Интерстеллар и физика
Nov. 18th, 2014 12:55 am![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
krazzzer.livejournal.com posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
engineering_ruОригинал взят у ![[livejournal.com profile]](https://www.dreamwidth.org/img/external/lj-userinfo.gif)
krazzzer в Интерстеллар и физика
krazzzer в Интерстеллар и физикаКак кино "Интерстеллар" великолепен. Это на моей памяти первая драма, которая завязана на проблемах пространства-времени. В условиях заданного мира все очень логично и связно, ни одна сюжетная линия не провисает, все шнурочки заправлены. Это потом все приестся, а сейчас очень даже смотрибельно.
Но это с точки зрения кино, а вот с точки зрения науки все не так радужно.
Ну что же, давайте глянем...
1. Грибок. Тот самый грибок, который в кино не только поел пшеницу с картошкой и подбирается к кукурузе (интересно, как это вообще возможно), но и сжирает азот воздуха...
Вот что я скажу - сейчас биологи молятся, чтобы такой азотный грибок появился.
Дело в том, что растения строят свою клетчатку с целлюлозой не только из воды и углекислого газа. Растениям еще нужен азот, фосфор и кучу
микроэлементов. Но азота нужно много и поэтому сейчас одно из главных удобрений это селитра.
И тут проблема - азот ну очччень не любит связанного состояния. А растения не любят его связывать, потому что слишком затратно энергетически, на связывание одного грамма атмосферного азота требуется 10 грам глюкозы. Поэтому сами растения это не делают, это делают разве что клубеньковые бактерии. Ну и еще при гниении органики образовывается аммиак, который много проще бактериям связывать (перегной поэтому удобрение).
Естественно, натуральной селитры не хватает. И, естественно, человек придумал химическую, для которой нужен цикл Габера, который работает при температуре 500 градусов и давлении в 300 атмосфер. И в котором для производства 1 тонны аммиака требуется энергия сжигания 4-х тонн нефти.
И тут... какой-то грибок.. на пустом месте... Да за этот связанный азот ему нужно памятник поставить!
Хочу такой грибок, я с ним стану миллиардером через пару лет!!
Так что если бы такой грибок появился - то тут же вывели бы растения, резистентные к нему.
И были бы фермы, на которых он плодится, и фермы, которые используют результаты его жизнедеятельности.
Сельское хозяйство получило бы такой толчок, которого не было со дня открытия селитры как удобрения!
Нефть перестали бы качать, все перешли бы на биодизель из рапса, который бы в цене сильно упал. И да - ездили бы все не на электромобилях, а на таких вот старых пикапах, как в кино. И, возможно, даже глобальное потепление бы закончилось, потому что растения резко бы разрослись и пожрали бы углекислый газ из атмосферы. Планета была бы не пустыней - планета превратилась бы в сплошные джунгли!
И еще один побочный эффект. Те пыльные бури и та пыль, которая показана в фильме, состояла бы из селитры и клеток погибших грибков. До рецепта черного пороха не хватает только серы, но и это, поверьте, вспыхивать будет со страшной силой.
Вывод: такой грибок будет скорее благом, чем злом.
2. Космический полет более-менее вменяемо показан до прибытия к сингулярности возле Сатурна.
Вопросы, кто строил сам корабль и поддерживал его на орбите вокруг Земли, оставляем за кадром, в конце концов ничего принципиально невозможного тут нет.
Но вот за сингулярностью...
Туда улетело 12 кораблей. И, как выясняется, каждый полетел к своей звездной системе. Они что там, на расстоянии Луны от Земли??
Каким образом они на химическом топливе так быстро добрались к другим звездам, если тут до несчастной Альфа Центавра (всего 4.7 световых года) никак не достаться? При этом отправилась не одна экспедиция, а 12? При этом корабль, который с нашими героями прилетел с Земли, побывал в трех звездных системах??
И что самое интересное - на третью систему он добрался на остатках топлива, отложенных для обратного полета (то есть от Сатурна на Землю).
Это, вообще, как???
Там за сингулярностью законы физики иные? Химический двигатель тянет круче фотонного?
