'Interstellar': فيلم خيال علمي يحتوي على الكثير من 'Ifs'

تصور الفنان للثقب الأسود

يوضح مفهوم هذا الفنان ثقبًا أسود هائلاً تبلغ كتلته ملايين إلى مليارات أضعاف كتلة شمسنا. (رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech)



كيلين تاتل ، كاتب ومحرر في مؤسسة كافلي ، ساهم بهذه المقالة فيأصوات الخبراء في موقع ProfoundSpace.org: افتتاحية ورؤى.



من دوران الثقوب السوداء إلى تحول الزمن ، تخطو الشخصيات في الفيلم الرائد 'Interstellar' مباشرة إلى الظواهر الكونية التي يتم تناولها فقط في الكتب المدرسية والأوراق العلمية. ولكن ما مدى توافق الفيلم مع ما نعرفه عن الكون؟ وكم منه رخصة إبداعية؟

خلال جلسة Google Hangout الأخيرة ، ثلاثة فضولي ستاردست قام المدونون - Mandeep Gill و Eric Miller و Hardip Sanghera - بفصل حقيقة علمية 'Interstellar' عن الخيال العلمي ، وكشفوا عن قصة غارقة في المعرفة العلمية الحقيقية ولكنها لا تخشى الخوض في المجهول. المحادثة أدناه تضم ثلاثة علماء في الفيزياء الفلكية:



مانديب جيلهو عالم كوزمولوجي قائم على الملاحظة في معهد كافلي للفيزياء الفلكية وعلم الكونيات ، وتقع في جامعة ستانفورد ومختبر المسرع الوطني SLAC. يركز بحثه على انحناء الجاذبية للضوء وألغاز المادة المظلمة والطاقة المظلمة.

اريك ميلرهو عالم أبحاث في معهد MIT Kavli للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء ، حيث يدرس الغاز المنتشر لفهم بنية الكتلة وكيف تتفاعل المجرات مع محيطها. وهو عضو في فرق العلوم والأدوات في مرصدي شاندرا وسوزاكو للأشعة السينية ، مع تعاون نشط في الولايات المتحدة واليابان.

هارديب سانجيراهو عضو في مركز كامبريدج بلانك للتحليل ، ومقره في معهد كافلي لعلم الكونيات كامبريدج . وهو يدعم مرصد بلانك الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، والذي أكمل مؤخرًا رسم خرائط الضوء المبكر للكون.



يوجد أدناه نسخة معدلة من مناقشتهم. تم إجراء تعديلات وتغييرات من قبل المشاركين لتوضيح التعليقات المنطوقة المسجلة أثناء البث المباشر عبر الويب. لعرض المناقشة والاستماع إليها بملاحظات غير معدلة ، يمكنك ذلك شاهد الفيديو الأصلي .

مؤسسة كافلي: قبل أن نتحدث عن الفيلم نفسه ، لنبدأ بشرح بعض الظواهر في 'Interstellar'. لمساعدتنا ، إيريك ، هل ستعطينا شرحًا بسيطًا للثقب الأسود؟ ولجعل الأمر أكثر صعوبة بالنسبة لك - ولأنها تقترب من عطلة عيد الشكر هنا في الولايات المتحدة - آمل أن تشرحها لنا باستخدام الأشياء التي قد تجدها فقط في المطبخ.

إريك ميلر:قد يكون هذا صعبًا بعض الشيء لكنني سأجربه. الثقب الأسود هو في الأساس تركيز كثيف جدًا للمادة - أو طعام يمكن أن تجده في المطبخ. الثقب الأسود هو كثافته لدرجة أن هناك منطقة من حوله لا يستطيع الضوء الهروب منها. هذا هو سبب تسميته بالثقب الأسود. يُطلق على نصف القطر الذي لا يستطيع الضوء الهروب بداخله اسم أفق الحدث.



إريك ميلر عالم أبحاث في معهد MIT Kavli للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء.

إريك ميلر عالم أبحاث في معهد MIT Kavli للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء.(رصيد الصورة: MIT)

لكن مفتاح الثقب الأسود ليس أنه ضخم بل أنه كثيف جدًا. في الواقع ، يمكن أن يتكون الثقب الأسود من كتلة صغيرة جدًا - ربما مثل حبة البازلاء الخضراء. لكنها يمكن أن تكون أيضًا فائقة الضخامة - والتي أعتقد أنها ستكون مثل الديك الرومي على طاولة عيد الشكر. تبلغ كتلة الثقوب السوداء البازلاء الخضراء حوالي 10 أضعاف كتلة الشمس وأفق حدث ربما يتراوح من 20 إلى 30 كيلومترًا. على النقيض من ذلك ، فإن الديوك الرومية - مثل تلك الموجودة في هذا الفيلم - تشبه إلى حد كبير كتلة تبلغ قيمتها مليون إلى مليار شمس مركزة في مساحة صغيرة جدًا مع أفق حدث يقارب حجم نظامنا الشمسي.

شيء آخر يتعلق بالثقوب السوداء هو أن المادة تُمتص فيها كما لو كانت المادة تنتقل عبر قمع. أثناء انتقاله إلى الأسفل ، غالبًا ما يدور - كما نراه في الفيلم. أعتقد أننا سنتحدث أكثر عن ذلك لاحقًا.

TKF: لقد ذكرت مصطلحًا واحدًا ، أفق الحدث. هل هذه هي النقطة التي تكون فيها الجاذبية قوية جدًا بحيث لا يستطيع أي شيء ، حتى الضوء ، الهروب؟

م:هذا صحيح. يطلق عليه اسم أفق الحدث لأنه ليس لديك معرفة بالأحداث التي تحدث في الداخل. بدلاً من ذلك ، يبدو أسودًا لأن الضوء لا يهرب من أفق الحدث. لهذا نسميها بالثقب الأسود.

