Интерстеллар: наука за кадром - Кип Торн

Большой угловой момент порождает центробежные силы, которые легко берут верх над гравитационным притяжением Гаргантюа, даже если объект, следуя орбите, подходит близко к черной дыре.

На рис. 10.1 изображен пример типичной орбиты. Объект под воздействием мощной гравитации Гаргантюа движется к дыре. Но, прежде чем он достигает горизонта, центробежные силы возрастают настолько, что отбрасывают объект назад. Так происходит снова и снова, практически бесконечно.

Рис. 10.1. Типичная орбита объекта, движущегося вокруг быстровращающейся черной дыры вроде Гаргантюа (Модель Стива Драско.)

Единственное, что может этому помешать, – случайная встреча с каким-нибудь другим массивным телом (небольшой черной дырой, звездой или планетой). Объект огибает это другое тело по траектории гравитационной пращи (см. главу 7), и его перебрасывает на новую орбиту вокруг Гаргантюа, с изменением углового момента. У новой орбиты, как и у прежней, угловой момент почти всегда велик, и центробежные силы опять спасают объект от падения в Гаргантюа. Но крайне редко происходит так, что новая орбита влечет объект прямо или почти прямо к Гаргантюа с малым угловым моментом. В этом случае центробежные силы оказываются слишком слабы, и тогда объект проходит сквозь горизонт Гаргантюа.

Астрофизики смоделировали одновременное орбитальное движение миллионов звезд вокруг гигантской черной дыры, подобной Гаргантюа. Гравитационные пращи постепенно меняют все орбиты, изменяя таким образом распределение звездной плотности (количество звезд на заданный объем). При этом звездная плотность вблизи Гаргантюа не уменьшается – она растет. Плотность астероидов и комет также будет расти. Случайные бомбардировки астероидами и кометами участятся. Окрестности Гаргантюа станут более опасными для обособленных форм жизни, включая людей, что при условии выживания достаточного количества особей ускорит эволюцию.

Познакомившись с Гаргантюа и ее опасными окрестностями, уделим теперь немного внимания Земле и Солнечной системе, а именно – свалившемуся на землян бедствию и сложнейшей задаче спасения человечества с помощью межзвездного перелета.

III. Земля в беде

11. Болезнь растений

Когда в 2007 году Джонатан (Джона) Нолан приступил к работе над сценарием, он выбрал временем действия эпоху, когда человеческая цивилизация представляет собой бледную тень нынешнего величия и самому существованию человечества угрожает эпифития – распространение среди растений гибельной для них болезни. Кристофер Нолан, брат Джоны, заступив на вахту режиссера, принял и развил эту идею.

Однако мы с Линдой Обст и Джоной немного беспокоились о научном правдоподобии мира Купера, каким его нарисовал Джона: как могло человечество прийти в упадок и все же во многих отношениях оставаться привычным для нас? И какова, с точки зрения науки, вероятность того, что эпифития поставит под угрозу существование всех съедобных растений?

Я мало что знаю о заболеваниях растений, поэтому мы обратились за советом к специалистам. 8 июля 2008 года я организовал в «Афинеуме», университетском клубе Калтеха, обед. Хорошая еда, отличное вино. Джона, Линда, я и четыре биолога из Калтеха, каждый из которых силен в своей области: Эллиот Мееровиц, эксперт по растениям; Джаред Лидбеттер, эксперт по микробам, вызывающим болезни растений; Мэл Саймон, эксперт по клеточному строению растений и воздействию микробов на клеточном уровне; Дэвид Балтимор, нобелевский лауреат с широчайшими познаниями в общей биологии. (Калтех – первостатейное учебное заведение. В течение трех последних лет лондонская «Таймс» называла Калтех лучшим университетом в мире; притом он достаточно компактен (здесь числится всего 300 профессоров, 1000 учащихся и 1200 выпускников), чтобы я был знаком с калтеховскими экспертами в самых разных областях науки. Найти и пригласить нужных нам специалистов было несложно.)

Когда обед начался, я поставил в центре круглого стола микрофон и записал нашу непринужденную беседу, длившуюся два с половиной часа. Эта глава большей частью состоит из фрагментов аудиозаписи, я лишь подправил несколько фраз, а их авторы завизировали мою редакцию.

