Кип Торн (Kip Thorne) смотрит на черную дыру, которую он помог создать, и думает: «Ну конечно. Она так бы себя и вела». Эта конкретная черная дыра представляет собой имитацию беспрецедентной точности. Кажется, она вращается со скоростью, близкой к скорости света, захватывая с собой части Вселенной (Это гравитация, чтобы вы знали; относительность — вещь весьма таинственная). Согласно теории, когда-то она была звездой, но затем, вместо того чтобы погаснуть или взорваться, она схлопнулась, как неудавшееся суфле, и превратилась в крохотную точку с неотвратимым своеобразием. Мерцающее кольцо, вращающееся вокруг сфероидального вихря, кажется, искривляется на вершине и внизу одновременно.
И это вполне естественно, поскольку весьма странные вещи происходят около черных дыр. Так, например, у них столь сильная гравитация, что они сгибают материю Вселенной. Эйнштейн это объясняет: чем более массивным является что-либо, тем больше гравитации оно производит. Такие объекты как звезды и черные дыры делают это столь мощно, что, на самом деле, искривляют свет, воздействуя тем самым на пространство и время. Дальше становится еще необычнее: если бы вы были ближе к черной дыре, чем я, то наше восприятие пространства и времени было бы разным. Если говорить в терминах относительности, то время для меня проходило бы быстрее.
Так что же там видит Торн? Он астрофизик, его математические знания помогали при производстве завораживающих визуальных эффектов, в создании самой точной из всех предпринимавшихся ранее имитаций того, как могла бы выглядеть черная дыра. Это продукт работы в течение целого года 30 человек и тысяч компьютеров. И наряду с небольшой галактикой голливудских звезд — Мэттью Макконахи (Matthew McConaughey), Энн Хэтэуэй (Anne Hathaway), Джессика Честейн (Jessica Chastain), Билл Ирвин (Bill Irwin), Кейси Аффлек (Casey Affleck), Джон Литгоу (John Lithgow) — моделирование играет центральную роль в фильме «Интерстеллар» (Interstellar), в престижной эпической ленте режиссера Кристофера Нолана (Christopher Nolan) о космическом путешествии, премьера которой запланирована на 7 ноября. Торн видит истину. Нолан, превосходный создатель образов, видит красоту. Черные дыры, даже придуманные, способны очень сильно воздействовать на восприятие.
Торна нельзя назвать обычным астрофизиком. Конечно, он известный теоретик, но еще до своего ухода из Калифорнийского технологического института в 2009 году его глубоко интересовал вопрос об объяснении широкой общественности замысловатых идей из области теории относительности. Как раз перед своим уходом на заслуженный отдых Торн и кинопродюсер Линда Обст (Lynda Obst) — он знает ее с того момента, когда Карл Саган (Carl Sagan) тридцать лет назад специально для них устроил свидание вслепую — обсуждали эту идею применительно к кино, в котором бы речь шла о таких загадочных вещах, как черные дыры и пространственно-временные тоннели (wormholes).
Вскоре Стивен Спилберг согласился стать режиссером фильма, а сценарист Джонатан Нолан (Jonathan «Jonah» Nolan) написал сценарий. В конечном итоге Спилберг выпал из обоймы, и тогда брат Джонатана Крис — известный такими своими ошеломляющими фильмами как «Помни» (Memento) и «Начало» (Inception) плюс «Бэтмэн» — подключился к проекту. Но поскольку Крис Нолан начал переписывать сценарий своего брата, он захотел сделать проблему отношения к науке главной в этой истории. Поэтому он стал проводить рабочие встречи с Торном.
В течение пары месяцев в начале 2013 года Торн и Нолан погрузились в то, что физики называют «искривленной стороной вселенной» — согнутое пространство-время, дыры в материи реальности, влияние гравитации на свет. «Теперь сюжет, в основном, придуман Крисом и Джонатаном, — говорит Торн. — Однако его дух и цель относительно создания фильма, в котором наука оказывается вплетенной в его ткань с самого начала — речь идет о большой науке — были сохранены».