Вывод: для того, чтобы провести исследовательский полет, который произошел до начала фильма, нужны были технологии, полученные в конце фильма.
3. Но это еще не все. На первой водяной планете сила тяжести 1.3g. И тут вступает в дело формула Циолковского о массе ракеты. Ведь на любой
планете удельный импульс химического двигателя мало меняется, а первая космическая заметно возрастает. 1.3g близко к ситуации, когда конструктивно такую громадную ракету просто невозможно построить.
И что?
Вместо гигантского ракето-носителя, в несколько раз больше современных ракет, мы видим копеечную игрушку у которой "вода в дюзы затекла"!
Ну как, как такая мелкая хреновина на химическом топливе может выйти на орбиту вообще где-нибудь?
Но и это не все. Планета ведь находится очень близко к черной дыре, и чтобы не только выйти на ее орбиту, но и в конце вообще уйти от черной дыры, нам нужно набрать третью космическую. А она для условий, когда тяготение сжимает семь лет до одного часа... Мне страшно представить, какая нужна скорость. Да там ракета нужна размером со всю эту планету!!
Не верите? Ну тогда чуть посчитаем. Замедление времени 7 лет за один час это замедление времени в чуть больше чем 61 тысячу раз.
Следовательно, для того чтобы уйти оттуда, скорость должна быть больше, чем 0.9999999 скорости света.
Но и это не все.
НИКАКАЯ планета в этих условиях не уцелеет. Просто потому, что время на ее стороне, обращенной к черной дыре будет идти в разы медленней, чем на стороне, противоположной черный дыре. Ее разорвет просто во время первого оборота.
Вывод: Замедление времени 7 лет за час настолько чудовищно, что его не выдержит ни планета, ни корабль. И не существует никакой возможности вернуться с того места, где настолько медленно течет время.
4. Когда герои сидели на первой планете и проскакивали семь лет за час, на большом космическом корабле время шло как надо.
Мне вот интересно - а на каком расстоянии корабль должен был находится от планеты? Световой год? Два световых года?
Это же черная дыра, там чудовищная гравитация!
Вывод: Создатели фильма просто брали правильные физические законы, но никто не удосужился посчитать числа, которые должны были получиться при тех вводных.
5. На второй планете нет поверхности. Она все состоит из замерзшего аммиака и прочей мути.
Однако, на ней сильные ветра. А на дюнах - явные следы эрозии, понятно что временами теплеет и какие-то вещества там превращаются в жидкости.
Так вот - эти ветра рано или поздно посдували бы это все в кучу и за считанные миллионы лет образовалась бы классическая поверхность.
Гравитация бы постаралась, никуда бы не делись.
Вывод: Все тела в космосе стремятся к шарообразности, даже комета Чурюмова-Герасименко. Но режиссерам не дают спать спокойно висячие сады Аватара.
6. Ну и очень порадовал эпизод, когда корабль сбрасывал в горизонт событий робота и главного героя.
Тут возникает несколько интересных вопросов.
Я даже не буду разбирать ситуацию, что твердое тело в цельном виде не может приблизится к горизонту событий. При этом "в НЕ цельном виде" это чтобы не то, чтобы на атомы разорвало, а с атомов электроны посдувало (гуглим "спагеттификация").
Вопрос в том, что горизонт событий - это орбита, на которой первая космическая будет равна скорости света. Свет при этом вырваться не может - вот и "черная дыра". Соответственно, на той орбите, которая показана в фильме, скорость корабля на орбите будет... ну скажем 0.999999999999 световой. А чтобы уйти от этой дыры (что корабль и сделал), соответственно, нужно больше.
0.99999999999 скорости света на химическом топливе? Вы шутите?
Да плевать на какой скорости, разве это вообще возможно для макроскопического объекта, а не протона в ускорителе??
Но интересно другое - а какое замедление времени будет при такой скорости? Семь лет за один час - мелочь. Есть подозрение, что по возвращению главный герой будет выглядеть примерно как для нас живой динозавр. Но беспокоится не стоит, кормить его в зоопарке будут хорошо.