TKF: الانتقال من الثقوب السوداء ، هارديب ، آمل أن تتمكن من إخبارنا قليلاً عن الكواكب البعيدة. ماذا نعرف عن الكواكب في الأنظمة الشمسية الأخرى؟ هل هناك احتمالية أن تكون صالحة للسكن هناك؟

هارديب سانجيرا:اكتشفنا أول كوكب خارج المجموعة الشمسية في حوالي عام 1992. والآن وصلنا إلى ما يقرب من 2000 كوكب خارج المجموعة الشمسية ، ويرجع الفضل في ذلك إلى حد كبير إلى مهمة ناسا كبلر . إذا استقرينا من هذا الرقم ، فيمكننا تقدير أنه من المحتمل أن يكون هناك ما بين 100 مليار و 1 تريليون كوكب داخل مجرتنا. أحد الأشياء التي تعلمناها هو أن نظامنا الشمسي في الواقع ليس السيناريو النموذجي للنظام الشمسي. معظم الأنظمة الشمسية الأخرى ليست مثلنا. ما نميل إلى العثور عليه هو الكثير من الكواكب الغازية العملاقة المتجمعة بالقرب من نجومها. هذا من شأنه أن يجعله حارًا جدًا للحياة أو القابلية للسكن كما نفهمه. بالإضافة إلى ذلك ، لا يوجد سطح حقيقي يمكن الحديث عنه على هذه الكواكب.

هارديب سانجيرا عضو في مركز كامبريدج بلانك للتحليل ، ومقره في معهد كافلي لعلم الكونيات في كامبريدج.

هارديب سانجيرا عضو في مركز كامبريدج بلانك للتحليل ، ومقره في معهد كافلي لعلم الكونيات في كامبريدج.(رصيد الصورة: مركز تحليل كامبردج بلانك)

هناك في الواقع ملف كتالوج الكواكب الخارجية الصالحة للحياة يسرد حوالي 21 كوكبًا وجدناها حتى الآن ولديها أفضل فرصة للحياة. يبدو أن هذه الكواكب تقع في منطقة صالحة للسكن ، حيث يمكن أن يأوي الكوكب مياهًا سائلة ، غير مجمدة أو متبخرة. ما نريد حقًا العثور عليه هو كواكب ليست كبيرة جدًا - بحيث يكون لها سطح - وليست صغيرة جدًا - حتى تتمكن من التمسك بالغلاف الجوي.

الكواكب الـ 21 التي وجدناها تتوافق مع هذه المعايير. لكن هذه ، كما قلت ، هي فقط الأشياء التي يمكننا رؤيتها: يمكننا رؤية الضوء القادم من الشمس عبر الغلاف الجوي للكوكب أو يمكننا عزل الضوء عن الشمس عن الكوكب. الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أنه بهذه الطريقة يمكننا بالفعل أن نتعلم ، إلى حد ما ، أحوال الطقس على هذه الكواكب. ربما في غضون سنوات قليلة سنكون قادرين بالفعل على البحث عن بصمات الحياة. ربما سنرى آثار الأكسجين في الغلاف الجوي. أنت لا تعرف أبدا ما سيأتي. [ علم 'بين النجوم': الثقوب السوداء والثقوب الدودية والسفر في الفضاء ]

TKF: مانديب ، هل تشرح المفهوم العام للثقب الدودي؟ ربما يكون لديك قطعة من الورق معك ويمكنك التظاهر باستخدام بضع حركات من الأوريغامي.

مانديب جيل:اسمحوا لي أولاً أن أزيل الفشار حتى نتمكن من التحدث. الآن ، الثقوب الدودية تخمينية إلى حد ما. نحن واضحون جدًا أن الكواكب الخارجية موجودة ؛ لقد رأيناهم. وبالمثل ، نعلم أن هناك ثقوبًا سوداء لأننا نرى أدلة واضحة جدًا ، كما ذكر إريك ، في مركز مجرتنا وفي أماكن أخرى. الثقوب الدودية مختلفة. إنها حل محتمل لما يسمى معادلات أينشتاين - أفضل نظرية لدينا في الجاذبية. كتب ألبرت أينشتاين وناثان روزين أوراقًا عنهما في الأصل ، ثم صاغ جون ويلر هذا المصطلح الثقب الدودي. لقد أظهر أن الثقوب الدودية ستكون غير مستقرة ، وأن الأطراف سوف 'تقرص'. لاحقًا ، كان كيب ثورن ، الذي كان في الواقع منتجًا تنفيذيًا في فيلم Interstellar ، جنبًا إلى جنب مع تلميذه مارك موريس ، الذي أظهر أنه بطريقة ما قد تتمكن من تثبيت الطرفين.

مانديب جيل هي عالمة كونيات رصدية في معهد كافلي للفيزياء الفلكية والجسيمات وعلم الكونيات ، الموجود في جامعة ستانفورد ومختبر المسرع الوطني SLAC.

مانديب جيل هي عالمة كونيات رصدية في معهد كافلي للفيزياء الفلكية والجسيمات وعلم الكونيات ، الموجود في جامعة ستانفورد ومختبر المسرع الوطني SLAC.(رصيد الصورة: جامعة ستانفورد)

إذن ما هذه الأشياء؟ كما ترى في الفيلم ، هناك منطقة تمثل نوعًا من البوابة ، بعدًا إضافيًا ، بين نقطتين في الكون. سأستخدم هذا التشبيه ثنائي الأبعاد ، ورقة مناديل ورقية ، للتوضيح. إذا كنت تعيش في بعدين على هذا المستوى ، فلن ترى أبدًا البعد الثالث - إذا كان هناك واحد من حولك. لكن إذا تمكنت من طي الفضاء بطريقة ما ، والانتقال عبر هذا البعد الثالث ، يمكنك التنقل بين نقطتين على المناديل الورقية ، والانتقال عبر البوابة.

كما ذكرت من قبل ، سعى ثورن وموريس لإيجاد طريقة لتثبيت أفواه هذه الثقوب الدودية لإبقائها في مكانها. لقد فكروا في بعض الطاقات الغريبة والسلبية - أشياء لا نراها عادة. لكن لدينا الآن هذا المفهوم المسمى الطاقة المظلمة - ربما سمع الناس عنها ، إنه شيء تم اكتشافه منذ حوالي 15 عامًا عندما اكتشفنا أن توسع الكون يتسارع. يمكن أن يسمح هذا النوع من 'المادة' الغريبة - التي تتضمن كثافة طاقة عالية ولكن ثابتة وضغطًا سلبيًا - بوجود ثقوب دودية. لكن تطبيقه لتحقيق الاستقرار في الثقوب الدودية لا يزال نظريًا للغاية - مادة من أحلام هواة الخيال العلمي. وأعتقد أن هذا رائع.

