Ciencia y cultura · seis películas, seis ideas científicas. Las películas tienen una manera de hacernos preocuparnos por una persona que vuela alrededor de la Tierra, se pierde en Marte o tarda varias décadas en llegar a casa. Pero a veces el personaje más interesante del encuadre es la ley de la naturaleza. No dice ninguna línea, pero decide si los héroes pueden pararse en el suelo, respirar y esperar una respuesta.

Veamos seis películas espaciales: desde un problema completamente terrestre con el aire hasta la luz curva de un agujero negro. Aquí hay detalles de escenas individuales, pero no volvemos a contar los finales. Las ilustraciones son nuestros diagramas explicativos, no fotogramas de películas; Sus tamaños y distancias son esquemáticos.

1. Interestelar (2014): por qué el disco se dobló alrededor de un agujero negro

Gargantúa tiene una apariencia extraña: una franja luminosa cruza una silueta oscura, y se ven arcos encima y debajo de ella. Parece que los artistas pusieron varios aros de fuego sobre el agujero negro. Sin embargo, esta imagen no requiere varios discos.

La materia caliente gira alrededor de un agujero negro en un disco de acreción. La fuerte gravedad desvía los caminos de la luz y el observador puede ver partes del lado opuesto del disco que quedarían ocultas si la luz se propagara en línea recta. resultalente gravitacional: la apariencia visible de un objeto cambia en el camino desde él hasta nosotros.

Para la película, el equipo de efectos visuales y el físico Kip Thorne desarrollaron un programa para calcular la propagación de haces de luz en el espacio-tiempo de un agujero negro en rotación. El trabajo se convirtió en una publicación científica. Esta no es una fotografía de un objeto real: la elección de los parámetros y la presentación artística todavía influyen en el resultado. Pero esta inusual geometría tiene una base física.Artículo de los creadores del modelo →

Dos trayectorias de luz convencionales rodean un objeto masivo y llegan al observador: la gravedad cambia la posición aparente de la fuente

Esquema del principio de lente. Este no es un cálculo de los rayos de Gargantúa ni una imagen de su disco. Abrir más grande →

Otra idea de la película, el diferente paso del tiempo, también se relaciona con la teoría general de la relatividad. Los relojes que se comparan pueden acumular tiempos diferentes dependiendo del movimiento y las condiciones gravitacionales. Cada observador experimenta que su propio reloj funciona con normalidad. Sin embargo, las condiciones extremas específicas de la trama no se pueden trasladar a ningún planeta cercano a ningún agujero negro.Kip Thorne sobre los temas científicos de la película →

2. “El marciano” (2015): el viento tiene velocidad, pero necesita densidad

Al principio de la película, la tormenta parece como si Marte hubiera decidido desalojar inmediatamente a la expedición. El polvo, la mala visibilidad y el peligro para los equipos son bastante marcianos. Pero la capacidad del viento para empujar objetos pesados ​​se muestra con gran reserva dramática.

La acción del flujo se describe de forma simplificada.presión dinámica q = ½ρv², donde ρ es la densidad del gas, v es su velocidad. Para obtener fuerza, también es necesario considerar el área y la forma del objeto. El aire marciano es mucho más fino que el de la Tierra: la misma velocidad del viento no significa la misma presión.

Para la evaluación educativa, tomemos una velocidad de 30 m/s y una densidad de 1,2 kg/m³ para la Tierra y 0,02 kg/m³ para Marte. Nos ocuparemos540 Pa frente a 9 Pa- una diferencia de 60 veces. Se trata de un cálculo con densidades redondeadas seleccionadas, no de un informe meteorológico de una escena específica: los valores reales dependen de la temperatura, la altitud y el tiempo.

A la misma velocidad de 30 metros por segundo, el cálculo da 540 pascales de presión dinámica en la Tierra y 9 en Marte para las densidades indicadas.

