมันต์หรือซีย์เฟิร์ต ดาราจักรเซย์เฟิร์ตคิดเป็นประมาณ 1% ของดาราจักรกังหันที่สังเกตพบทั้งหมด

การพบหลุมดำมวลมหาศาลในเนบิวลาแอนโดรเมดานั้นแสดงให้เห็นอย่างดีในภาพยนตร์วิทยาศาสตร์ยอดนิยมของ BBC เรื่อง "หลุมดำมวลมหาศาล"

4) เป็นที่รู้กันว่าหลุมดำมีพลังน้ำขึ้นน้ำลงที่ร้ายแรง พวกเขาจะไม่ทำลายทั้งนักบินอวกาศและดาวเคราะห์ของมิลเลอร์ซึ่งในหนังเรื่องนี้อยู่ใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์มากเกินไปใช่ไหม

แม้แต่วิกิพีเดียที่พูดน้อยก็เขียนเกี่ยวกับคุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของหลุมดำมวลมหาศาล:

“แรงขึ้นน้ำลงใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์จะอ่อนลงอย่างมากเนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าเอกภาวะศูนย์กลางอยู่ห่างจากขอบฟ้าจนนักบินอวกาศสมมุติที่เดินทางไปยังใจกลางหลุมดำจะไม่รู้สึกถึงผลกระทบของแรงขึ้นน้ำลงที่รุนแรงจนกว่าเขาจะรู้สึกได้มาก ลึกลงไปในนั้น »

แหล่งข้อมูลทางวิทยาศาสตร์และยอดนิยมใดๆ ที่อธิบายคุณสมบัติของหลุมดำมวลมหาศาลเห็นด้วยกับสิ่งนี้

ตำแหน่งของจุดที่พลังน้ำขึ้นน้ำลงถึงขนาดที่ทำลายวัตถุที่ตกลงมานั้นขึ้นอยู่กับขนาดของหลุมดำ สำหรับหลุมดำมวลมหาศาล เช่น ที่ใจกลางกาแล็กซี จุดนี้อยู่ภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ ดังนั้น นักบินอวกาศสมมุติจึงสามารถข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์โดยไม่สังเกตเห็นการเสียรูปใดๆ แต่หลังจากข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์แล้ว เขาก็ตกลงสู่ศูนย์กลาง ของหลุมดำอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ สำหรับหลุมดำขนาดเล็กซึ่งมีรัศมีชวาร์ซชิลด์ใกล้กับเอกภาวะมากกว่ามาก แรงขึ้นน้ำลงจะสังหารนักบินอวกาศก่อนที่เขาจะถึงขอบฟ้าเหตุการณ์

(c) หลุมดำ Schwarzschild // ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป: บทนำสำหรับนักฟิสิกส์ - สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, 2549 - หน้า 265. - ISBN 0-521-82951-8.

แน่นอนว่ามวลของ Gargantua ถูกเลือกเพื่อที่นักบินอวกาศจะไม่ถูกกระแสน้ำฉีกขาด
เป็นที่น่าสังเกตว่า Gargantua ในปี 1990 ของ Thorne นั้นค่อนข้างใหญ่กว่าใน Interstellar:

“การคำนวณแสดงให้เห็นว่า ยิ่งหลุมมีขนาดใหญ่ แรงขับของจรวดก็ยิ่งน้อยลงเพื่อให้มันอยู่บนเส้นรอบวงขอบฟ้าเหตุการณ์ 1.0001 สำหรับแรงผลักของโลก 10 gs ที่เจ็บปวดแต่พอทนได้ มวลของหลุมนั้นจะต้องมีมวลเท่ากับ 15 ล้านล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ หลุมที่ใกล้ที่สุดเรียกว่าการ์กันตัว ซึ่งอยู่ห่างจากดาราจักรของเรา 100,000 ปีแสง และ 100 ล้านปีแสงจากกระจุกดาราจักรราศีกันย์ที่ทางช้างเผือกโคจรอยู่รอบ ๆ จริงๆ แล้วตั้งอยู่ใกล้กับควอซาร์ 3C273 ห่างจากทางช้างเผือก 2 พันล้านปีแสง...
เมื่อเข้าไปในวงโคจรของการ์กันตัวอาและทำการวัดตามปกติ คุณจะมั่นใจได้ว่ามวลของมันเท่ากับมวลดวงอาทิตย์ 15 ล้านล้านดวงและมันหมุนช้ามาก จากข้อมูลนี้ คุณคำนวณได้ว่าเส้นรอบวงของขอบฟ้าคือ 29 ปีแสง ในที่สุด เขาคำนวณว่านี่คือหลุม ซึ่งคุณสามารถสำรวจได้ โดยประสบกับแรงขึ้นน้ำลงและความเร่งที่ยอมรับได้!"

ในหนังสือปี 2014 เรื่อง “The Science of Interstellar” ซึ่งคิป ธอร์น บรรยายแง่มุมทางวิทยาศาสตร์ของการทำงานในภาพยนตร์เรื่องนี้ เขาได้ให้มวลดวงอาทิตย์ 100 ล้านดวงแล้ว แต่สังเกตว่านี่คือมวลขั้นต่ำที่คน “สบายใจ” สามารถทำได้ มีความสัมพันธ์กับอิทธิพลของหลุมดำ

5) ดาวเคราะห์ของมิลเลอร์สามารถดำรงอยู่ได้ใกล้กับหลุมดำมากขนาดนี้ได้อย่างไร? มันจะถูกทำลายด้วยพลังน้ำขึ้นน้ำลงหรือไม่?

นักดาราศาสตร์ Phil Plaint หรือที่รู้จักในชื่อ "นักดาราศาสตร์ผู้ไม่ดี" เนื่องจากความสงสัยที่ไร้การควบคุมของเขา ไม่สามารถผ่าน Interstellar ได้ ยิ่งกว่านั้น ก่อนหน้านั้น เขาได้ทำลายภาพยนตร์ชื่อดังหลายเรื่องอย่างโหดเหี้ยม เช่น "Gravity" ด้วยความกังขาอย่างแรงกล้า

“ฉันตั้งตารอคอย Interstellar จริงๆ... แต่สิ่งที่ฉันเห็นมันแย่มาก นี่เป็นความล้มเหลวโดยสิ้นเชิง ฉันไม่ชอบมันเลยจริงๆ”

- เขาเขียนในบทความของเขาลงวันที่ 6 พฤศจิกายน
ฟิลบอกว่าส่วนทางวิทยาศาสตร์ของหนังเรื่องนี้เป็นเรื่องไร้สาระโดยสิ้นเชิง ซึ่งแม้จะอยู่ในกรอบสมมุติฐานก็ไม่สามารถสอดคล้องกับแนวคิดทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ได้ เขาเดินทางรอบโลกของมิลเลอร์โดยเฉพาะ ตามที่เขาพูด ดาวเคราะห์สามารถโคจรรอบหลุมดำดังกล่าวได้อย่างเสถียร แต่วงโคจรของมันจะต้องมีขนาดอย่างน้อยสามเท่าของขนาดการ์กันตัวมันเอง นาฬิกาจะทำงานช้ากว่าบนโลก แต่เพียง 20 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ความเสถียรของดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้หลุมดำ ดังที่แสดงในภาพยนตร์ ถือเป็นจินตนาการที่เป็นไปไม่ได้ นอกจากนี้มันจะถูกฉีกออกเป็นชิ้น ๆ ด้วยพลังน้ำขึ้นน้ำลงของหลุมดำ

แต่วันที่ 9 พ.ย. โจทก์ก็ปรากฏบทความใหม่ เขาโทรหาเธอ ติดตามผล: ดวงดาว Mea Culpa- นักวิจารณ์วิทยาศาสตร์ที่ไม่มีใครเทียบได้ตัดสินใจกลับใจ

“ฉันเมาอีกครั้ง แต่ไม่ว่าความผิดพลาดของฉันจะขนาดไหน ฉันก็พยายามยอมรับมันเสมอ สุดท้ายแล้ว วิทยาศาสตร์เองก็บังคับให้เรายอมรับความผิดพลาดและเรียนรู้จากความผิดพลาดเหล่านั้น!”