TKF: مع هذه الخلفية الصغيرة ، دعنا ننتقل إلى الفيلم. لكن دعونا لا نقلق بشأن كيفية تصوير دمار الأرض-إنه أمر محبط للغاية. لنبدأ بدلاً من ذلك في الفضاء برحلة إلى زحل. في الفيلم يستغرق رواد الفضاء عامين للانتقال من الأرض إلى زحل. ما مدى واقعية هذا؟ إذا كان لا يزال لدينا مكوك فضائي ، فهل يمكننا توجيهه نحو زحل وسنكون هناك في غضون عامين؟

إم جي:لا أعتقد أن مكوك الفضاء سينجح لأن ذلك مخصص للهبوط إلى الأرض.

م.:هذا صحيح ، لن يكون لدى مكوك الفضاء نظام الدفع اللازم للقيام بالرحلة. حتى مع المعدات المناسبة ، ستستغرق المهمة إلى المريخ حوالي 18 شهرًا إلى عامين ، وزحل أبعد قليلاً من ذلك. لذلك أعتقد أنه مع تقنيتنا الحالية ، فإن الإجابة هي لا ، لن يكون من الممكن الوصول إلى هناك خلال عامين. لكن هذا لا يمنع التقنيات المستقبلية ونظام الدفع المستقبلي الذي من شأنه أن يسمح لنا بالوصول إلى هناك.

أريد أيضًا أن أذكر أنهم في الفيلم يقذفون حول المريخ. هذه تقنية نستخدمها غالبًا في المهمات غير المأهولة بين الكواكب. إنها طريقة لسرقة القليل من الزخم الثمين من جسم ضخم وإعطائه لهذه المركبة الفضائية الصغيرة نسبيًا. هذه طريقة رائعة للإسراع بسرعة كبيرة.

هس:قرأت في مكان ما أن أسرع البعثات تستغرق حوالي 2.5 سنة للوصول إلى زحل. ولكن إذا كنت تريد بالفعل الهبوط على زحل ، فسيتعين عليك أن تتباطأ عندما تصل إلى هناك. مع أخذ ذلك في الاعتبار ، سوف تتحدث عن جداول زمنية أقرب إلى 4 سنوات. لذلك كانوا قصيرين قليلاً في الفيلم.

TKF :الآن يقترب رواد فضاءنا من زحل ويرون مدخل الثقب الدودي. ما مدى احتمالية وجود الثقوب الدودية بالفعل في مكان ما في الكون؟ دعونا نقيم الاحتمالية على مقياس عيد الشكر من ، على سبيل المثال ، نهاية منخفضة من سلطة Jell-O إلى نهاية عالية من الديك الرومي المطبوخ بشكل مثالي.

ه.:حسنًا ، أود أن أقول سلطة Jell-O. آسف لكوني متشائم.

م.:أود أن أعطيها نوعًا ما صلصة توت بري ، في مكان ما في الوسط ، فرصة بنسبة 50 بالمائة. أحب أن أكون متشككًا في هذه الأشياء.

م.:لا أعرف ، ربما حشو؟ لم نصادف أبدًا أي دليل على أحدها وستكون أشياء غريبة جدًا. أريد أن أشير إلى أنه حتى الثقوب السوداء هي أجسام غريبة جدًا. عندما تم وضع نظرية لهم لأول مرة ، قال الناس إنهم مستحيلون. لكن هناك أشياء غريبة صحيحة في الجاذبية وميكانيكا الكم ، لذا لا يمكننا استبعادها. أشك في أننا سنجد قريبًا حقيقيًا قريبًا.

ه.:الثقوب الدودية هي أجسام صغيرة ، أصغر بكثير من أبعاد نواة الذرة ، وتستمر فقط لأقل جزء من الثانية. لذا ، لكي تسافر عبر واحدة ، لا تحتاج فقط إلى العثور على أحد هذه الأشياء الصغيرة ، ولكن عليك تكبيرها ومن ثم عليك الحفاظ عليها حتى لا تنهار على نفسها. لذلك ، لسوء الحظ ، يبدو الأمر غير عملي للغاية بالنسبة لي. النسبية العامة لا تمنع الثقوب الدودية ولكنها لا تحتاج إليها بأي حال من الأحوال.

TKF: في الوقت الحالي ، دعنا نعلق عدم تصديقنا ونستمر في تتبع رواد الفضاء عبر الثقب الدودي. يظهرون ليجدوا عشرات الكواكب التي تدور حول ثقب أسود. الآن ، في نظامنا الشمسي ، تدور الكواكب حول نجم ، الشمس. هل رأينا كواكب تدور حول ثقب أسود؟

ه.:لا ، لا أحد لديه. لقد رأينا كواكب حول أجسام كثيفة ومضغوطة مثل النجوم النيوترونية. في الواقع ، أول كوكب خارج المجموعة الشمسية تم اكتشافه يدور حول نجم نيوتروني. لكن بالنسبة للثقوب السوداء ، لا يوجد لدينا.

م.:سأصعد وأدافع عن الفيلم في هذه الحالة. لقد أجريت مناقشة مع صديق حول الثقوب السوداء الهائلة مثل تلك الموجودة في فيلم 'Interstellar'. لن نكون قادرين بسهولة على رؤية ما إذا كانت الكواكب تدور حول ثقب أسود كبير ، لأنه من الغريب أن الثقوب السوداء عادة ما تكون ساطعة للغاية - أقراص تراكمها تصدر الكثير من الأشعة السينية. فكرة أخرى هي أنه يمكن أن تكون هناك نجوم أخرى تدور حول الثقب الأسود ، وأن الكواكب تدور حول تلك النجوم. لذلك قد يكون من الممكن. أيضًا ، لا أعتقد أنهم دخلوا في هذا في الفيلم ، لكن أحد أروع الأشياء حول دوران الثقوب السوداء هو مدارات الأجسام التي تقترب منها. هذه الأجسام ، التي تجذبها جاذبية الثقب الأسود ، لا تبقى في مستوى بل تتحرك في الواقع في مدارات ثلاثية الأبعاد.