La presión se compara a la misma velocidad y densidades especificadas explícitamente. Abrir más grande →

Pero es demasiado pronto para calmarse. El polvo bloquea la luz del sol, se deposita en los paneles e interfiere con los mecanismos. Una verdadera tormenta marciana puede amenazar las reservas de energía incluso si no deja inconsciente a un astronauta.La NASA aclara la verdad y la ficción de las tormentas marcianas →

3. 2001: Odisea en el espacio (1968): Un suelo hecho por rotación

Las personas en el espacio no tienen que flotar entre paredes todo el tiempo. En Una Odisea en el Espacio, la estación giratoria ofrece una solución aparentemente sencilla: convertir la pared exterior en el suelo. Este tipo de suelo puede ejercer mucha presión sobre las plantas de los pies.

Una persona que gira con la estación necesita aceleración centrípeta. Lo proporciona el apoyo: el suelo empuja a la persona.al eje de rotación. En el marco de referencia propio de la estación, esto se describe como una fuerza centrífuga dirigida hacia afuera. La habitual sensación de peso aparece por el contacto con el suelo; No están colocando un nuevo planeta masivo debajo de la estación.

La conexión es sencilla:a = ω²r. Para una estación inventada con un radio de 100 metros, la aceleración de la Tierra en el borde requeriría aproximadamente3 rpm. Este es nuestro ejemplo, no una medida del decorado de la película. Si reducimos el radio, tendremos que girar más rápido y la diferencia de condiciones en la cabeza y las piernas se hará más notoria.

En una sección transversal de la estación giratoria, una persona se encuentra con los pies en el borde exterior; la fuerza del piso se dirige hacia el centro, la parte inferior condicional se dirige hacia afuera

La sensación de peso y la dirección de la fuerza de apoyo son dos cosas diferentes: la fuerza del suelo se dirige hacia el centro. Abrir más grande →

Aún quedan desafíos de ingeniería: diseño, acoplamiento, tolerancia de rotación, desviaciones inusuales de objetos en movimiento debido al efecto Coriolis. Por lo tanto, la idea física correcta aún no significa un hotel confortable y listo para usar.NASA: marcos giratorios; conversación entre especialistas sobre gravedad artificial →

4. “Gravity” (2013): ingravidez: cuando toda la habitación cae

Los héroes flotan cerca de la Tierra y al espectador le resulta fácil decidir: quizás la atracción aquí ya no sea suficiente. El título de la película sugiere lo contrario. La gravedad de la Tierra es lo que mantiene al vehículo orbital en su trayectoria.

A una altitud de unos 400 kilómetros, la aceleración debida a la gravedad es aproximadamente89% del valor de la superficie. La estimación se obtiene a partir de la relación [R / (R + h)]²: para R ≈ 6371 km y h = 400 km resulta 0,885. Elevarse a esta altura no es en absoluto lo mismo que apagar la Tierra.

El secreto de la ingravidez es la caída libre juntos. La nave y el hombre que está dentro caen constantemente, pero la gran velocidad lateral les permite dar la vuelta al planeta. El suelo no soporta tanto a una persona como lo haría en una habitación estacionaria. Por tanto, el cuerpo casi no ejerce presión sobre el soporte, aunque sí actúa la gravedad.

La nave espacial se mueve en órbita: la velocidad se dirige tangencialmente, la aceleración de la gravedad se dirige hacia el centro de la Tierra.

La velocidad y la aceleración tienen direcciones diferentes. La órbita es una caída libre continua alrededor de la Tierra. Abrir más grande →

Esta idea explica la natación de la gente, pero no sustenta en sí misma el resto de las maniobras de la película. El encuentro en órbita significa igualar la posición y la velocidad, en lugar de simplemente dirigirse hacia un punto visible. Una conclusión es importante para nuestro análisis:ningún peso no es igual a ninguna gravedad. La NASA explica la microgravedad →

5. Apolo 13 (1995): hay oxígeno, pero respirar sigue siendo peligroso

Una de las escenas de ingeniería más intensas se realiza sin una máquina futurista: hay que ajustar un filtro inadecuado. Después del accidente, el módulo lunar se convirtió en refugio para tres astronautas y surgió el problema de eliminar el dióxido de carbono.