События в предложенном кинематографистами сюжете, происходят в ближайшем антиутопическом будущем, когда человечество в результате неурожая оказалось на грани вымирания. Бывший астронавт (Макконахи) соглашается принять участие в еще одном последнем полете, представляющем собой отчаянную попытку добраться до новых солнечных систем, где люди вновь смогли бы благоденствовать.
Именно в этом и состоит суть проблемы. Дело в том, что другие звезды, на самом деле, находятся очень далеко. Чтобы добраться даже до ближайших из них, нужно потратить несколько десятилетий при скорости космического корабля, которая пока еще является недоступной для человечества. В 1983 году, когда Сагану потребовалось правдоподобное решение этой проблемы для его сюжета, воплощенного затем в фильме «Контакт» (Contact), Торн предложил идею о пространственно-временных тоннелях — гипотетических складках во Вселенной, связывающих удаленные друг от друга точки через измерения, находящиеся за пределами наших обычных представлений о времени и пространстве. Пространственно-временные тоннели оказались естественным выбором и для фильма «Интерстеллар». Когда Торн обсуждал этот фильм с Ноланом, их дискуссии по поводу физических характеристик пространственно-временных тоннелей привели к неизбежному для кинематографистов вопросу: а как мы сможем показать это на экране?
Это не единственная головная боль — предложить элементы физики, с которыми затем команда, занимающаяся спецэффектами, должна будет работать. Сюжет Нолана строился на эффекте растяжения времени — время проходит с разной скоростью для разных героев фильма. Чтобы сделать это правдоподобным с научной точки зрения, Торн сказал, что ему потребуется огромная черная дыра — в фильме она получила название «Гаргантюа» (Gargantua), — вращающаяся со скоростью, близкой к скорости света. Как кинематографист Нолан не мог представить, каким образом реалистично изобразить нечто подобное. Но он знал, что нужно сделать для того, чтобы это получилось. «Крис позвонил мне и сказал: он хочет направить ко мне человека, который будет обсуждать со мной визуальные эффекты, — рассказывает Торн. — Я ответил: «Конечно, пусть приезжает». Вскоре Пол Франклин (Paul Franklin) уже стоял на пороге дома Торна.
Франклин знал, что его компьютер сделает все, что он ему скажет. Это было одновременно и проблемой, и искушением. «Очень легко попасть в ловушку, связанную с нарушением правил реальности, — говорит Франклин, старший специалист компании Double Negative, человек, уже имеющей премию Академии в области спецэффектов. — А эти правила, на самом деле, весьма строгие».
Поэтому он попросил Торна составить уравнения, которые управляли бы их программами по созданию спецэффектов так же, как законы физики управляют реальным миром. Они начали с пространственно-временных тоннелей. Если свет вокруг такого тоннеля не будет вести себя по классическим правилам — то есть не будет перемещаться по прямой линии, — что тогда с ним произойдет? Как это можно описать математически?
Торн направлял свои ответы Франклину в форме тщательно продуманных конспектов. Ответы занимали целые страницы, они содержали многочисленные ссылки на источники, были напичканы уравнениями, они были больше похожи на статьи, подготовленные для научного журнала, чем на что-либо другое. Члены команды Франклина разрабатывали новые программы на основе полученных уравнений и раскручивали пространственно-временной тоннель. Результат оказался поразительным. Это было похоже на магический кристалл, отражающий Вселенную, а также на сферическую дыру в пространстве-времени. «Научная фантастика всегда хочет все приукрасить, как будто она постоянно недовольна обычным миром, — говорит он. — Тот результат, который мы получали с помощью программ, сразу принимался без каких-либо возражений».
Их успех с пространственно-временными тоннелями ободрил членов команды спецэффектов, и они начали применять тот же подход к черной дыре. Однако черные дыры, как предполагает само их название, являются убийцами света. Кинематографисты часто используют прием под названием трассировка лучей (ray tracing) для выставления света и отражений предмета. «Однако использование программы по трассировке лучей основано на довольно разумном представлении о том, что свет перемещается по прямым линиям», — отмечает Эжени фон Тунзельман (Eugénie von Tunzelmann), руководитель отдела компьютерной графики компании Double Negative. Однако в данном случае речь шла об иной форме физики. «Мы вынуждены были написать совершенно новую программу визуализации».