ه.:هذا صحيح. لا يمكننا رؤية الكواكب حول الثقوب السوداء لأننا نكتشف حاليًا كوكبًا من خلال الاهتزاز الذي يسببه الكوكب على نجمه المضيف - أو الكائن الأصل الذي يدور حوله - أو نراه من خلال تعتيم الضوء أثناء مرور الكوكب أمامه من النجم. لا يمكننا استخدام أي من هاتين الطريقتين مع الثقب الأسود ؛ لن ترى تذبذبًا ناتجًا عن كوكب على ثقب أسود ، كما أن الثقوب السوداء لا تصدر ضوءًا أو إشعاعًا تقليديًا. لذلك لن نتمكن من العثور عليهم في كلتا الحالتين.

TKF: لذلك يمكن أن يكونوا هناك فقط لم يروهم تمامًا بعد.

ه.:صيح. ولكن بعد ذلك ، تطرح أسئلة حول ما إذا كان لديك مدارات مستقرة حول الثقب الأسود ، وهذا شيء آخر معًا.

TKF: يرغب أحد مشاهدينا في معرفة ما إذا كان الثقب الأسود في مركز النظام الشمسي يمكنه بالفعل توفير الضوء اللازم لدعم الحياة؟

م.:مع وجود ثقب أسود هائل مثل ذلك الموجود في الفيلم ، تحصل على قرص تراكمي: المواد التي يتم جمعها بواسطة مجال الجاذبية للثقب الأسود وتتصاعد بشكل حلزوني في الثقب الأسود. عندما تسقط هذه المادة ، هناك الكثير من طاقة الجاذبية التي يتم إطلاقها. أيضًا ، غالبًا ما تتصادم البتات التي تتساقط فيها مع أجزاء أخرى من المادة ، مما يؤدي إلى تسخين الأشياء. لهذا السبب يمكنك عادة رؤية الثقوب السوداء تتألق في الأشعة السينية.

في الواقع ، نعتقد أن هناك ثقبًا أسود هائلاً في مركز كل مجرة. والكثير منهم شديد السطوع في الأشعة السينية. نراهم يتألقون بثبات ولكن مع هذه النوبات العرضية. الآن ، لا أعتقد أن كوكبًا يسكنه البشر سينجو إذا تعرض لهذه الكمية من الأشعة السينية. للمقارنة ، فإن الثقب الأسود الهائل في مركز مجرتنا هو نوع من فقر الدم ، حيث يخرج من الأشعة السينية نفس كمية الضوء التي تطفئها الشمس. بهذه الطريقة ، لديك نفس القدر من الطاقة المنبعثة من الثقب الأسود - لكنها في الأشعة السينية وأيضًا ، كما قلت ، فقر الدم إلى حد ما. لذلك أعتقد أن الجواب ربما لا. من المحتمل أن تكون أي حياة مقلية.

ه.:نعم ، من المحتمل أن يؤدي الإشعاع النشط في الغالب في الأشعة السينية إلى تعقيم الكوكب ، لسوء الحظ.

م.:هذا صحيح. ولكن إذا كانت النجوم تدور حول الثقب الأسود في نصف قطر بعيد بما يكفي ، فمن الممكن أن يكون لها كواكب حولها. لذلك كل هذا يتوقف على مدى واقعية تريد أن تكون.

م.:هذا صحيح؛ انها لا تعتمد على المسافة. على الرغم من وجود بعض الأشياء الأخرى في الفيلم التي تشير إلى أن هذه الكواكب أقرب مما تريد أن تكون.

TKF: هذا جزء رائع في السؤال التالي. على الكوكب الأول الذي يزوره رواد الفضاء ، يمر الوقت متزعزعًا تمامًا وكل ساعة يقضونها على سطح ذلك الكوكب تمر سبع سنوات في الوطن. لدينا العديد من المشاهدين يكتبون للمطالبة بملف حول كيفية عمل ذلك. لماذا تعمل الساعات بشكل مختلف في جزأين مختلفين من الكون؟

م.:ربما يكون هذا هو أكبر شيء لم يتم عرضه من قبل في الأفلام ، والذي يثيره علماء الفيزياء. يُطلق على هذا المفهوم اسم 'تمدد الوقت بفعل الجاذبية القوية'. يوجد في الواقع نوعان من تمدد الوقت. يحدث أحدهما عندما تتحرك الأشياء بسرعة كبيرة ، والآخر يحدث عندما تتحرك الأشياء تقترب جدًا من جسم ضخم جدًا . لقد رأى معظم الناس المعادلة E = mc ^ 2. يخبرنا ذلك أن الضوء في مجال الجاذبية يشعر بتأثير الجاذبية ويسقط لأسفل. ومع ذلك ، في الوقت نفسه ، يرى أي شخص يراها من بعيد أنها تسير في مسار أطول من الذي يراه شخص ما عن قرب. لكن الضوء يسافر دائمًا بنفس السرعة ، والتباين بين كيف يبدو من القريب والبعيد يترجم في النهاية إلى تمدد الوقت.

م.:أعتقد أن هذا كان تفسيرًا جيدًا. في الواقع من الصعب وصفها. كما قال مانديب ، فإنه يأتي من معادلات أينشتاين وحقيقة أن سرعة الضوء ثابتة من جميع الأطر المرجعية. وهذا هو أساسًا ما يتحكم في كيفية مرور الوقت بالنسبة لك. يحدث نفس الشيء عندما تكون في مجال الجاذبية وعندما تتحرك بسرعة بالنسبة لشخص آخر.

ه.:أود أن أضيف أن الساعات في الواقع تعمل بشكل أبطأ كلما كان مجال الجاذبية أقوى. في سبعينيات القرن الماضي ، أخذ العلماء الساعات الذرية في الطائرات ، وعندما أسقطوها كانت تلك الساعات تعمل أسرع قليلاً من الساعات على الأرض. طريقة أخرى لاستخدام هذا في الحياة اليومية تتعلق بالأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS). نظرًا لأنهم في مدار فوق الأرض ، فإن ساعاتهم تعمل بشكل أسرع قليلاً من الساعات على الأرض. لذا يجب على البرنامج الموجود فيها أن يأخذ ذلك في الاعتبار ليعطينا إشارة ساعة مناسبة. من الجيد رؤية مفهوم تمدد الوقت مصور بشكل صحيح في الفيلم.