Вывод: Фильм построен на замедлении времени, но самое основное замедление времени из сценария почему-то выпало. Как всегда, не удосужились посчитать реальные цифры.
P.S. Я бы это все не писал, если бы "Интерстеллар" не продвигали как "научно верное кино", у него не было бы научного консультанта (Кип Торн) и даже не снимали ролики на эту тему, например:
Или вот, где про физику в фильме рассказывает директор планетария в Нью-Йорке:
P.P.S. Я не замечал мелкие нестыковки. Например, как человек, надышавшийся аммиаком через полминуты будет вести космический корабль? Что за анабиоз в воде комнатной температуры? Как живые организмы выжили возле аккреционного диска черной дыры?
В конце концов, герои могут быть ГМО-организмами, только внешне похожими на людей. :D
Я поднимал только вопросы, на которые просто ОБЯЗАН был ответить Кип Торн, как научный консультант. Деньги-то ему наверняка уплачены.
Но это с точки зрения кино, а вот с точки зрения науки все не так радужно.
Ну что же, давайте глянем...
1. Грибок. Тот самый грибок, который в кино не только поел пшеницу с картошкой и подбирается к кукурузе (интересно, как это вообще возможно), но и сжирает азот воздуха...
Вот что я скажу - сейчас биологи молятся, чтобы такой азотный грибок появился.
Дело в том, что растения строят свою клетчатку с целлюлозой не только из воды и углекислого газа. Растениям еще нужен азот, фосфор и кучу
микроэлементов. Но азота нужно много и поэтому сейчас одно из главных удобрений это селитра.
И тут проблема - азот ну очччень не любит связанного состояния. А растения не любят его связывать, потому что слишком затратно энергетически, на связывание одного грамма атмосферного азота требуется 10 грам глюкозы. Поэтому сами растения это не делают, это делают разве что клубеньковые бактерии. Ну и еще при гниении органики образовывается аммиак, который много проще бактериям связывать (перегной поэтому удобрение).
Естественно, натуральной селитры не хватает. И, естественно, человек придумал химическую, для которой нужен цикл Габера, который работает при температуре 500 градусов и давлении в 300 атмосфер. И в котором для производства 1 тонны аммиака требуется энергия сжигания 4-х тонн нефти.
И тут... какой-то грибок.. на пустом месте... Да за этот связанный азот ему нужно памятник поставить!
Хочу такой грибок, я с ним стану миллиардером через пару лет!!
Так что если бы такой грибок появился - то тут же вывели бы растения, резистентные к нему.
И были бы фермы, на которых он плодится, и фермы, которые используют результаты его жизнедеятельности.
Сельское хозяйство получило бы такой толчок, которого не было со дня открытия селитры как удобрения!
Нефть перестали бы качать, все перешли бы на биодизель из рапса, который бы в цене сильно упал. И да - ездили бы все не на электромобилях, а на таких вот старых пикапах, как в кино. И, возможно, даже глобальное потепление бы закончилось, потому что растения резко бы разрослись и пожрали бы углекислый газ из атмосферы. Планета была бы не пустыней - планета превратилась бы в сплошные джунгли!
И еще один побочный эффект. Те пыльные бури и та пыль, которая показана в фильме, состояла бы из селитры и клеток погибших грибков. До рецепта черного пороха не хватает только серы, но и это, поверьте, вспыхивать будет со страшной силой.
Вывод: такой грибок будет скорее благом, чем злом.
2. Космический полет более-менее вменяемо показан до прибытия к сингулярности возле Сатурна.
Вопросы, кто строил сам корабль и поддерживал его на орбите вокруг Земли, оставляем за кадром, в конце концов ничего принципиально невозможного тут нет.
Но вот за сингулярностью...
Туда улетело 12 кораблей. И, как выясняется, каждый полетел к своей звездной системе. Они что там, на расстоянии Луны от Земли??
Каким образом они на химическом топливе так быстро добрались к другим звездам, если тут до несчастной Альфа Центавра (всего 4.7 световых года) никак не достаться? При этом отправилась не одна экспедиция, а 12? При этом корабль, который с нашими героями прилетел с Земли, побывал в трех звездных системах??