Phil Plaint ยอมรับว่าเขาทำผิดพลาดในการคิดและได้ข้อสรุปที่ผิด:

“ในบทวิจารณ์ของฉัน ฉันพูดถึงดาวเคราะห์ของมิลเลอร์ที่โคจรใกล้หลุมดำ หนึ่งชั่วโมงที่ใช้บนโลกนี้เท่ากับเจ็ดปีโลก คำกล่าวอ้างของฉันคือว่าด้วยการขยายเวลาดังกล่าว วงโคจรที่มั่นคงของดาวเคราะห์คงเป็นไปไม่ได้
และนี่คือเรื่องจริง... สำหรับหลุมดำที่ไม่หมุนรอบตัวเอง ความผิดพลาดของฉันคือสิ่งนี้ ว่าฉันไม่ได้ใช้สมการที่ถูกต้องกับหลุมดำที่หมุนเร็ว! สิ่งนี้ทำให้ภาพของกาล-อวกาศใกล้กับหลุมดำเปลี่ยนไปอย่างมาก ตอนนี้ฉันเข้าใจแล้วว่าวงโคจรที่มั่นคงของดาวเคราะห์ดวงนี้รอบหลุมดำอาจมีอยู่ และใกล้กับขอบฟ้าเหตุการณ์มากจนสามารถขยายเวลาที่ระบุไว้ในภาพยนตร์ได้ โดยทั่วไปแล้วฉันผิด
ฉันยังระบุไว้ในการวิเคราะห์ดั้งเดิมของฉันด้วยว่ากระแสน้ำโน้มถ่วงจะฉีกดาวเคราะห์ดวงนี้ออกจากกัน ฉันได้ปรึกษากับนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์สองคนที่ยังบอกด้วยว่ากระแสน้ำของ Gargantua อาจจะทำลายโลก แต่สิ่งนี้ยังไม่ได้รับการยืนยันทางคณิตศาสตร์ พวกเขายังคงแก้ไขปัญหานี้อยู่ และทันทีที่แก้ไขได้ ฉันจะเผยแพร่วิธีแก้ปัญหา ตัวฉันเองไม่สามารถบอกได้ว่าตัวเองถูกหรือผิดในการวิเคราะห์ และแม้ว่าฉันจะพูดถูก การพิจารณาของฉันยังคงนำไปใช้กับหลุมดำที่ไม่หมุนรอบตัวเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่ใช้กับกรณีนี้
เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว จำเป็นต้องหารือเกี่ยวกับปัญหาทางคณิตศาสตร์หลายประการ แต่ฉันไม่รู้แน่ชัดว่าดาวเคราะห์ของมิลเลอร์อยู่ห่างจากการ์กันตัวอาแค่ไหน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะบอกว่ากระแสน้ำจะทำลายมันได้หรือไม่ ฉันยังไม่ได้อ่านหนังสือของนักฟิสิกส์และผู้อำนวยการสร้างบริหารของภาพยนตร์เรื่อง Kip Thorne เรื่อง "The Science of Interstellar" - ฉันคิดว่าหนังสือเล่มนี้จะช่วยให้กระจ่างเกี่ยวกับปัญหานี้ได้
อย่างไรก็ตาม ฉันคิดผิดเกี่ยวกับความเสถียรของวงโคจร - และตอนนี้ฉันคิดว่าจำเป็นต้องยกเลิกการร้องเรียนเกี่ยวกับภาพยนตร์เรื่องนี้
โดยสรุป: ภาพทางกายภาพที่แสดงในภาพยนตร์ใกล้กับหลุมดำนั้นสอดคล้องกับวิทยาศาสตร์จริงๆ ฉันทำผิดที่ฉันขอโทษ

Ikjyot Singh Kohli นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยยอ ได้ให้คำตอบเกี่ยวกับสมการบนหน้าของเขา ซึ่งพิสูจน์ว่าการดำรงอยู่ของดาวเคราะห์ของมิลเลอร์นั้นค่อนข้างเป็นไปได้
เขาพบวิธีแก้ปัญหาที่โลกจะดำรงอยู่ได้ภายใต้เงื่อนไขที่แสดงให้เห็นในภาพยนตร์เรื่องนี้ แต่เขายังกล่าวถึงปัญหาของพลังน้ำขึ้นน้ำลงซึ่งควรจะแยกโลกออกจากกัน วิธีแก้ปัญหาของเขาแสดงให้เห็นว่าพลังน้ำขึ้นน้ำลงนั้นอ่อนเกินกว่าจะแยกออกจากกัน
เขายังยืนยันถึงการมีอยู่ของคลื่นยักษ์บนพื้นผิวโลกด้วยซ้ำ

ความคิดของ Singh Kohli พร้อมตัวอย่างสมการอยู่ที่นี่:

นี่คือวิธีที่ Miller Thorne แสดงตำแหน่งของดาวเคราะห์ในหนังสือของเขา:

มีจุดที่วงโคจรไม่เสถียร แต่ Thorne ก็พบวงโคจรที่มั่นคงเช่นกัน:

พลังน้ำขึ้นน้ำลงไม่ได้ฉีกดาวเคราะห์ออกจากกัน แต่เปลี่ยนรูปร่างของมัน:

หากดาวเคราะห์หมุนรอบแหล่งกำเนิดพลังน้ำขึ้นน้ำลง ดาวเคราะห์เหล่านั้นก็จะเปลี่ยนทิศทางอย่างต่อเนื่อง โดยเปลี่ยนรูปไปในจุดต่างๆ ในวงโคจร ในตำแหน่งหนึ่ง ดาวเคราะห์จะแบนจากตะวันออกไปตะวันตก และขยายจากเหนือจรดใต้ อีกจุดหนึ่งในวงโคจร มันถูกบีบอัดจากเหนือลงใต้และทอดยาวจากตะวันออกไปตะวันตก เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของ Gargantua นั้นแรงมาก การเปลี่ยนแปลงรูปร่างภายในและแรงเสียดทานจะทำให้ดาวเคราะห์ร้อนขึ้น ทำให้มันร้อนมาก แต่อย่างที่เราเห็นในภาพยนตร์เรื่องนี้ โลกของมิลเลอร์ดูแตกต่างออกไปมาก
ดังนั้นจึงเป็นการยุติธรรมที่จะสรุปได้ว่าดาวเคราะห์จะหันหน้าไปทาง Gargantua ด้านหนึ่งเสมอ และนี่เป็นเรื่องปกติสำหรับวัตถุจำนวนมากที่หมุนรอบวัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงมากกว่า ตัวอย่างเช่น ดวงจันทร์ของเรา ดาวเทียมจำนวนมากของดาวพฤหัสและดาวเสาร์มักจะหันไปยังดาวเคราะห์โดยมีเพียงด้านเดียวเสมอ

Thorne ยังกล่าวถึงประเด็นสำคัญอีกประการหนึ่ง:

“ถ้าคุณดูดาวเคราะห์ของมิลเลอร์จากดาวเคราะห์ของแมนน์ คุณจะเห็นว่ามันหมุนรอบการ์กันทัวอย่างไรด้วยระยะเวลาการโคจร 1.7 ชั่วโมง ครอบคลุมเกือบพันล้านกิโลเมตรในช่วงเวลานี้ นั่นประมาณครึ่งหนึ่งของความเร็วแสง! เนื่องจากการขยายเวลาสำหรับลูกเรือ Ranger ช่วงเวลานี้จึงลดลงเหลือหนึ่งในสิบของวินาที มันเร็วมาก! และมันไม่เร็วกว่าความเร็วแสงมากนักเหรอ? ไม่ เพราะในระบบการรายงานของพื้นที่เคลื่อนที่คล้ายกระแสน้ำวนรอบการ์กันตัว ดาวเคราะห์เคลื่อนที่ช้ากว่าแสง
ในแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์ของภาพยนตร์เรื่องนี้ ดาวเคราะห์มักจะหันไปทางหลุมดำด้วยด้านเดียวเสมอ และหมุนด้วยความเร็วที่สูงมาก แรงเหวี่ยงจะฉีกดาวเคราะห์ออกจากกันด้วยความเร็วขนาดนี้หรือไม่? ไม่: เธอได้รับการช่วยเหลืออีกครั้งจากกระแสน้ำวนที่หมุนวนของอวกาศ ดาวเคราะห์จะไม่รู้สึกถึงแรงเหวี่ยงทำลายล้าง เนื่องจากอวกาศเองก็หมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วเท่ากัน"

6) คลื่นยักษ์ดังกล่าวเกิดขึ้นได้อย่างไรบนพื้นผิวดาวเคราะห์ของมิลเลอร์?