م.:انها حقيقة. في كثير من الأحيان توجد مفاهيم فيزياء تبدو مقصورة على فئة معينة ، ولكن في الواقع هناك عدد كبير من التطبيقات التي تخرج منها. اعتقد الناس في مرحلة ما أنك لن تستفيد أبدًا من النسبية العامة ، ولكن ، كما قال هارديب ، ستكون بعيدًا عنك بعدة أمتار إذا القمر الصناعي GPS لم يأخذ في الحسبان ذلك . إنه لأمر مدهش حقًا.

TKF: لدى أحد مشاهدينا تجربة فكرية مثيرة للاهتمام تتعلق بهذا المفهوم. يقول: لنفترض أن الناس على سطح هذا الكوكب قرروا إعادة صديقهم على متن السفينة لاسلكيًا ليغنيوا له عيد ميلاد سعيد. هل سيرى الصديق الذي عاد إلى السفينة أنهم يغنون ببطء شديد؟

م.:نرى في الواقع شيئًا مشابهًا لهذا في الفيزياء الفلكية ، حيث يتم إزاحة الطول الموجي للفوتونات القادمة من نجم قليلاً نحو النهاية الحمراء للطيف أثناء هروبها من جاذبية النجم وتقترب إلينا. لذا نعم ، سترى تأثيرات غريبة من هذا القبيل ، خاصة إذا كانت في مجال جاذبية قوي جدًا. لكن من حيث الغناء؟ لست متأكد.

م.:يعني هذا الانزياح الأحمر الجاذبي أنه مهما كان التردد الذي يستخدمونه لإرسال هذا البث الإذاعي - بعبارة أخرى ، التردد الذي يغادر عنده - سيكون مختلفًا عندما يصل إلى السفينة. سيتم إزاحتها إلى الأحمر ، لذا ستكون الترددات أقل بكثير في السفن. سيحتاج رائد الفضاء على متن السفينة إلى ضبط هذا التردد بطول موجته الأطول. لكني لا أعرف كيف ستبدو الإشارة التي تم فك شفرتها. ربما يعتمد ذلك على ما إذا كانوا يستخدمون FM أو AM أو شيء من هذا القبيل. ولكن إذا قاموا بتسجيل رسالة على محرك أقراص الإبهام أو شريط كاسيت وأعادوها معهم إلى السفينة ، فسيبدو الأمر طبيعيًا لأن جميع المواد الميكانيكية الموجودة هناك ستعمل في إطارها المحلي المتوسع بالوقت. مع رسالة راديو ، لست متأكدًا تمامًا لأنه عليك التفكير في كيفية تعديل المعلومات فعليًا في الإرسال اللاسلكي المعين. لدينا هنا عالم فلك لاسلكي. ربما يعرف. هارديب؟

ه.:أتمنى أن أعرف كيف أجيب على السؤال بنفسي.

م.:أعتقد أنه شيء نحتاج إلى التفكير فيه. ولكن إذا كان FM ، إذا تم تعديل تردده ، أعتقد أنه سيكون عليك فقط ضبط تردد مختلف. أراهن أنه سيبدو كما هو طالما قمت بتعديله بشكل صحيح.

TKF: على نفس الكوكب ، كل شيء مغطى بالمياه. فجأة تبدأ موجة ضخمة في الاقتراب. يتساءل المشاهدون لماذا لا توجد حركة ملحوظة في الماء مع اقتراب الموجة ، مجرد انتفاخ ضخم يقترب؟

م.:الطريقة التي يعمل بها المد والجزر على الأرض تتضمن الشمس والقمر. بشكل أساسي ، يسحب كل واحد منهم انتفاخًا من الماء بفعل الجاذبية ، وتدور الأرض تحت هذا الانتفاخ. ولذا فإن المد سيعمل بنفس الطريقة على هذا الكوكب. سيكون لديك انتفاخ يشير إلى الثقب الأسود الهائل وسوف ينقلب العالم تحته. هذا يعني أنه إذا كان لديك واحدة من هذه الموجات كل ساعة ، فيجب أن يدور الكوكب مرة كل ساعتين. هذا سريع جدًا ، حوالي 10 أضعاف سرعة الأرض. لكني أعتقد أنه لو كنت قاربًا على هذا الكوكب ، فستصعد وتنخفض بسرعة - لكنني لا أعتقد أنك ستلاحظ ذلك ، خاصة أنه لا توجد أي كتلة أرضية للمقارنة بارتفاعك بها. لذلك أعتقد أن هذه الموجات الحادة هي من أفلام هوليوود.

TKF: سؤال آخر حول هذا الكوكب: يسأل المشاهد إذا كان رواد الفضاء بحاجة إلى استخدام صاروخ للنزول من الأرض ، فكيف يمكنهم استخدام رينجر واحد للإقلاع من هذا الكوكب ، حيث كانت الجاذبية 130٪ من الجاذبية على الأرض؟

ه.:هذه واحدة من تلك الثقوب في الفيلم. للنزول من هذه الكواكب ، سيحتاجون إلى نفس الآلية التي يحتاجون إليها للنزول من الأرض: صاروخ ثلاثي المراحل. إنها قضية شائعة في القصص. في Star Trek ، استخدموا وسائل النقل للدخول إلى الكوكب والخروج منه. هذه واحدة من تلك الثقوب ، مثل حقيقة عدم وجود خزانات وقود واضحة على متن سفينة الفضاء الخاصة بهم. تتساءل كيف كان بإمكانهم الانتقال من الأرض إلى زحل بدون كمية هائلة من الوقود لحملهم إلى هناك وأيضًا لإبطائهم.

م.:خزانات الوقود ليست ضوئية.

م.:أعتقد أنكم يا رفاق مجرد القليل من المفسدين! لقد أحببت حقًا جانب المغامرة في الفيلم. كنت أحاول حل هذه المشاكل في ذهني. ربما اخترعوا محركات المادة المضادة ، والتي لن تستغرق سوى مساحة صغيرة جدًا. إذا كان بإمكانك استخدام المادة المضادة كوقود ، فلن تحتاج سوى القليل جدًا منها. إجمالي كمية المادة المضادة التي أنشأناها على الأرض أقل من ميكروجرام ، لذا فهي أشياء باهظة الثمن. لكنها ستنجح. لذلك هناك طرق للالتفاف على هذا ، حتى لو كانت الأمور في ظاهرها قد لا تبدو منطقية تمامًا.