В итоге мы все пришли к выводу, что мир Купера научно возможен, хоть вероятность такого развития событий и невелика. Крайне маловероятен, но возможен, поэтому я и пометил эту главу значком  – домысел.

Мир Купера

Под вино и закуски Джона рассказал нам о том, каким видит мир Купера (рис. 11.1). Из-за различных катаклизмов население Северной Америки уменьшилось в десять или более раз; то же самое произошло и на других континентах. Человечество стало вести в основном аграрный образ жизни, с трудом обеспечивая себе пропитание и кров. И все же это не антиутопия – в целом жизнь терпима, а местами даже приятна: нам остались кое-какие маленькие радости вроде игры в бейсбол. Однако мы уже не мыслим глобально, не стремимся к великим свершениям. Нам нужно лишь немногое сверх минимума, необходимого для жизни.

Рис. 11.1. Жизнь в мире Купера. Сверху: игра в бейсбол, на горизонте песчаная буря. Снизу: дом Купера и его грузовичок после бури (Кадры из «Интерстеллар», с разрешения «Уорнер Бразерс».)

Многие решили, что катаклизмы закончились, что люди обустраиваются в новом мире и дела их могут пойти на лад. Однако болезнь растений столь губительна и так быстро перекидывается с культуры на культуру, что человечеству суждено исчезнуть еще при внуках Купера.

Что за катаклизмы?

Какие именно катаклизмы могли привести к такой ситуации? Наши эксперты-биологи предложили ряд возможных, хотя и маловероятных вариантов. Вот некоторые из них:

Лидбеттер: Сейчас [2008 год. – К. Т.] мало кто ведет натуральное хозяйство. Мы зависим от глобальной системы по выращиванию и распределению пищи и от водоснабжения. Представьте, что будет, если работа этой системы будет нарушена из-за какой-нибудь биологической или геофизической катастрофы. Вот пример в малом масштабе: если в горах Сьерра-Невада несколько лет подряд не будет выпадать снег, в Лос-Анджелесе возникнет дефицит питьевой воды. Десяти миллионам людей придется мигрировать, сельское хозяйство в Калифорнии придет в упадок. Несложно представить и катастрофы гораздо больших масштабов. В мире Купера, с сильным сокращением населения и возвратом к аграрному обществу, проблемы производства и распределения уже не столь остры.

Саймон: Еще один вариант катастрофы. Всю свою историю человечество борется с патогенами [с микробами, которые вызывают болезни у человека, у других животных или у растений. – К. Т.]. Для борьбы с патогенами, которые поражают непосредственно организм, у нас развилась сложная иммунная система. Но патогены продолжают эволюционировать, и мы всегда на шаг позади их. В какой-то момент патогены могут ускориться в развитии так, что наша иммунная система уже не будет за ними поспевать.

Балтимор: К примеру, вирус СПИД может стремительно эволюционировать в более опасную форму, которая будет передаваться не половым, а воздушно-капельным путем.

Саймон: Полярные шапки Земли, тающие из-за глобального потепления, могут высвободить некий дремлющий со времен последнего ледникового периода патоген.

Лидбеттер: Еще один сценарий: люди могут запаниковать из-за глобального потепления, основная причина которого – увеличение концентрации двуокиси углерода в атмосфере. Желая спастись, люди примутся удобрять океаны, чтобы стимулировать рост водорослей, перерабатывающих атмосферную двуокись углерода в ходе фотосинтеза. Для этого они насытят океаны железом. И тут могут возникнуть непредвиденные, фатальные, побочные эффекты. Например, появятся новые виды водорослей, которые будут вырабатывать токсины, отравляющие океаны. Это приведет к массовой гибели рыб и водных растений. Человечество сильно зависит от океанов, для него это обернется катастрофой. Скажете, такое развитие событий невозможно? Отнюдь. Проводились эксперименты, когда в отдельные участки океана забрасывали железо, чтобы вырастить водоросли, – и они разрастались так, что зеленые пятна были видны из космоса (рис. 11.2). Некоторые разновидности этих водорослей оказались прежде неизвестными науке! Нам повезло: они не были ядовиты, но могли бы…

Рис. 11.2. Карта концентрации хлорофилла (водорослей) после выгрузки 100 тонн сульфата железа в океан у берегов Британской Колумбии. Железо стимулировало рост водорослей, что привело к большой их концентрации внутри области, обведенной овальным пунктиром (Из данных проекта NASA «Джованни».)