Thorne ตอบคำถามนี้ดังนี้:

“ฉันทำการคำนวณทางกายภาพที่จำเป็นและพบการตีความทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นไปได้สองแบบ
วิธีแก้ปัญหาทั้งสองนี้ต้องการให้ตำแหน่งของแกนหมุนของดาวเคราะห์ไม่เสถียร ดาวเคราะห์ควรจะโยกเยกในช่วงหนึ่งดังแสดงในรูป สิ่งนี้เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของ Gargantua

เมื่อฉันคำนวณระยะเวลาของการโยกนี้ ฉันจะได้ค่าประมาณหนึ่งชั่วโมง และนี่ตรงกับเวลาที่คริสเลือก - ซึ่งยังไม่รู้เรื่องการตีความทางวิทยาศาสตร์ของฉันเลย!
แบบจำลองที่สองของฉันคือสึนามิ พลังน้ำขึ้นน้ำลงของ Gargantua สามารถทำให้เปลือกโลกของมิลเลอร์เปลี่ยนรูปได้ในช่วงเวลาเดียวกัน (1 ชั่วโมง) การเสียรูปเหล่านี้อาจทำให้เกิดแผ่นดินไหวที่รุนแรงมากได้ พวกมันสามารถทำให้เกิดสึนามิได้มากเกินกว่าที่เคยเห็นบนโลกนี้"

7) การซ้อมรบที่เหลือเชื่อของ Endurance และ Ranger ในวงโคจร Gargantua เป็นไปได้อย่างไร?

1) ความทนทานกำลังเคลื่อนที่ในวงโคจรที่จอดรถโดยมีรัศมีเท่ากับ 10 เท่าของรัศมีของ Gargantua และลูกเรือที่มุ่งหน้าไปยัง Miller กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว C/3 ดาวเคราะห์ของมิลเลอร์เคลื่อนที่ที่ 55% ของ C
2) เรนเจอร์ต้องชะลอความเร็วจาก C/3 เพื่อลดวงโคจรลงและเข้าใกล้มิลเลอร์พอยต์ ความเร็วช้าลงเหลือ c/4 และไปถึงบริเวณรอบนอกโลก (แน่นอนว่า ที่นี่คุณต้องคำนวณอย่างเข้มงวดเพื่อไปถึงจุดนั้น แต่นี่ไม่ใช่ปัญหาสำหรับคอมพิวเตอร์)

Thorne อธิบายกลไกของการเปลี่ยนแปลงความเร็วที่สำคัญเช่นนี้:

“ดาวฤกษ์และหลุมดำเล็กๆ โคจรรอบหลุมดำขนาดยักษ์ เช่น การ์กันตัว พวกเขาคือผู้ที่สามารถสร้างพลังกำหนดที่จะเบี่ยงเบน Ranger จากวงโคจรวงกลมของเขาและนำเขาลงสู่ Gargantua NASA มักใช้แรงโน้มถ่วงที่คล้ายกันในระบบสุริยะ แม้ว่ามันจะใช้แรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์มากกว่าหลุมดำก็ตาม รายละเอียดของการซ้อมรบนี้ไม่ได้เปิดเผยใน Interstellar แต่การซ้อมรบนั้นถูกกล่าวถึงเมื่อพวกเขาพูดถึงการใช้ดาวนิวตรอนเพื่อลดความเร็ว"

Thorne แสดงดาวนิวตรอนในรูป:

วันที่ที่มีดาวนิวตรอนช่วยให้คุณเปลี่ยนความเร็วได้:

“แนวทางดังกล่าวอาจเป็นอันตรายได้มาก เช่น เจ้าหน้าที่พิทักษ์ป่าจะต้องเข้าใกล้ดาวนิวตรอน (หรือหลุมดำเล็กๆ) มากพอจึงจะรู้สึกถึงแรงโน้มถ่วงที่รุนแรง หากดาวเบรกหรือหลุมดำมีรัศมีน้อยกว่า 10,000 กม. ผู้คนและเรนเจอร์จะถูกฉีกออกจากกันด้วยพลังน้ำขึ้นน้ำลง ดังนั้น ดาวนิวตรอนจะต้องมีขนาดอย่างน้อย 10,000 กิโลเมตร
ฉันได้ปรึกษาปัญหานี้กับโนแลนระหว่างการผลิตบท โดยเสนอแนะทางเลือกระหว่างหลุมดำหรือดาวนิวตรอน โนแลนเลือกดาวนิวตรอน ทำไม เพราะเขาไม่ต้องการสร้างความสับสนให้กับผู้ชมด้วยหลุมดำสองหลุม”

“หลุมดำที่เรียกว่า IMBH (หลุมดำมวลปานกลาง) มีขนาดเล็กกว่าการ์กันตัวอาถึงหมื่นเท่า แต่หนักกว่าหลุมดำธรรมดาถึงพันเท่า คูเปอร์ต้องการตัวเปลี่ยนเส้นทางเช่นนี้ เชื่อกันว่า IMBH บางชนิดก่อตัวในกระจุกทรงกลม และบางส่วนพบในแกนกลางของกาแลคซีซึ่งเป็นที่ซึ่งพบหลุมดำขนาดยักษ์ ตัวอย่างที่ใกล้เคียงที่สุดคือแอนโดรเมดาเนบิวลา ซึ่งเป็นกาแลคซีที่อยู่ใกล้เราที่สุด หลุมที่ซ่อนอยู่ในแกนกลางของแอนโดรเมดานั้นมีหลุมคล้ายกับการ์กันตัวซึ่งมีมวลประมาณ 100 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ เมื่อ IMBH ผ่านบริเวณที่มีประชากรดาวฤกษ์หนาแน่น ผลกระทบของ "แรงเสียดทานแบบไดนามิก" จะทำให้ความเร็วของ IMBH ลดลง และจะลดลงเรื่อยๆ และเข้าใกล้หลุมดำขนาดยักษ์มากขึ้น ด้วยเหตุนี้ IMBH จึงพบว่าตัวเองอยู่ใกล้กับหลุมดำมวลมหาศาล ดังนั้น ธรรมชาติจึงสามารถให้แหล่งการเบี่ยงเบนโน้มถ่วงเช่นนี้แก่คูเปอร์ได้”

หากต้องการใช้งาน "หนังสติ๊กโน้มถ่วง" ในชีวิตจริง โปรดดูตัวอย่างยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ เช่น ประวัติศาสตร์ของนักเดินทาง

วิทยาศาสตร์

ภาพยนตร์ที่ดึงดูดสายตาที่เพิ่งเปิดตัวเมื่อเร็ว ๆ นี้ Inresttellar มีพื้นฐานมาจากแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ที่แท้จริงเช่น การหมุนของหลุมดำ รูหนอน และการขยายเวลา.