قد تكون الكواكب بحجم نبتون مثل هذا ، والتي تدور حول النجم Gliese 436 ، قادرة على التكوّن حول النجوم التي تحتوي على معادن أقل بكثير مما كان يُعتقد سابقًا.

قد تكون الكواكب بحجم نبتون مثل هذا ، والتي تدور حول النجم Gliese 436 ، قادرة على التكوّن حول النجوم التي تحتوي على معادن أقل بكثير مما كان يُعتقد سابقًا.(رصيد الصورة: ناسا)

TKF: دعونا نتخطى الفيلم قليلا. بعد زيارة رواد الفضاء لكوكب آخر - وهو ليس مثيرًا للاهتمام من الناحية العلمية مثل الأول - لم يكن لدى رواد الفضاء ما يكفي من الوقود للوصول إلى الكوكب الثالث. لذلك قاموا بقذف أنفسهم حول الثقب الأسود وقام أحد رواد الفضاء ، كوبر ، بإخراج نفسه من المركبة الفضائية الرئيسية لمساعدة زميله على اكتساب قوة دفع كافية للوصول إلى ذلك الكوكب الثالث. كيف سيساعد هذا؟

م.:هذا سؤال جيد. كما ذكرت عندما كنا نتحدث في وقت مبكر ، يمكنك استخدام مقلاع حول جسم ما لاكتساب الزخم. هذا يعمل حول أالدورانالثقب الأسود أيضًا. لم يكن للنماذج الأصلية للثقوب السوداء ، التي نظّرها كارل شوارزشيلد ، أي دوران ولا شحنة ، بل كتلة فقط. لاحقًا ، ابتكر روي كير نسخة أخرى من الثقب الأسود تدور. وبينما يدور ، فإنه في الواقع يسحب الزمكان معه خارج أفق الحدث. إذن هناك منطقة خارج أفق الحدث يؤثر فيها الدوران. وإذا دخلت إلى تلك المنطقة - التي ، كما قلت ، خارج أفق الحدث ، لذلك لا يزال بإمكانك الهروب - يمكنك سرقة بعض دوران الثقب الأسود. لكن الطريقة التي يعمل بها هذا مع الثقب الأسود الدوار هي أنه عليك في الواقع أن تترك بعضًا من كتلتك خلفك. هذه هي الطريقة التي تتبادل بها الطاقة. تعطي بعضًا من طاقة كتلة الراحة للثقب الأسود. هذا هو بالضبط ما أظهروه في الفيلم. بقي كوبر في الخلف وتمكن براند من الوصول إلى الكوكب.

م.:هل يمكنني ذكر العلم جانبا؟ لن نلتف حول الثقوب السوداء في أي وقت قريبًا. لكن أحد أروع الأشياء التي ذكرها إريك هو كيفية قيام الثقوب السوداء الدوارة بسحب الزمكان. كلما كان أي شيء في الكون يدور بشكل أسرع ، كلما قام بسحب الإطار. هناك بالفعل تجربة رائعة تسمى Gravity Probe B والتي تتحقق من ذلك حول الأرض.

أيضًا ، الشيء الرائع حول دوران الثقوب السوداء هو أننا نعتقد أنه يجب أن تكون قادرًا بالفعل على رؤية تشوه ظلها. سيبدو مثل حبة ليما لأن الغزل مختلف في جانب واحد عن الآخر. ونعتقد أننا سنكون قادرين على رؤية ذلك قريبًا بشكل معقول باستخدام التلسكوبات الراديوية ، بالنظر إلى الثقب الأسود في مركز مجرة ​​درب التبانة وثقب آخر أكبر بكثير ولكنه أيضًا بعيد جدًا عنا في المجرة المسماة M87 في كوكبة العذراء. سيكون الأمر رائعًا بشكل لا يصدق إذا تمكنا من الحصول على صور 'حقيقية' للثقب الأسود.

TKF: كجزء من هذا التفاعل الكامل ، ينتهي كوبر بدفع نفسه نحو الثقب الأسود. آمل أن تخبرنا قليلاً عما يخبرنا به العلم أنه قد يشبه الاقتراب من حافة الثقب الأسود وكيف يقارن بالفيلم.

م.:نحن ببساطة لا نعرف. لقد فكر الكثير والكثير من الناس في هذا الأمر. سيكون الجو حارًا إذا كنت قادمًا على طول قرص التنامي ، وستكون هناك أشعة سينية تخرج على طول هذا القرص. ربما لا تريد أن تكون هناك. إذا كنت ستدخل على طول القطب ، وتجنب قرص التراكم ، طالما لم تكن هناك نفاثة من الجسيمات النشطة ، فقد يكون الأمر على ما يرام. لكن كوبر يمشي على طول القرص لأنه رجل شجاع. هناك أيضًا فكرة مفادها أنه إذا كان الثقب الأسود صغيرًا ، فستمتد لأن قوى المد - نفس القوى التي تسبب المد - أقوى بكثير من قوة الجاذبية ويمكن أن تفصل بينكما.

TKF: هناك مصطلح لذلك ، أليس كذلك؟ سباغيتيتيفيشن.

م.:هذا صحيح. تحصل معكرونة. إذا كان الثقب الأسود كبيرًا بما يكفي ، فلن تشعر بقوى المد والجزر بنفس القدر وقد تتمكن من الدخول. لدينا منشور لطيف على مدونة KIPAC عن ذلك منذ شهرين. إنه شيء رائع حقًا.

ه.:لقد قرأت أنه بالنسبة للثقوب السوداء الصغيرة ، فإن تأثيرات المد والجزر ستكون قوية جدًا لدرجة أنك ستتمزق. لقد رأينا ذلك يحدث بالفعل لسفينة الفضاء ولكن ليس لرائد الفضاء في الفيلم. كما قال مانديب ، إذا كان هذا ثقبًا أسود فائق الكتلة بكتلة مائة مليون شمس ، فستكون تأثيرات المد والجزر تدريجية للغاية ، وبالتالي يمكنك نظريًا النجاة من الرحلة إلى الثقب الأسود. في هذه العملية ، يمكنك أيضًا عبور أفق الحدث. لم يكن كوبر يعلم أنه كان يعبر أفق الحدث عندما حدث ذلك ، وهذا بالضبط ما كنا نتوقعه. فقط مراقب خارجي سيرى أي شيء يحدث. بالنسبة لكوبر ، كان يمر عبره ويدخل في الثقب الأسود. بمجرد دخوله في الثقب الأسود ، فإن أي شخص سيخمن ما يحدث هناك.