Отдельные кадры потребовали до 100 часов работы по визуализации, а компьютеры были до предела загружены гибкими данными об искажении, вызванном эффектом Эйнштейна под названием гравитационная линза. В конечном итоге потребовалось обработать 800 террабайт данных. «Я думала, что мы сможем даже перейти порог в один петабайт при работе над фильмом», — добавляет Тунзельман.
«Крис действительно хотел, чтобы мы убедительно представили идею о том, что черная дыра имеет сферическую форму, — говорит Франклин. — Тогда я сказал: “Ты знаешь, это будет выглядеть как диск”. В таком случае можно будет увидеть только то, каким образом она преломляет свет звезд». Франклин стал читать литературу об аккреционных дисках, агломерациях материи, вращающихся на орбите вокруг черных дыр. Франклин решил, что он может использовать это кольцо вращающихся на орбите осколков для определения сферы.
Фон Тунзельман попыталась провести замысловатую демонстрацию. Она создала плоское многоцветное кольцо — дублер аккреционного диска — и расположила его вокруг придуманной ими вращающейся черной дыры. После этого произошло нечто странное. «Мы обнаружили, что искривленное пространство вокруг черной дыры также искривляет аккреционный диск, — говорит Франклин. — И вместо того, чтобы выглядеть, как кольца Сатурна вокруг черной сферы, свет создает удивительное по форме сияние».
Именно это и заставило Торна в тот момент, когда он впервые увидел окончательный результат, сказать: «Ну конечно». Сначала члены команды из фирмы Double Negative подумали, что в программе визуализации, судя по всему, появился какой-то вирус. Однако Торн понял, что они правильно смоделировали этот феномен в соответствии с предоставленным им математическим описанием.
Тем не менее, никто не мог точно сказать, как будет выглядеть черная дыра, пока они ее сами не создали. Свет, временно захваченный вокруг черной дыры, неожиданным образом произвел целый ряд дактилоскопических отпечатков рядом с тенью черной дыры. А сияющий аккреционный диск появлялся над черной дырой, под черной дырой и перед ней. «Я совершенно этого не ожидал, — говорит Торн. — Эжени просто смоделировала это и сказала: “Эй, посмотрите, что тут у меня образовалось”. Это было просто поразительно».
В конечном итоге Нолан получил первоклассные изображения, способствовавшие развитию сюжета. Торн сделал фильм, с помощью которого широкая зрительская аудитория сможет получить некоторое реальное и точное представление о науке. Однако он получил еще и то, чего не ожидал: научное открытие. «Речь идет о данных наших наблюдений, — говорит он об использованной в фильме визуализации. — Так ведет себя природа. И точка». Торн считает, что на основе собранного материала он сможет опубликовать, по крайней мере, две статьи.
Когда Торн говорит об астрофизике, которую он любит больше всего — сталкивающиеся черные дыры, пространство, приводимое в движение вращающимися звездами, разрывы и складки временных тоннелей — он использует множество аналогий. Он говорит о двух торнадо, сталкивающихся друг с другом, или о лучах света, которые ведут себя как солома на ветру. Однако метафоры могут быть обманчивы: они способны убедить людей в том, что они что-то понимают, тогда как, на самом деле, они понимают только то, на что это может быть похожим. Однако сияющие и вращающиеся черные дыры Торна, а также пространственно-временные тоннели размером с галактику не являются просто метафорами. Большинство зрителей фильма «Интерстеллар» увидят эти изображения — пространственно-временные тоннели, черные дыры, странный свет — и подумают: «Ведь это прекрасно». Торн смотрит на них и думает: «Ведь так и есть на самом деле». И с определенной точки зрения это тоже прекрасно.