แต่ถ้าคุณไม่คุ้นเคยกับแนวคิดเหล่านี้คุณอาจสับสนเล็กน้อยในการรับชม

ในภาพยนตร์เรื่องนี้ ทีมนักสำรวจอวกาศต้องไป การเดินทางนอกกาแลคซีผ่านรูหนอน- ในอีกด้านหนึ่ง พวกเขาพบว่าตัวเองอยู่ในระบบสุริยะอื่นที่มีหลุมดำหมุนรอบตัวแทนที่จะเป็นดาวฤกษ์

พวกเขากำลังแข่งกับอวกาศและเวลาเพื่อทำภารกิจให้สำเร็จ การเดินทางในอวกาศลักษณะนี้อาจดูสับสนเล็กน้อย แต่เป็นไปตามหลักการพื้นฐานของฟิสิกส์

นี่คือหลัก 5 แนวคิดของฟิสิกส์สิ่งที่คุณต้องรู้เพื่อทำความเข้าใจ Interstellar:

แรงโน้มถ่วงเทียม

ปัญหาใหญ่ที่สุดที่มนุษย์เผชิญระหว่างการเดินทางในอวกาศระยะยาวคือ ความไร้น้ำหนัก- เราเกิดมาบนโลกและร่างกายของเราได้ปรับตัวเข้ากับสภาวะแรงโน้มถ่วงบางอย่าง แต่เมื่อเราอยู่ในอวกาศเป็นเวลานาน กล้ามเนื้อของเราก็เริ่มอ่อนแรง

ฮีโร่ในภาพยนตร์เรื่อง Interstellar ก็ประสบปัญหานี้เช่นกัน

นักวิทยาศาสตร์กำลังสร้างเพื่อรับมือกับสิ่งนี้ แรงโน้มถ่วงเทียมในยานอวกาศ- วิธีหนึ่งที่ทำได้คือหมุนยานอวกาศเหมือนในหนัง การหมุนจะสร้างแรงเหวี่ยงที่ผลักวัตถุไปทางผนังด้านนอกของเรือ แรงผลักนี้คล้ายกับแรงโน้มถ่วง เพียงแต่ไปในทิศทางตรงกันข้ามเท่านั้น

นี่เป็นแรงโน้มถ่วงเทียมรูปแบบหนึ่งที่คุณพบเมื่อคุณขับรถไปรอบๆ เส้นโค้งรัศมีเล็กๆ และรู้สึกราวกับว่าคุณถูกผลักออกไปด้านนอก ห่างจากจุดกึ่งกลางของเส้นโค้ง ในยานอวกาศที่หมุนได้ ผนังจะกลายเป็นพื้นของคุณ

การหมุนหลุมดำในอวกาศ

นักดาราศาสตร์ได้สังเกตการณ์ในจักรวาลของเราแม้ว่าจะโดยอ้อมก็ตาม หมุนหลุมดำ- ไม่มีใครรู้ว่ามีอะไรอยู่ใจกลางหลุมดำ แต่นักวิทยาศาสตร์ตั้งชื่อให้แล้ว -เอกพจน์ .

หลุมดำที่กำลังหมุนอยู่จะบิดเบือนพื้นที่รอบๆ พวกมันแตกต่างจากหลุมดำที่อยู่นิ่ง

กระบวนการบิดเบี้ยวนี้เรียกว่า "การเคลื่อนตัวของเฟรมเฉื่อย" หรือปรากฏการณ์ Lense-Thirring และส่งผลต่อรูปลักษณ์ของหลุมดำจากการบิดเบือนอวกาศ และที่สำคัญกว่านั้นคือกาล-อวกาศรอบๆ มัน หลุมดำที่คุณเห็นในหนังก็เพียงพอแล้วใกล้เคียงกับแนวคิดทางวิทยาศาสตร์มาก.

• ยานอวกาศ Endurance กำลังมุ่งหน้าไปยัง Gargantua - หลุมดำมวลมหาศาลสมมุติมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 100 ล้านเท่า
• อยู่ห่างจากโลก 10 พันล้านปีแสง และมีดาวเคราะห์หลายดวงโคจรรอบโลก Gargantua หมุนด้วยความเร็วแสงถึง 99.8 เปอร์เซ็นต์อย่างน่าประหลาดใจ
• จานสะสมมวลสารของการากันตัวประกอบด้วยก๊าซและฝุ่นซึ่งมีอุณหภูมิเท่ากับพื้นผิวดวงอาทิตย์ จานจ่ายแสงและความร้อนให้กับดาวเคราะห์ Gargantua

ลักษณะที่ซับซ้อนของหลุมดำในภาพยนตร์เรื่องนี้เกิดจากการที่ภาพของจานสะสมมวลสารถูกบิดเบือนโดยเลนส์โน้มถ่วง ส่วนโค้งสองส่วนปรากฏขึ้นในภาพ โดยส่วนโค้งหนึ่งก่อตัวเหนือหลุมดำ และอีกส่วนอยู่ด้านล่าง

หลุมตุ่น

รูหนอนหรือรูหนอนที่ทีมงานใน Interstellar ใช้เป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ในภาพยนตร์เรื่องนี้ ซึ่งไม่ได้รับการพิสูจน์ว่ามีอยู่จริง- มันเป็นเรื่องสมมุติ แต่สะดวกมากในเนื้อเรื่องของนิยายวิทยาศาสตร์ที่คุณต้องเอาชนะระยะทางอันกว้างใหญ่

แค่รูหนอนก็เป็นแบบนั้น เส้นทางที่สั้นที่สุดผ่านอวกาศ- วัตถุใดๆ ที่มีมวลจะทำให้เกิดรูในอวกาศ ซึ่งหมายความว่าอวกาศสามารถยืด บิดเบี้ยว และพับเก็บได้

รูหนอนเป็นเหมือนรอยพับของอวกาศ (และเวลา) ที่เชื่อมระหว่างสองภูมิภาคที่ห่างไกลมาก ซึ่งช่วยเหลือนักเดินทางในอวกาศ เดินทางไกลได้ในระยะเวลาอันสั้น.

ชื่ออย่างเป็นทางการของรูหนอนคือ "สะพานไอน์สไตน์-โรเซน" ตามที่เสนอครั้งแรกโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์และเพื่อนร่วมงานของเขา นาธาน โรเซน ในปี 1935

• ในไดอะแกรม 2 มิติ ปากของรูหนอนจะแสดงเป็นวงกลม อย่างไรก็ตาม ถ้าเรามองเห็นรูหนอน มันก็จะมีลักษณะเป็นทรงกลม
• บนพื้นผิวของทรงกลม จะสามารถมองเห็นอวกาศที่บิดเบี้ยวด้วยแรงโน้มถ่วงอีกด้านหนึ่งของ "หลุม" ได้
• ขนาดของรูหนอนในภาพยนตร์: เส้นผ่านศูนย์กลาง 2 กม. และระยะการถ่ายโอนคือ 10 พันล้านปีแสง

การขยายเวลาตามแรงโน้มถ่วง

การขยายเวลาตามแรงโน้มถ่วงเป็นปรากฏการณ์จริงที่สังเกตได้บนโลก มันเกิดขึ้นเพราะ สัมพันธ์กับเวลา- ซึ่งหมายความว่ากระแสจะแตกต่างกันไปตามระบบพิกัดที่ต่างกัน

เมื่อคุณอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงสูง เวลาเดินช้าลงสำหรับคุณเมื่อเทียบกับคนที่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำ

หลุมดำเป็นผลมาจากการล่มสลายของดาวฤกษ์มวลมหาศาลที่แกนกลางของมันหมดเชื้อเพลิงสำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ เมื่อแกนกลางถูกบีบอัด อุณหภูมิของแกนกลางจะเพิ่มขึ้น และโฟตอนที่มีพลังงานมากกว่า 511 keV จะชนกันและก่อตัวเป็นคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน ซึ่งนำไปสู่ความหายนะในความดันลดลงและการล่มสลายของดาวฤกษ์เพิ่มเติมภายใต้อิทธิพลของมัน แรงโน้มถ่วงของตัวเอง

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ อีธาน ซีเกล ตีพิมพ์บทความเรื่อง "หลุมดำที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลที่รู้จัก" ซึ่งเขาได้รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับมวลของหลุมดำในกาแลคซีต่างๆ แค่สงสัยว่า: พวกมันใหญ่ที่สุดที่ไหน?