И что самое интересное - на третью систему он добрался на остатках топлива, отложенных для обратного полета (то есть от Сатурна на Землю).
Это, вообще, как???
Там за сингулярностью законы физики иные? Химический двигатель тянет круче фотонного?
Вывод: для того, чтобы провести исследовательский полет, который произошел до начала фильма, нужны были технологии, полученные в конце фильма.
3. Но это еще не все. На первой водяной планете сила тяжести 1.3g. И тут вступает в дело формула Циолковского о массе ракеты. Ведь на любой
планете удельный импульс химического двигателя мало меняется, а первая космическая заметно возрастает. 1.3g близко к ситуации, когда конструктивно такую громадную ракету просто невозможно построить.
И что?
Вместо гигантского ракето-носителя, в несколько раз больше современных ракет, мы видим копеечную игрушку у которой "вода в дюзы затекла"!
Ну как, как такая мелкая хреновина на химическом топливе может выйти на орбиту вообще где-нибудь?
Но и это не все. Планета ведь находится очень близко к черной дыре, и чтобы не только выйти на ее орбиту, но и в конце вообще уйти от черной дыры, нам нужно набрать третью космическую. А она для условий, когда тяготение сжимает семь лет до одного часа... Мне страшно представить, какая нужна скорость. Да там ракета нужна размером со всю эту планету!!
Не верите? Ну тогда чуть посчитаем. Замедление времени 7 лет за один час это замедление времени в чуть больше чем 61 тысячу раз.
Следовательно, для того чтобы уйти оттуда, скорость должна быть больше, чем 0.9999999 скорости света.
Но и это не все.
НИКАКАЯ планета в этих условиях не уцелеет. Просто потому, что время на ее стороне, обращенной к черной дыре будет идти в разы медленней, чем на стороне, противоположной черный дыре. Ее разорвет просто во время первого оборота.
Вывод: Замедление времени 7 лет за час настолько чудовищно, что его не выдержит ни планета, ни корабль. И не существует никакой возможности вернуться с того места, где настолько медленно течет время.
4. Когда герои сидели на первой планете и проскакивали семь лет за час, на большом космическом корабле время шло как надо.
Мне вот интересно - а на каком расстоянии корабль должен был находится от планеты? Световой год? Два световых года?
Это же черная дыра, там чудовищная гравитация!
Вывод: Создатели фильма просто брали правильные физические законы, но никто не удосужился посчитать числа, которые должны были получиться при тех вводных.
5. На второй планете нет поверхности. Она все состоит из замерзшего аммиака и прочей мути.
Однако, на ней сильные ветра. А на дюнах - явные следы эрозии, понятно что временами теплеет и какие-то вещества там превращаются в жидкости.
Так вот - эти ветра рано или поздно посдували бы это все в кучу и за считанные миллионы лет образовалась бы классическая поверхность.
Гравитация бы постаралась, никуда бы не делись.
Вывод: Все тела в космосе стремятся к шарообразности, даже комета Чурюмова-Герасименко. Но режиссерам не дают спать спокойно висячие сады Аватара.
6. Ну и очень порадовал эпизод, когда корабль сбрасывал в горизонт событий робота и главного героя.
Тут возникает несколько интересных вопросов.
Я даже не буду разбирать ситуацию, что твердое тело в цельном виде не может приблизится к горизонту событий. При этом "в НЕ цельном виде" это чтобы не то, чтобы на атомы разорвало, а с атомов электроны посдувало (гуглим "спагеттификация").
Вопрос в том, что горизонт событий - это орбита, на которой первая космическая будет равна скорости света. Свет при этом вырваться не может - вот и "черная дыра". Соответственно, на той орбите, которая показана в фильме, скорость корабля на орбите будет... ну скажем 0.999999999999 световой. А чтобы уйти от этой дыры (что корабль и сделал), соответственно, нужно больше.
0.99999999999 скорости света на химическом топливе? Вы шутите?
Да плевать на какой скорости, разве это вообще возможно для макроскопического объекта, а не протона в ускорителе??
