Читаем Интерстеллар: наука за кадром полностью

Рис. 8.3. Сверху: искривленное пространство вокруг невращающейся черной дыры (взгляд из балка) и два луча, идущих от звезды к камере через искривленное пространство. Снизу: гравитационно линзированный звездный узор, как он виден камере (Моделирование Алена Риасуэло.)

Все прочие звезды также видны дважды, по разные стороны от тени. Можете найти парные изображения? Что же касается самой тени черной дыры, она являет собой совокупность направлений, с которых лучи попасть в камеру не могут — см. серую треугольную область с надписью «Тень». Все лучи, «желающие остаться в тени», захватывает и поглощает черная дыра.

По мере того как камера движется слева направо по своей орбите (рис. 8.3), видимый камере звездный узор меняется, как показано на рис. 8.4.

На этом рисунке выделены две звезды. Одна обведена красным (та же звезда, что и на рис. 8.3). Другая находится внутри желтого ромбика. Можно видеть по два изображения каждой звезды: одно — снаружи фиолетовой окружности, другое — внутри ее. Эта фиолетовая окружность называется кольцом Эйнштейна.

По мере того как камера движется направо, изображения звезд движутся вдоль желтой и красной линий.

Те изображения звезд, что находятся за переделами кольца Эйнштейна (назовем их первичными), двигаются ожидаемым образом: постепенно слева направо, однако, приближаясь к черной дыре, они отклоняются от нее. (Можете ответить, почему они отклоняются от дыры, а не к ней?)

Рис. 8.4. Меняющийся звездный узор, видимый камере при ее движении слева направо по орбите, показанной на рис. 8з (Моделирование Алена Риасуэло, см. www2.iap.fr/users/riazuelo/ interstellar.) 

Изображения же из второй пары, лежащие внутри кольца Эйнштейна, движутся весьма странным образом: они будто выходят из-за правого края тени, движутся наружу, но, не выходя за кольцо Эйнштейна, плавно поворачиваются к левой стороне тени и приходят к левому ее краю.

Понять, что здесь происходит, можно, обратившись к схеме на рис. 8.3. Правый луч проходит вблизи черной дыры, и правое изображение звезды оказывается рядом с тенью. Раньше, когда камера находилась левее, правый луч проходил еще ближе к дыре (чтобы сильнее изогнуться и достичь камеры), поэтому тогда правое изображение было еще ближе к тени. Левый же луч, напротив, раньше проходил довольно далеко от тени, оставаясь почти прямым, и формировал изображение звезды на отдалении от дыры.

А теперь, если вам все понятно, подумайте, как изображения, показанные на рис. 8.4, станут перемещаться далее. 

Линзирование быстровращающейся черной дыры — Гаргантюа

Пространственный вихрь, образующийся из-за огромной скорости вращения Гаргантюа, влияет на гравитационное линзирование. Звездный узор на рис. 8.1 (Гаргантюа) заметно отличается от изображенного на рис. 8.4 (невращающаяся черная дыра), а эффект при движении камеры отличается еще больше.

Для Гаргантюа (рис. 8.5) при движении камеры проявляются два кольца Эйнштейна, обозначенных на рисунке фиолетовыми замкнутыми кривыми. Снаружи внешнего кольца звёзды «движутся» вправо (в частности, вдоль двух пар красных кривых), так же как и для невращающейся черной дыры на рис. 8.4. Однако у заднего края тени пространственный вихрь сжимает поток движения в узкие полосы, которые довольно резко изгибаются у экватора, и ускоряет его. Также вихрь образует в потоке «водовороты» (замкнутые красные кривые).

Вторичное изображение каждой звезды появляется в области между кольцами Эйнштейна, и циркулирует вдоль замкнутой кривой (пример — две желтые кривые), двигаясь при этом в направлении, противоположном красным потокам снаружи внешнего кольца.

Здесь есть две особенные звезды, для которых гравитационное линзирование не действует. Одна из них расположена прямо над северным полюсом Гаргантюа, другая — прямо под южным. Это аналоги Полярной звезды, которая расположена прямо над Северным полюсом Земли. Я нарисовал пятиконечные звездочки рядом с первичными (красная звездочка) и вторичными (желтая) изображениями полярных звезд Гаргантюа. С Земли кажется, будто все звезды циркулируют вокруг Полярной звезды — поскольку мы вращаемся вместе с Землей. Аналогично по мере движения камеры по орбите вокруг дыры все первичные изображения звезд рядом с Гаргантюа циркулируют вокруг первичных изображений полярных звезд, но пути их движения (например, две замкнутые красные кривые) сильно искажены пространственным вихрем и гравитационным линзированием. Тем же образом вторичные изображения звезд циркулируют вокруг вторичных изображений полярных звезд (например, вдоль двух желтых кривых).