TKF: الوقت ينفد ، لكني أريد التأكد من أننا نتحدث عن هذا على الأقل قليلاً. داخل الثقب الأسود ، يدخل كوبر إلى عالم غريب حيث يكون الوقت بعدًا مكانيًا. هل لدينا أي فكرة عن وجود مثل هذه الأشياء؟

م.:لا ، أعتقد أن هذا كله تخمين والكثير منه خيال علمي. من الواضح أن هناك مجالًا لذلك - يمكنك وضع الكثير من الأشياء داخل معادلات أينشتاين. إذا بدأت في الخوض في أبعاد أعلى ، فبالتأكيد يمكنك فعل أي شيء تقريبًا. أعتقد أن هذا بالضبط ما فعلوه هنا.

لكن كيف أظهروه وهو يدخل الثقب الأسود كان أمرًا مثيرًا للاهتمام. أعتقد أن ما قاله هارديب كان صحيحًا. عندما تعبر أفق الحدث ، لن تعرفه في الواقع - وفي الواقع لن ترى أي شيء مختلف حقًا. لكنني أعتقد أن الطريقة التي أظهروا بها الأمر ليست بالضبط كيف سيبدو. إذا كنت تسقط في المكان ، فسترى باستمرار أفق حدث أسفلك ، بدلاً من سواد من حولك. لذلك لم أعتقد أن هذا له معنى كبير في الفيلم. بقدر ما نعلم ، ستنتقل مباشرة إلى تفرد المركز. إجمالاً ، على الرغم من ذلك ، يمكن أن يكون هناك الكثير من الأشياء التي تحدث مع الثقب الأسود والتي لا نعرف عنها شيئًا. لكني أعتقد أن كل ما تم عرضه داخل الثقب الأسود ربما كان خيالًا علميًا.

اذا أنت

إذا كنت خبيرًا موضعيًا - باحثًا أو قائدًا تجاريًا أو مؤلفًا أو مبتكرًا - وترغب في المساهمة بمقالة افتتاحية ، مراسلتنا عبر البريد الإلكتروني هنا .(رصيد الصورة: demokratija.eu)

TKF: أحد الأشياء التي تحدث في هذا الثقب الأسود هو أن كوبر تمكن من التواصل مع ابنته باستخدام الجاذبية. دعونا نفكر في فكرة التواصل مع الجاذبية. هل هذا ممكن؟

م.:حسنًا ، نحن نعرف شيئًا عن موجات الجاذبية. لقد رأيناهم بعيدًا بشكل غير مباشر ، يخرجون من نجمين نابضين يدوران حول بعضهما البعض ، لكننا لم نرهما بعد على الأرض. نحن نبحث عنهم على الأرض الآن في لويزيانا ، في ولاية واشنطن ، وفي أوروبا ، مع مراصد الولايات المتحدة التي تمولها مؤسسة العلوم الوطنية. نحن نبحث عنهم يمرون عبر الأرض ، بعد أن تم إنشاؤها في تصادمات الثقوب السوداء الهائلة وأشياء من هذا القبيل. لذا نعم ، من الناحية النظرية يمكنك التواصل معهم. ولكن نظرًا لأننا لم نتمكن من اكتشافها ولأنها ضخمة - فإن انحرافها على مدى كيلومترين سيكون حوالي مائة ألف من قطر البروتون - سيكون من الصعب رؤيتها أو التواصل معها. لكن من الناحية النظرية ، هناك أشياء كثيرة ممكنة. يكتب Hardip بالفعل منشور مدونة حول هذا الآن.

ه.:مما أفهمه ، فإن موجات الجاذبية هذه ضعيفة جدًا جدًا - على الأقل تلك التي نأمل أن نكتشفها من هذه الأجهزة. هناك LIGO المتقدم ، والذي أعتقد أنه سيبدأ العمل به في غضون عامين تقريبًا ، ثم هناك مهام فضائية مثل eLISA. ولكن لأن موجات الجاذبية ضعيفة للغاية ، فإن الإشارات الوحيدة التي سنلتقطها بهذه الأدوات هي الإشارات الضخمة ، مثل تلك التي نشأت عن اندماج ثقبين أسودين أو في الاصطدام بين نجمين. لكنني لست متأكدًا تمامًا من أنني فهمت ما كانوا يفعلونه في الفيلم ، في محاولة للتواصل مع الجاذبية. لقد قبلت للتو القصة وأطفأت ذهني العلمي في تلك المرحلة.

TKF: سؤال أخير عن الثقب الأسود: يسأل أحد مشاهدينا إذا لم يتمكن الضوء حتى من الهروب من براثن جاذبية الثقب الأسود ، فكيف يمكن للجسد والعظام؟ كيف هرب كوبر؟ هل هذا ممكن بأي طريقة؟

ه.:علينا أن نفترض أن هذه الحضارة الأكثر تقدمًا - تلك التي قدمت له جميع مناظر الأرض الموضوعة أمامه داخل الثقب الأسود - يجب أن يكون لديها القدرة على إخراجه ووضعه في مكان آخر. هذا أحد الاحتمالات. فكرة أخرى هي أنك إذا دخلت في ثقب أسود فائق الكتلة بالمسار الصحيح ، فمن المفترض أنه يمكنك المرور من خلاله ومن المحتمل أن تخرج في مكان آخر في الكون. لذلك ربما وقع في الطريق الصحيح.

م.:أود أن أقول إننا لا نعرف حقًا ما يحدث داخل الثقوب السوداء ، كما ذكر إريك. ترتفع فيزياءنا إلى نقطة معينة فقط. فكرة وجود الثقوب السوداء كانت فكرة مجنونة في القرن الماضي ونحن نعلم الآن أنها موجودة. لذا فإن أي سؤال ستطرحه حول ما يحدث في الداخل سيكون من الصعب الإجابة عليه.

تبعث النجوم النابضة مثل التي تظهر هنا شعاعًا من الضوء يشبه المنارة (أرجواني) أثناء دورانها.