เนื่องจากกระจุกดาวฤกษ์ที่หนาแน่นที่สุดอยู่ในใจกลางกาแลคซี ในปัจจุบันเกือบทุกกาแลคซีจึงมีหลุมดำขนาดใหญ่อยู่ตรงกลาง ซึ่งก่อตัวขึ้นหลังจากการรวมตัวกันของกาแลคซีอื่นๆ อีกหลายแห่ง ตัวอย่างเช่น ที่ใจกลางทางช้างเผือกมีหลุมดำซึ่งมีมวลประมาณ 0.1% ของกาแลคซีของเรา ซึ่งก็คือ 4 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์

เป็นเรื่องง่ายมากที่จะระบุการมีอยู่ของหลุมดำโดยศึกษาวิถีโคจรของดาวฤกษ์ที่ได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่มองไม่เห็น

แต่ทางช้างเผือกเป็นดาราจักรที่ค่อนข้างเล็กซึ่งไม่สามารถมีหลุมดำที่ใหญ่ที่สุดได้ ตัวอย่างเช่น ไม่ไกลจากเราในกลุ่มราศีกันย์ มีกาแลคซีขนาดยักษ์ชื่อเมสไซเออร์ 87 ซึ่งใหญ่กว่าของเราประมาณ 200 เท่า

ดังนั้น จากใจกลางกาแล็กซีนี้ กระแสสสารความยาวประมาณ 5,000 ปีแสงก็ระเบิดออกมา (ในภาพ) อีธาน ซีเกลเขียนถึงความผิดปกติอย่างบ้าคลั่ง แต่มันดูดีมาก

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามีเพียงหลุมดำเท่านั้นที่สามารถอธิบาย "การปะทุ" ดังกล่าวจากใจกลางกาแลคซีได้ การคำนวณแสดงให้เห็นว่ามวลของหลุมดำนี้มากกว่ามวลของหลุมดำในทางช้างเผือกประมาณ 1,500 เท่า ซึ่งก็คือมวลประมาณ 6.6 พันล้านเท่าของดวงอาทิตย์

แต่หลุมดำที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลอยู่ที่ไหน? หากเราถือว่าที่ใจกลางกาแลคซีเกือบทุกแห่งมีวัตถุดังกล่าวซึ่งมีมวล 0.1% ของมวลกาแลคซี เราก็จะต้องค้นหากาแลคซีที่มีมวลมากที่สุด นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถตอบคำถามนี้ได้เช่นกัน

กาแลคซีขนาดใหญ่ที่สุดที่เรารู้จักคือ IC 1101 ที่ใจกลางกระจุกดาวเอเบลล์ 2029 ซึ่งอยู่ห่างจากทางช้างเผือกมากกว่ากระจุกราศีกันย์ถึง 20 เท่า

ใน IC 1101 ระยะทางจากศูนย์กลางถึงขอบที่ไกลที่สุดคือประมาณ 2 ล้านปีแสง ขนาดของมันคือสองเท่าของระยะทางจากทางช้างเผือกถึงกาแล็กซีแอนโดรเมดาที่ใกล้ที่สุด มวลเกือบจะเท่ากับมวลของกระจุกราศีกันย์ทั้งหมด!

หากมีหลุมดำอยู่ใจกลาง IC 1101 (และควรมี) หลุมดำก็อาจมีมวลมากที่สุดในจักรวาลที่เรารู้จัก

Ethan Siegel บอกว่าเขาอาจจะผิด เหตุผลก็คือกาแล็กซี NGC 1277 ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะ นี่ไม่ใช่กาแล็กซีขนาดใหญ่มาก เล็กกว่ากาแล็กซีของเราเล็กน้อย แต่การวิเคราะห์การหมุนรอบตัวเองแสดงให้เห็นผลลัพธ์ที่น่าเหลือเชื่อ หลุมดำที่อยู่ตรงกลางมีมวล 17 พันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ และคิดเป็น 17% ของมวลทั้งหมดของกาแลคซี นี่เป็นบันทึกอัตราส่วนมวลของหลุมดำต่อมวลของกาแลคซี

มีผู้สมัครอีกคนสำหรับบทบาทของหลุมดำที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลที่เรารู้จัก เขาแสดงอยู่ในรูปภาพถัดไป

วัตถุประหลาด OJ 287 เรียกว่าบลาซาร์ บลาซาร์เป็นวัตถุนอกกาแลคซีประเภทพิเศษ ซึ่งเป็นควาซาร์ประเภทหนึ่ง มีความโดดเด่นด้วยการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่ทรงพลังมาก ซึ่งใน OJ 287 จะแตกต่างกันไปตามรอบ 11-12 ปี (โดยมีจุดสูงสุดสองเท่า)

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์กล่าวว่า OJ 287 มีหลุมดำใจกลางมวลมหาศาลซึ่งถูกโคจรรอบด้วยหลุมดำขนาดเล็กกว่าอีกหลุมหนึ่ง ด้วยมวลดวงอาทิตย์ 18 พันล้านดวง หลุมดำใจกลางจึงเป็นหลุมดำที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่ทราบจนถึงปัจจุบัน

หลุมดำคู่นี้จะเป็นหนึ่งในการทดลองที่ดีที่สุดในการทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป กล่าวคือ การเสียรูปของกาล-อวกาศที่อธิบายไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

เนื่องจากผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ จุดใกล้ดวงอาทิตย์ของหลุมดำซึ่งก็คือจุดที่วงโคจรของมันใกล้กับหลุมดำใจกลางมากที่สุด ควรเปลี่ยนไป 39° ต่อการปฏิวัติ! เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว จุดใกล้ดวงอาทิตย์ของดาวพุธขยับเพียง 43 อาร์ควินาทีต่อศตวรรษ

ความงามของหลุมดำนั้นน่าหลงใหล แต่หลุมดำคืออะไรจากมุมมองของฟิสิกส์แบบดั้งเดิม? บรรยายโดย Kip Thorne นักฟิสิกส์ทฤษฎีและผู้เขียน Interstellar วิทยาศาสตร์เบื้องหลัง" พนันได้เลยว่าคุณไม่รู้เรื่องนี้?

หลุมดำถูกแสดงเป็นครั้งแรกอย่างสมจริงในภาพยนตร์ฮอลลีวูดเรื่อง Interstellar รูปร่างหน้าตาของพวกเขาคำนวณโดยใช้สมการ - ทำได้โดย Kip Thorne ซึ่งเป็นที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์ของภาพ ในอดีต ผู้กำกับและผู้สร้างเอฟเฟกต์พิเศษอาศัยจินตนาการมากกว่าวิทยาศาสตร์ แต่แม้กระทั่งทุกวันนี้ คำถามที่ว่าหลุมดำมีโครงสร้างอย่างไร และคุณสมบัติของหลุมดำยังคงเปิดอยู่อย่างไร

แม้แต่ Stephen Hawking อัจฉริยะและเป็นหนึ่งในนักวิจัยหลักของปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งนี้ ยังได้พิสูจน์หักล้างทฤษฎีของเขาเองที่เสนอเมื่อ 30 ปีที่แล้ว เมื่อไม่นานมานี้ เชื่อกันว่าหลุมดำจะทำลายทุกสิ่งที่มันดึงเข้าสู่ตัวมันเอง ฮอว์คิงแนะนำว่าหลุมดำเป็นประตูสู่จักรวาลทางเลือก เป็นอย่างนั้นเหรอ? นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ตรวจสอบ ในระหว่างนี้ เราจะเรียนรู้จาก Kip Thorne ว่าฟิสิกส์แบบดั้งเดิมมีมุมมองต่อปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งนี้อย่างไร มันจะน่าสนใจ!