Но интересно другое - а какое замедление времени будет при такой скорости? Семь лет за один час - мелочь. Есть подозрение, что по возвращению главный герой будет выглядеть примерно как для нас живой динозавр. Но беспокоится не стоит, кормить его в зоопарке будут хорошо.
Вывод: Фильм построен на замедлении времени, но самое основное замедление времени из сценария почему-то выпало. Как всегда, не удосужились посчитать реальные цифры.
P.S. Я бы это все не писал, если бы "Интерстеллар" не продвигали как "научно верное кино", у него не было бы научного консультанта (Кип Торн) и даже не снимали ролики на эту тему, например:
Или вот, где про физику в фильме рассказывает директор планетария в Нью-Йорке:
P.P.S. Я не замечал мелкие нестыковки. Например, как человек, надышавшийся аммиаком через полминуты будет вести космический корабль? Что за анабиоз в воде комнатной температуры? Как живые организмы выжили возле аккреционного диска черной дыры?
В конце концов, герои могут быть ГМО-организмами, только внешне похожими на людей. :D
Я поднимал только вопросы, на которые просто ОБЯЗАН был ответить Кип Торн, как научный консультант. Деньги-то ему наверняка уплачены.
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2015-04-25 09:14 am (UTC)> Показано, что шаттл летает на химическом топливе.
Ядерный двигатель ещё не изобретён, а вы уже утверждаете, что вы можете отличить на глаз работу ядерного двигателя от химического? Я отличать не умею, а прямой отсылки к ракетным технологиям в фильме нет. Кип Торн в Science of Interstellar пишет (цитирую прямо из книги): "Самые мощные ракеты сегодня способны достичь 15 километров в секунду... ...Самый быстрый космический аппарат, который возможно будет построить в 21-м веке будет развивать, я думаю, 300 километров в секунду. Это потребует большой научно-исследовательской работы в области ракет на ядерном принципе".
В книге пока что не утверждается напрямую, что шаттл летает на ядерных двигателях, но я прочёл чуть меньше половины книги. Возможно, это будет дальше.
> криков "пускай кислород" не было бы, если топливо не химическое, то зачем кислород?
Вы заметили, что экипаж надел скафандры прежде чем "прикуривать"? Они использовали кислород из кабины экипажа для того, чтобы просушить двигатель. Сам тот факт, что им пришлось использовать кислород, который предназначен для дыхания, скорее всего означает, что двигатель не использует кислород в своей работе.
Дополнительная деталь: двигатель может использовать химическое горение как запал для "поджигания" ядерной реакции.
> полюбуйтесь на взлет ракеты с Земли
Я мало знаю о гипотетических ядерных двигателях. Могу предположить, что взлетать с Земли на ядерной энергии не очень экологично, поэтому для взлёта с Земли используются традиционные химические двигатели.
Другой вариант: ядерные двигатели сложнее в сборке и обслуживании. Для выполнения миссии шаттлу необходимо иметь ядерные двигатели, поэтому они были произведены и установлены на шаттл. Для взлёта с Земли достаточно обычных химических двигателей, так зачем тратить лишние усилия? Напомню, что экономика страны (и планеты) находится почти на нулевом уровне.
> ни о каких 25% световой скорости (обращения первой планеты) речи не идет, там наверняка больше
Посмотрел сейчас в книге. Там сказано, что планета движется со скоростью 55% от скорости света.
> Ну а гравитационный маневр у объекта, у которого находишься на орбите, совершить невозможно.
Чёрные дыры такого класса собирают вокруг себя очень большое количество других небесных тел разного масштаба вплоть до нейтронных звёзд и чёрных дыр, которые обращаются вокруг сверхмассивной чёрной дыры как планеты. Одна такая нейтронная звезда упомянута Купером, когда они обсуждают, как лучше всего добраться до первой планеты. Сам Кип Торн говорит, что для успешного гравитационного манёвра к планете необходимы как минимум две нейтронных звезды (строго говоря, нужны даже не нейтронные звезды, а чёрные дыры среднего размера). Режиссёр (Кристофер Нолан) отказался вставлять в фильм упоминание других звёзд и чёрных дыр, потому что "это может запутать неподготовленного зрителя". Осталась только маленькая реплика про некую нейтронную звезду.