Exhalamos CO₂. En un volumen cerrado, no basta con disponer simplemente de un suministro de oxígeno: es necesario mantener la composición del aire eliminando los productos respiratorios. La misión utilizó absorbentes de hidróxido de litio. Los cartuchos cuadrados del módulo de mando no encajaban en los agujeros redondos del sistema del módulo lunar. Los especialistas terrestres desarrollaron un adaptador a partir de los materiales disponibles a bordo y la tripulación lo montó según las instrucciones.

El aire con dióxido de carbono pasa a través del adaptador y el absorbente; Hay menos dióxido de carbono en la salida, el filtro no genera oxígeno.

Se muestra el principio de funcionamiento y no un dibujo de montaje de un adaptador histórico. Abrir más grande →

Aquí es donde se unen la química y la ingeniería: el absorbente une el dióxido de carbono y el adaptador fuerza el aire a través del cartucho deseado. El filtro en síno convierte el CO₂ en oxígeno. Tiene una capacidad limitada y, sin un flujo adecuadamente organizado, la sustancia útil dentro de la caja no salva la situación.

La escena se basa en un problema documentado de una misión real en abril de 1970. Este es un buen ejemplo de ciencia que no sólo funciona en el laboratorio: a veces la pregunta crucial es "¿cómo se juntan estas dos cosas?"NASA: el progreso de la misión y el problema de los absorbentes incompatibles →

6. Contacto (1997): La correspondencia interestelar requiere paciencia

Ellie Arroway capta una señal de radio procedente de Vega. Si reemplazamos mentalmente el mensaje críptico por un simple “hola”, surge una pregunta cotidiana: ¿cuándo podemos esperar una respuesta a nuestra respuesta?

Las ondas de radio son radiación electromagnética. En el vacío viajan a la misma velocidad que la luz visible: aproximadamente 300 mil kilómetros por segundo. Una antena más grande ayuda a recibir una señal débil, pero no la obliga a llegar antes.NASA: velocidad de las ondas electromagnéticas →

Acerca de Vega25 años luz. Un año luz es la distancia que recorre la luz en un año. Esto significa que nuestra señal habría estado allí durante aproximadamente un cuarto de siglo. Si responden allí inmediatamente, el viaje de regreso durará el mismo tiempo: aproximadamente50 años desde enviar una pregunta a recibir una respuesta. Esta es una simple estimación del retraso para los destinatarios que están estacionarios entre sí, y no una promesa de que la transmisión será detectable en absoluto.NASA: distancia a Vega →

Un mensaje de la Tierra a Vega tarda unos 25 años, una respuesta inmediata tarda otros 25; la espera total es de unos 50 años

Cronograma educativo. No se incluye el tiempo de preparación de la respuesta. Abrir más grande →

También hay una sutileza en el lenguaje cinematográfico: una señal de radio no es un sonido que vuela por el vacío. El receptor puede convertir los datos en una representación audible. La búsqueda real requiere procesamiento de señales y verificación de interferencias, no solo un oído atento. El sitio web de NRAO contiene un análisis de la película realizado por especialistas de SETI.Lo que “Contacto” muestra con precisión y lo que simplifica →

Qué preguntarle a la próxima película espacial

No es necesario ver una película con una calculadora. Tres preguntas son suficientes:¿Qué crea la fuerza, adónde va la energía y cuánto tiempo tarda la señal? Ayudan a separar una técnica espectacular de una idea física interesante. Y a veces descubres que la realidad es más sorprendente que el paisaje: puedes caer y perderte la Tierra todo el tiempo, ver el lado oculto del disco y recibir una respuesta a una carta de la escuela después de jubilarte.

Si quieres continuar:Como señaló Roemer, la luz no es instantánea., como se pesó la tierra ycómo la ciencia llegó a las canciones de rock.

Las fuentes se enumeran junto con explicaciones relevantes. Los editores de Mozg.ru prepararon ejemplos numéricos y diagramas; explican principios individuales en lugar de confirmar la exactitud científica de películas enteras.