1. หลุมดำเรืองแสงหรือไม่?

ส่วนหนึ่งของดิสก์เรืองแสงของหลุมดำ Gargantua ระยะใกล้และมียานอวกาศ Endurance บินอยู่เหนือมัน ไม่ใช่หลุมดำที่เรืองแสง แต่เป็นดิสก์ที่อยู่รอบๆ มันซึ่งประกอบด้วยก๊าซร้อน ซึ่งหลุม "รับ" จากดาวฤกษ์โดยใช้แรงโน้มถ่วงเมื่อมันฉีกพวกมันออกจากกัน ภาพประกอบจากหนังสือ “ดวงดาว” วิทยาศาสตร์เบื้องหลัง"

ไม่ ไม่มีอะไรเรืองแสงในหลุมดำได้ เพราะมันประกอบด้วยเวลาและพื้นที่ที่บิดเบี้ยวเท่านั้น และไม่มีอะไรอื่นอีก ในภาพยนตร์คุณจะเห็นว่ามีจานส่องแสง การกะพริบ และรังสีรอบๆ หลุมดำ อันที่จริงแล้ว สิ่งเหล่านี้คือดวงดาวและเนบิวลา ซึ่งเป็นแสงที่โค้งงอจากรูด้วย จึงมีรูปแบบแสงที่แปลกประหลาด

2. หลุมดำทำให้เวลาโค้งงอจริงหรือ?

โมดูลอวกาศ "เรนเจอร์" ลงสู่ดาวเคราะห์มิลเลอร์ ภาพประกอบจากหนังสือ “ดวงดาว” วิทยาศาสตร์เบื้องหลัง"

ใช่แล้ว. หากบุคคลตกลงไปในหลุมดำ เขาเกือบจะหยุดความชรา ยิ่งเขาบินต่ำลง เวลาก็จะยิ่งช้าลงมากขึ้นเท่านั้น เช่นเดียวกับดาวเคราะห์ของมิลเลอร์ในภาพยนตร์เรื่อง "Interstellar" ซึ่งตั้งอยู่ใกล้กับหลุมดำ Gargantua เวลาหนึ่งชั่วโมงของมิลเลอร์เท่ากับเจ็ดปีโลก ดังนั้น คุณสามารถบินไปในอวกาศตั้งแต่อายุยังน้อยและมีอายุมากขึ้นเพียงสองสามปี ในขณะที่หลายร้อยปีบนโลกจะผ่านไป

3. เป็นไปได้ไหมที่จะส่งข้อความถึงโลกโดยการตกลงไปในหลุมดำ?

สัญญาณที่จะถูกส่งหลังจากข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ไม่สามารถออกไปได้ เนื่องจากทุกสิ่งในหลุมดำมีแนวโน้มลดลงไปสู่ภาวะเอกฐาน ภาพประกอบจากหนังสือ “ดวงดาว” วิทยาศาสตร์เบื้องหลัง"

ตามแนวคิดสมัยใหม่ไม่มี ทันทีที่คุณข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ (พื้นผิวของหลุมดำ) เช่น โดยมีเครื่องส่งวิทยุอยู่ในมือ สัญญาณจะหยุดออกมา และทั้งหมดเป็นเพราะทั้งคุณและสัญญาณของคุณจะถูกดึงลงอย่างไม่อาจต้านทานได้

4. ความโค้งของอวกาศเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ลองนึกภาพมด (มนุษยชาติ) ที่อาศัยอยู่บนแทรมโพลีนสำหรับเด็ก (จักรวาล) ซึ่งมีก้อนหินหนักมากอยู่ตรงกลาง เช่นเดียวกับพื้นผิวของแทรมโพลีน พื้นที่ของจักรวาลของเราโค้ง ภาพประกอบจากหนังสือ “ดวงดาว” วิทยาศาสตร์เบื้องหลัง"

หลุมดำไม่เพียงโค้งงอเวลา แต่ยังรวมถึงอวกาศด้วย มันกลับกลายเป็นบางสิ่งที่คล้ายกับแทรมโพลีน (อวกาศของจักรวาล) ซึ่งโค้งงออยู่ใต้หินหนักที่วางอยู่บนนั้น (หลุมดำที่มีจุดต่ำสุด - เอกภาวะ) นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าใจสิ่งนี้ได้ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ซึ่งทำนายปรากฏการณ์จักรวาลหลายอย่างได้อย่างชัดเจน

5. ดาวฤกษ์ที่เกิดหลุมดำนั้นไปอยู่ที่ไหน?

นี่คือวิธีที่หลุมดำฉีกดาวฤกษ์ที่เข้าใกล้มันออกจากกัน เมื่อดาวฤกษ์ (ในที่นี้คือดาวยักษ์แดง) เข้าใกล้หลุม แรงโน้มถ่วงของหลุมจะเริ่มยืดและบีบอัดดาวฤกษ์ หลังจากผ่านไป 12 ชั่วโมง ดาวฤกษ์ก็มีรูปร่างผิดปกติอย่างรุนแรงแล้ว และหลังจากผ่านไป 24 ชั่วโมง มันก็พังทลายลงเพราะแรงโน้มถ่วงของมันเองไม่สามารถต้านทานแรงโน้มถ่วงของหลุมดำได้ ภาพประกอบจากหนังสือ “ดวงดาว” วิทยาศาสตร์เบื้องหลัง"

เป็นที่ทราบกันว่าหลุมดำเป็นผลมาจากการยุบตัวของดาวฤกษ์มวลมาก นี่คือความตายของดาวฤกษ์: เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่รักษาอุณหภูมิสูงจะหมดลง และดาวฤกษ์ก็ "พังทลาย" และหลุมดำอายุน้อยก็โค้งงอเวลาและอวกาศรอบตัวเองอย่างไม่มีที่สิ้นสุด และค่อยๆ ดูดซับดาวฤกษ์ต้นกำเนิด

6. หลุมดำมีลักษณะเหมือนกระแสน้ำวนหรือไม่?

หลุมดำที่หมุนรอบตัวอย่างรวดเร็วซึ่งเคลื่อนตัวเข้าหาพื้นหลังของดวงดาว ทำให้พื้นที่รอบๆ โค้งงอ ภาพประกอบจากหนังสือ “ดวงดาว” วิทยาศาสตร์เบื้องหลัง"

หลุมดำนั้นไม่มีอะไรเลย ไม่มีสสาร อะตอม หรืออนุภาคมูลฐานใดๆ อยู่ในนั้น ทั้งเวลาและพื้นที่ซึ่งเป็นส่วนประกอบของหลุมดำ มีการโค้งงอมากจนหายไปในที่สุด และนี่คือความโค้งของอวกาศที่ดูเหมือนกระแสน้ำวนหรือพายุทอร์นาโดบนโลก นี่เป็นเรื่องจริงสำหรับการหมุนหลุมดำ (อย่างไรก็ตาม พวกมันสามารถหยุดนิ่งได้เช่นกัน) โปรดจำไว้ว่าช่องทางไต้ฝุ่นมีลักษณะอย่างไร - อากาศในนั้นหมุนวนด้วยความเร็วที่ต่างกัน ในทำนองเดียวกัน ในหลุมดำ อวกาศจะหมุนเข้าใกล้ศูนย์กลางมากขึ้นอย่างรวดเร็ว และเคลื่อนออกจากศูนย์กลางไปยังขอบช้าลง วัตถุใดก็ตามที่หลุมดำจับได้จะหมุนไปรอบๆ เหมือนกับรถยนต์ที่ติดอยู่ในพายุทอร์นาโดบนโลกของเรา