> Для такого мелкого челнока это оччччень далеко.
Цитирую из книги: "Купер хочет быть достаточно далеко от Гаргантюа, чтобы избежать "временного сдвига". Это подтолкнуло меня к выбору расстояния в 5 радиусов Гаргантюа. Время полёта Рейнджера от парковочной орбиты до планеты Миллер, равное двум с половиной часам, укрепило меня в моём выборе."
Вывод: я советую вам подумать о том, что в науке (в физике) есть множество нюансов, а сюжет фильма построен так, что он "выкручивает" физику до предела, чтобы получить наиболее впечатляющий сюжет. Несмотря на то, что вы показываете некий неплохой уровень знания физики, в данном случае вы оказались в категории "воинствующее невежество".
no subject
Date: 2015-04-25 12:09 pm (UTC)Если в двигатель нужно подавать окислитель (как это звучит в фильме), то двигатель химический. И не надо спекуляций про кислород из кабины - они с тем же успехом могли подать азот.
>> Они использовали кислород из кабины экипажа для того, чтобы просушить двигатель
Ну и как вы вообще представляете "подачу в двигатель воздуха из кабины"??
Вы себе представляете конструкцию ядерного двигателя, в который идет трубка от кабины??? :D
У них там как, специалисты по безопасности вообще не работали? А туалет они атомным взрывом не продувают?
>>взлетать с Земли на ядерной энергии не очень экологично
Это вы о какой Земле, о той, что показана в фильме? На которой экология сдохла до такого состояния, что ее нужно покидать? Вы точно об "интерстелларе"?
>>отказался вставлять в фильм упоминание других звёзд и чёрных дыр
сюжет фильма построен так, что он "выкручивает" физику до предела
Вот вы сами и ответили на ВСЕ вопросы.
В фильме опущено куча объяснений что именно там происходит, а происходит дико нетривиальное даже для физика. При этом - нетривиальное с максимальным набором "если" (ну вот как про грибок). И догадаться об этом, просто посмотрев фильм невозможно. Вот именно об этом я и писал.
no subject
Date: 2015-04-25 12:29 pm (UTC)По сравнению с общепринятым уровнем фильмов уровень научности в Интерстелларе - действительно зашкаливает, о чём справедливо говорят в рецензиях и разных интервью.
А для тех, кто хочет "настоящую науку в чистом виде", была подготовлена книжка, в которой можно почитать, как всё это задумывалось, как это выглядит с точки зрения науки и насколько точно это отображено в фильме. Я думаю вам интересно будет её почитать.
no subject
Date: 2015-04-25 01:37 pm (UTC)Звучит удивительно, я согласен. Тем не менее, ход событий в фильме таков: Купер говорит "будем прикуривать", приказывает надеть скафандры, после чего произносится фраза "сброс давления", видно резкий выхлоп и сразу вслед за этим выхлоп поджигается. Что означает "сброс давления"? Почему нужно было акцентировать внимание на "надеть скафандры"?
Наилучшее объяснение, которое у меня есть, это: воздух из кабины сбрасывался не в двигатель. Видимо, воздух сбрасывался через двигательный отсек, из которого он выходил (под давлением) через щели вокруг сопла. А потом уже каким-то образом кислород поджигался с помощью включения двигателя.
Более логично было бы предполагать, что, всё-таки, использовался "ракетный кислород". Но даже в этом случае двигатель может быть ядерным: химическая реакция может служить запалом для запуска ядерной реакции (как это сейчас делают в атомной бомбе).
> Если в двигатель нужно подавать окислитель (как это звучит в фильме), то двигатель химический.
Не слышал слова "окислитель" (фильм я смотрел 3 раза)...
Сейчас посмотрел этот эпизод в Интернете. Можно было ничего этого не писать. В фильме Купер говорит: "Надеть шлемы. Кейс (робот), подай кислород из кабины на главный двигатель, будем прикуривать." Я даже в оригинале (на английском) просмотрел, там говорится то же самое.