تبعث النجوم النابضة مثل التي تظهر هنا شعاعًا من الضوء يشبه المنارة (أرجواني) أثناء دورانها.(رصيد الصورة: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / كروز دي وايلد)

TKF: دعونا ننظر إلى ما وراء الثقب الأسود للفيلم ككل. قال الفيزيائي كيب ثورن ، الذي كان منتجًا تنفيذيًا للفيلم ، إنه كان لديه مهمة منع صانعي الأفلام من انتهاك أي قوانين فيزيائية معروفة ، مع كون معياره للقبول هو 'شيء قد يناقشه علماء الفيزياء الجادون على الأقل حول البيرة'. هل تقول أنه نجح؟

م.:نعم فعلا. هناك الكثير من الأشياء مثل تمدد الوقت الذي لم نشهده في الأفلام من قبل ، وكان من الرائع حقًا رؤيته. لقد كتب لنا Kip قبل جلسة Hangout هذه ، وكان من الرائع أن نسمع أنه نشر كتابًا عن علم 'Interstellar' ، والذي أعتقد أنه من المحتمل أن يجيب على هذه الأسئلة أفضل منا. لكن بشكل عام ، هناك الكثير من الفيزياء في الفيلم ، من مجرد نظرة الثقب الأسود إلى كيفية انحناء الضوء أثناء تفاعله مع الجاذبية.

ه.:أعتقد أن كيب أبقاهما صادقين بشأن عدسة الجاذبية ، وما قد تراه حول الثقب الأسود ، وتمدد الوقت. هناك أعتقد أنه ترقى إلى مستوى الضجيج. كان العلم دقيقًا. لكن العديد من المفاهيم العلمية الأخرى في الفيلم بها ثغرات. لذلك كانت الأجزاء دقيقة ، والباقي ... حسنًا ، لقد كانت قصة.

م.:كانت هناك أشياء تم نقلها إلى حد بعيد في الخيال العلمي ، لكن بشكل عام كنت سعيدًا جدًا بالعلم وسعيدًا جدًا لرؤية شيء حيث تم طرح هذه المفاهيم العلمية على الشاشة الكبيرة.

ه.:لكن عليك أن تقول إن هناك الكثير من 'ifs': إذا كان الثقب الأسود قادرًا على التقاط كوكب ما ، إذا كان هناك شيء مثل مدار مستقر لكوكب يدور حول ثقب أسود ، إذا كان بإمكان الكوكب النجاة من تأثير المد والجزر. هناك أيضًا سؤال مهم حول شكل الإشعاع على هذا الكوكب. نعم ، من المحتمل أن تحدث هذه الأشياء ، لكنها على الأرجح غير مرجحة للغاية.

TKF: سؤال أخير: إذا كان الثلاثة منكم مستشارين علميين في فيلم خيال علمي ، فما هي المفاهيم التي تريد تضمينها؟

ه.:أود أن أرى النجوم النابضة. يمكنك أن تتخيل فيلمًا نمر فيه عبر المجرة في سفينة الفضاء بين النجوم. سنحتاج إلى نوع من العلامات الملاحية أو سنضيع في المجرة. في هذه الحالة ، يمكنك تخيل استخدام النجوم النابضة كإطار عمل للملاحة. النجم النابض هو في الأساس نجم نيوتروني ، وهو بقايا نجمية تُجبر فيها الإلكترونات والنيوترونات معًا لتكوين هذا الجسم المضغوط الكثيف للغاية والذي يدور بسرعة وله مجال مغناطيسي شديد. هذه النجوم النابضة تدور ألف مرة في الثانية ، وتشبه المنارة فإنها تنبض بهذا المعدل. لكن هذه الأشياء تومض أيضًا في المرئي. ما أود رؤيته هو طيار بين النجوم يمر بإحدى هذه المنارات بين النجوم بشكل أساسي. ولأن هذه النجوم النابضة مغروسة في بقايا المستعر الأعظم ، سيكون لدينا خلفية رائعة حقًا.

م.:أعتقد أن هذا الفيلم كان رائعا. أنا متحمس لرؤية النسبية العامة تعالج بهذه الطريقة. كنت متحمسًا أيضًا لرؤية ثقب دودي يتكاثر بشكل واقعي. إنه هذا البعد الفائق المسقط على ثلاثة أبعاد ، لذلك لن ترى دوامة الإعصار التي تراها في الكثير من الأفلام ، مثل Star Trek. بدلاً من ذلك ، ترى كرة ، والتي كانت رائعة.

أود أيضًا أن أرى معالجة واقعية للكواكب الخارجية. لقد بدأنا في اكتشاف الكثير من هذه الأشياء. سيكون من المثير للاهتمام أن نرى في فيلم يضع مجموعة واسعة من الكواكب التي اكتشفناها. إنه أكثر إثارة مما تعرضه حرب النجوم. ليس الأمر كما لو كان لديك كواكب متجمدة وكواكب صحراوية فحسب ؛ لديك كواكب كواكب ساخنة ولديك كواكب قزمة وأشياء من هذا القبيل. سيكون من الرائع حقًا رؤيته في الفيلم.

م.:بالنسبة لي ، هناك أشياء نعرف عنها في الكون ، مثل النجوم المغناطيسية والنجوم النابضة والثقوب السوداء الشديدة. ولكن بعد ذلك هناك أشياء مثل المادة المظلمة والطاقة المظلمة. هذه مختلفة جدًا ولا نعرف الكثير عنها. سيكون من الرائع أن نرى ذلك مصورًا بطريقة ما. هل سيتمدد الكون إلى الأبد؟ هل هناك كون متعدد؟ هناك كمية مذهلة من الأشياء التي ما زلنا نكتشفها. سيكون من الرائع رؤية أشياء من هذا القبيل - كل شيء من الأشياء التي نتوقع رؤيتها قريبًا ، مثل موجات الجاذبية ، إلى الأشياء البعيدة. نحن البشر مخلوقات جيدة ومبدعة.

تابع جميع قضايا ومناقشات أصوات الخبراء - وكن جزءًا من المناقشة - على موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك و تويتر و + Google . الآراء المعبر عنها هي آراء المؤلف ولا تعكس بالضرورة آراء الناشر. تم نشر هذا الإصدار من المقالة في الأصل موقع demokratija.eu.