เลนส์หลุมดำที่หมุนเร็ว - Gargantua

กระแสน้ำวนเชิงพื้นที่เกิดขึ้นเนื่องจากความเร็วการหมุนอันมหาศาลของการ์กันทัวส่งผลต่อเลนส์โน้มถ่วง ลายดาวในรูป 8.1 (Gargantua) แตกต่างอย่างเห็นได้ชัดจากที่แสดงในรูปที่ 1 8.4 (หลุมดำที่ไม่หมุน) และเอฟเฟ็กต์เมื่อกล้องเคลื่อนที่จะแตกต่างออกไปมากยิ่งขึ้น

สำหรับ Gargantua (รูปที่ 8.5) เมื่อกล้องเคลื่อนที่ วงแหวนไอน์สไตน์สองวงจะปรากฏขึ้น โดยระบุในรูปด้วยเส้นโค้งปิดสีม่วง ภายนอกวงแหวนรอบนอก ดวงดาวจะ "เคลื่อน" ไปทางขวา (โดยเฉพาะตามเส้นโค้งสีแดงสองคู่) เช่นเดียวกับหลุมดำที่ไม่หมุนในรูปที่ 1 8.4. อย่างไรก็ตาม ที่ขอบท้ายของเงา กระแสน้ำวนเชิงพื้นที่บีบการไหลของการเคลื่อนไหวออกเป็นแถบแคบๆ ซึ่งโค้งงอค่อนข้างแหลมที่เส้นศูนย์สูตร และเร่งความเร็วขึ้น กระแสน้ำวนยังก่อให้เกิด “วังวน” (เส้นโค้งสีแดงปิด) ในกระแสน้ำอีกด้วย

ข้าว. 8.5.ผลกระทบของดวงดาวที่ไหลอยู่ข้างๆ หลุมดำคล้ายการ์แกนทัวที่หมุนรอบตัวอย่างรวดเร็ว เมื่อมองผ่านกล้อง ในแบบจำลอง Double Negative นี้ รูจะหมุนด้วยความเร็วสูงสุด 99.9 เปอร์เซ็นต์ และกล้องจะเคลื่อนที่ในวงโคจรเส้นศูนย์สูตรวงกลม ซึ่งมีเส้นรอบวงเป็นหกเท่าของเส้นรอบวงขอบฟ้า ดูวิดีโอได้ที่หน้า interstellar.withgoogle.com

ภาพรองของดาวฤกษ์แต่ละดวงจะปรากฏในบริเวณระหว่างวงแหวนไอน์สไตน์ และหมุนวนไปตามเส้นโค้งปิด (ตัวอย่าง - เส้นโค้งสีเหลืองสองเส้น) ขณะที่เคลื่อนไปในทิศทางตรงกันข้ามกับลำธารสีแดงที่อยู่นอกวงแหวนรอบนอก

มีดาวฤกษ์พิเศษสองดวงที่นี่ซึ่งเลนส์โน้มถ่วงไม่ทำงาน หนึ่งในนั้นตั้งอยู่เหนือขั้วโลกเหนือของ Gargantua โดยตรง ส่วนอีกอันตั้งอยู่ใต้ทางใต้โดยตรง สิ่งเหล่านี้คล้ายคลึงกับดาวเหนือซึ่งตั้งอยู่เหนือขั้วโลกเหนือของโลกโดยตรง ฉันวาดภาพดาวห้าแฉกถัดจากภาพหลัก (ดาวสีแดง) และภาพรอง (สีเหลือง) ของดาวขั้วโลกของ Gargantua จากโลก ดวงดาวทุกดวงดูเหมือนจะโคจรรอบดาวเหนือ - เพราะเราหมุนไปพร้อมกับโลก ในทำนองเดียวกัน ขณะที่กล้องโคจรรอบหลุม ภาพปฐมภูมิของดาวฤกษ์ใกล้การ์กันทัวทั้งหมดจะโคจรรอบภาพปฐมภูมิของดาวฤกษ์ขั้วโลก แต่เส้นทางของพวกมัน (เช่น เส้นโค้งสีแดงปิดทั้งสองเส้น) ถูกบิดเบือนอย่างมากจากกระแสน้ำวนเชิงพื้นที่และเลนส์โน้มถ่วง . ในทำนองเดียวกัน ภาพรองของดาวจะโคจรรอบภาพรองของดาวขั้วโลก (เช่น ตามเส้นโค้งสีเหลืองทั้งสองเส้น)

เพราะเหตุใด ในกรณีของหลุมดำที่ไม่หมุนรอบตัวเอง (รูปที่ 8.4) ภาพดาวรองจึงดูเหมือนจะโผล่ออกมาจากเงาของหลุมดำ แล้วหมุนไปรอบๆ แล้วกลับคืนสู่เงา แทนที่จะโคจรไปตามเส้นโค้งปิด ดังเช่นใน กรณีของ Gargantua (รูปที่ 8.5)? ในความเป็นจริง พวกมันยังคงหมุนเวียนไปตามเส้นโค้งปิด แต่ขอบด้านในของเส้นโค้งเหล่านี้อยู่ใกล้กับขอบของเงามากจนไม่สามารถมองเห็นได้ กระแสน้ำวนที่หมุนได้ของการ์กันทัวทำให้เกิดอวกาศ และกระแสน้ำวนนี้จะเคลื่อนวงแหวนชั้นในของไอน์สไตน์ออกไปด้านนอก เผยให้เห็นวงแหวนดังกล่าวและแสดงเส้นทางการเคลื่อนที่ทั้งหมดของภาพรอง (เส้นโค้งสีเหลืองในรูปที่ 8.5)

ภายในวงแหวนไอน์สไตน์ชั้นใน การเคลื่อนที่ของรูปแบบดาวมีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้น ดาวในภูมิภาคนี้เป็นภาพถ่ายลำดับที่สามและสูงกว่าของดาวทุกดวงในจักรวาล ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่มีภาพหลักมองเห็นได้นอกวงแหวนไอน์สไตน์ส่วนนอก และมีภาพรองปรากฏระหว่างวงแหวนด้านในและวงแหวนรอบนอก

ในรูป ในภาพที่ 8.6 มีการไฮไลท์ห้าส่วนของระนาบเส้นศูนย์สูตรของ Gargantua ตัว Gargantua เองจะแสดงเป็นสีดำ วงโคจรของกล้องจะแสดงเป็นเส้นประสีม่วง และลำแสงจะแสดงเป็นสีแดง ลำแสงนี้สร้างภาพสำหรับกล้องของดวงดาว ซึ่งลูกศรสีน้ำเงินชี้ไป กล้องจะเคลื่อนที่ไปรอบๆ Gargantua ทวนเข็มนาฬิกา

ข้าว. 8.6.รังสีของแสงที่ก่อตัวเป็นภาพดวงดาว ชี้ไปที่ลูกศรสีน้ำเงิน (แบบจำลองลบคู่ เช่นเดียวกับในรูปที่ 8.1 และ 8.5)

เมื่อศึกษาภาพวาดเหล่านี้ทีละภาพ คุณจะได้เรียนรู้อะไรมากมายเกี่ยวกับเลนส์โน้มถ่วง โปรดทราบว่าทิศทางที่แท้จริงไปยังดาวฤกษ์นั้นขึ้นอยู่กับทิศทางขึ้นและไปทางขวา (ปลายด้านนอกของรังสีสีแดง) ลูกศรที่มาจากไอคอนกล้องชี้ไปที่รูปดาว ภาพทศนิยมอยู่ใกล้กับขอบด้านซ้ายของเงามาก และภาพรองด้านขวาอยู่ใกล้กับขอบด้านขวา เมื่อเปรียบเทียบทิศทางของกล้องสำหรับภาพเหล่านี้ คุณจะเห็นว่าเงาครอบคลุมทิศทางขึ้นประมาณ 150 องศา แม้ว่าทิศทางจริงจากกล้องไปยังศูนย์กลางของ Gargantua จะเป็นไปทางซ้ายหรือขึ้นก็ตาม ผลกระทบของเลนส์โน้มถ่วงทำให้เงาเลื่อนไปสัมพันธ์กับทิศทางที่แท้จริงของมันไปทาง Gargantua

จากหนังสือ Interstellar: วิทยาศาสตร์เบื้องหลัง ผู้เขียน ธอร์น คิป สตีเฟน

มดบนแทรมโพลีน: พื้นที่โค้งของหลุมดำ ลองจินตนาการว่าคุณเป็นมดที่อาศัยอยู่บนแทรมโพลีนสำหรับเด็ก ซึ่งเป็นแผ่นยางที่ขึงระหว่างเสาสูง ภายใต้น้ำหนักของหินที่วางอยู่บนนั้น แทรมโพลีนจะโค้งงอลง (รูปที่ 5.1) คุณเป็นมดตาบอด

จากหนังสือของผู้เขียน

ความโค้งของอวกาศและเวลาใกล้หลุมดำในตัวเลขที่แน่นอน ความโค้งของอวกาศ-เวลาทั้งสามด้าน (ความโค้งของอวกาศ การชะลอตัวของเวลาและการบิดเบือน กระแสน้ำวนเชิงพื้นที่) ได้รับการอธิบายโดยสูตรทางคณิตศาสตร์ สูตรเหล่านี้ได้มา

จากหนังสือของผู้เขียน

ครั้งที่สอง การ์กันตัว

จากหนังสือของผู้เขียน

6. กายวิภาคของการ์กันทัว ถ้าเรารู้มวลของหลุมดำและความเร็วของการหมุนของมัน จากนั้นเมื่อใช้กฎสัมพัทธภาพ เราจะสามารถค้นหาคุณสมบัติอื่นๆ ทั้งหมดของหลุมดำได้ เช่น ขนาด ความแรงของแรงดึงดูดโน้มถ่วง ขอบฟ้าเหตุการณ์ของมันมากน้อยเพียงใด เหยียดยาว

จากหนังสือของผู้เขียน

ดาวเคราะห์ของ Mass Miller ของ Gargantua (ซึ่งฉันจะพูดถึงโดยละเอียดในบทที่ 17) นั้นอยู่ใกล้กับ Gargantua มากที่สุดเท่าที่คุณจะทำได้โดยที่ดาวเคราะห์ไม่โดนคุกคามด้วยการทำลายล้าง เรารู้เรื่องนี้เพราะในขณะที่ลูกเรือใช้เวลา "เวลาทางโลก" เป็นจำนวนมาก -

จากหนังสือของผู้เขียน

การหมุนของ Gargantua เมื่อคริสโตเฟอร์ โนแลนบอกฉันว่าเขาต้องใช้เวลาขยายเท่าใดบนโลกของมิลเลอร์ - หนึ่งชั่วโมงที่นั่นเป็นเวลาเจ็ดปีโลก - ฉันรู้สึกตะลึง ฉันคิดว่ามันเป็นไปไม่ได้ ฉันเลยบอกคริส “เรื่องนี้ไม่ได้พูดคุยกัน” เขาตะคอก ไม่ใช่ครั้งแรก

จากหนังสือของผู้เขียน

กายวิภาคของการ์กันตัว เมื่อฉันรู้มวลและความเร็วในการหมุนของการ์กันตัวแล้ว ฉันจึงใช้สมการของไอน์สไตน์ในการคำนวณกายวิภาคของเธอ ดังเช่นในบทที่ 5 เราจะพิจารณาเฉพาะกายวิภาคภายนอก โดยเลื่อนโครงสร้างภายใน (โดยเฉพาะเอกภาวะ) ของ Gargantua ออกไปเป็นบทอื่นๆ

จากหนังสือของผู้เขียน

8. ลักษณะของหลุมดำการ์กันตัวไม่เรืองแสง ดังนั้น การ์กังตัวจึงสามารถมองเห็นได้เฉพาะในกรณีที่หลุมดำส่งผลต่อการแผ่รังสีจากวัตถุอื่นเท่านั้น ในดวงดาว วัตถุเหล่านี้คือจานสะสมมวลสาร (ดูบทที่ 9) และกาแล็กซีที่การ์กันทัวตั้งอยู่

จากหนังสือของผู้เขียน

เลนส์หลุมดำที่ไม่หมุน เพื่อทำความเข้าใจรูปแบบของดวงดาวที่มีเลนส์โน้มถ่วงรอบๆ เงา ตลอดจนการเคลื่อนที่ที่ชัดเจนของดวงดาวในขณะที่คุณเคลื่อนกล้อง ให้พิจารณาหลุมดำที่ไม่หมุนและรังสีแสงที่มาจากหลุมดำดวงเดียวก่อน ดาว

จากหนังสือของผู้เขียน

สลิงแรงโน้มถ่วงที่หลุมดำคู่ วิธีที่สามคือวิธีบ้าของฉันเอง - บ้าสุดๆ! - การเปลี่ยนแปลงของแนวคิดประการหนึ่งของ Dyson ลองนึกภาพว่าคุณตัดสินใจที่จะบินไปรอบ ๆ พื้นที่อันยุติธรรมของจักรวาลภายในเวลาไม่กี่ปี โดยทำมากกว่าแค่เพียง

จากหนังสือของผู้เขียน

ดาวนิวตรอนที่โคจรรอบหลุมดำ คลื่นมาจากดาวนิวตรอนที่โคจรรอบหลุมดำ ดาวฤกษ์มีน้ำหนัก 1.5 เท่าของดวงอาทิตย์ และหลุมดำมีน้ำหนัก 4.5 เท่าของดวงอาทิตย์ ขณะที่หลุมนั้นหมุนเร็ว เกิดจากการหมุนเวียนนี้

จากหนังสือของผู้เขียน

V. สำรวจสภาพแวดล้อมของ Gargantua

จากหนังสือของผู้เขียน

มุมมองของ Gargantua จากดาวเคราะห์ของ Miller ขณะที่ Ranger เข้าใกล้ดาวเคราะห์ของ Miller ในภาพยนตร์เรื่องนี้ เราเห็น Gargantua บนท้องฟ้า ซึ่งครอบครองมุมมอง 10 องศา (ใหญ่กว่าดวงจันทร์ 20 เท่าเมื่อมองจากโลก!) และล้อมรอบด้วยจานสะสมมวลสารที่สว่าง ( รูปที่. 17.9) เหมือนกับ

จากหนังสือของผู้เขียน

18. การสั่นสะเทือนของ Gargantua ในขณะที่ Cooper และ Amelia Brand อยู่บนดาวของ Miller Romilly ยังคงอยู่ใน Endurance และศึกษาหลุมดำของ Gargantua เขาหวังว่าข้อมูลที่ถูกต้องจะช่วยให้เขาเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความผิดปกติของแรงโน้มถ่วง แต่ที่สำคัญที่สุด (สำหรับฉัน) เขา

จากหนังสือของผู้เขียน

การสั่นพ้องของ Gargantua ในรูป 18.1 เป็นหน้าแรกของข้อมูลที่รวบรวมโดย Romilly ตัวเลขแต่ละบรรทัดในหน้านี้หมายถึงหนึ่งในความถี่เรโซแนนซ์ของการสั่นสะเทือนของ Gargantua ข้าว. 18.1. หน้าแรกของข้อมูลที่จัดทำโดย Young และ Zimmerman ถึง

จากหนังสือของผู้เขียน

28. ข้างใน Gargantua เล็กน้อยเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความเชื่อ ในปี 1985 เมื่อ Carl Sagan ตัดสินใจส่งนางเอกของเขา Elinor Arroway (นักแสดง Jodie Foster) ไปยังดารา Vega ผ่านหลุมดำ ฉันบอกเขาว่า: ไม่! เธอจะตายในหลุมดำ ความแปลกประหลาดที่ไร้ความปรานีจะฉีกเธอเป็นชิ้นๆ