Перейти на страницу:

Похожие книги

История математики. От счетных палочек до бессчетных вселенных
История математики. От счетных палочек до бессчетных вселенных

Эта книга, по словам самого автора, — «путешествие во времени от вавилонских "шестидесятников" до фракталов и размытой логики». Таких «от… и до…» в «Истории математики» много. От загадочных счетных палочек первобытных людей до первого «калькулятора» — абака. От древневавилонской системы счисления до первых практических карт. От древнегреческих астрономов до живописцев Средневековья. От иллюстрированных средневековых трактатов до «математического» сюрреализма двадцатого века…Но книга рассказывает не только об истории науки. Читатель узнает немало интересного о взлетах и падениях древних цивилизаций, о современной астрономии, об искусстве шифрования и уловках взломщиков кодов, о военной стратегии, навигации и, конечно же, о современном искусстве, непременно включающем в себя компьютерную графику и непостижимые фрактальные узоры.

Ричард Манкевич

Зарубежная образовательная литература, зарубежная прикладная, научно-популярная литература / Математика / Научпоп / Образование и наука / Документальное
Люди на Луне
Люди на Луне

На фоне технологий XXI века полет человека на Луну в середине прошлого столетия нашим современникам нередко кажется неправдоподобным и вызывает множество вопросов. На главные из них – о лунных подделках, о техническом оснащении полетов, о состоянии астронавтов – ответы в этой книге. Автором движет не стремление убедить нас в том, что программа Apollo – свершившийся факт, а огромное желание поделиться тщательно проверенными новыми фактами, неизвестными изображениями и интересными деталями о полетах человека на Луну. Разнообразие и увлекательность информации в книге не оставит равнодушным ни одного читателя. Был ли туалет на космическом корабле? Как связаны влажные салфетки и космическая радиация? На сколько метров можно подпрыгнуть на Луне? Почему в наши дни люди не летают на Луну? Что входит в новую программу Artemis и почему она важна для президентских выборов в США? Какие технологии и знания полувековой давности помогут человеку вернуться на Луну? Если вы готовы к этой невероятной лунной экспедиции, тогда: «Пять, четыре, три, два, один… Пуск!»

Виталий Егоров (Zelenyikot) , Виталий Юрьевич Егоров

Зарубежная образовательная литература, зарубежная прикладная, научно-популярная литература / История / Научно-популярная литература / Учебная и научная литература / Образование и наука
The Beatles от A до Z: необычное путешествие в наследие «ливерпульской четверки»
The Beatles от A до Z: необычное путешествие в наследие «ливерпульской четверки»

Британский писатель, продюсер и музыкант Питер Эшер рассказывает историю «Битлз» через песни: их собственные, их коллег, предшественников и последователей. Для этого он использует классическую алфавитную систему, однако применяет ее неожиданным образом. К примеру, вы не встретите известнейших «Yesterday» на букву Y или «All you need is love» на букву A, вместо этого Эшер рушит устоявшиеся ассоциации и заменяет их другими, показывая даже привычные треки с новой стороны. При этом автор так искусно препарирует музыкальные композиции, указывая нам на важные и «вкусные» детали, что вам гарантированно захочется все это переслушать – так не отказывайте себе в удовольствии.И не забывайте, что Эшер лично знал легендарную «четверку», ведь Пол Маккартни даже когда-то жил в его доме! Поэтому здесь нашлось место и для уникальных историй и воспоминаний, которые вряд ли можно прочесть где-либо еще.Эта книга – повод влюбиться в музыку «Битлз» снова.

Питер Эшер

Зарубежная образовательная литература, зарубежная прикладная, научно-популярная литература
История целибата
История целибата

Флоренс Найтингейл не вышла замуж. Леонардо да Винчи не женился. Монахи дают обет безбрачия. Заключенные вынуждены соблюдать целибат. История повествует о многих из тех, кто давал обет целомудрия, а в современном обществе интерес к воздержанию от половой жизни возрождается. Но что заставляло – и продолжает заставлять – этих людей отказываться от сексуальных отношений, того аспекта нашего бытия, который влечет, чарует, тревожит и восхищает большинство остальных? В этой эпатажной и яркой монографии о целибате – как в исторической ретроспективе, так и в современном мире – Элизабет Эбботт убедительно опровергает широко бытующий взгляд на целибат как на распространенное преимущественно в среде духовенства явление, имеющее слабое отношение к тем, кто живет в миру. Она пишет, что целибат – это неподвластное времени и повсеместно распространенное явление, красной нитью пронизывающее историю, культуру и религию. Выбранная в силу самых разных причин по собственному желанию или по принуждению практика целибата полна впечатляющих и удивительных озарений и откровений, связанных с сексуальными желаниями и побуждениями.Элизабет Эбботт – писательница, историк, старший научный сотрудник Тринити-колледжа, Университета Торонто, защитила докторскую диссертацию в университете МакГилл в Монреале по истории XIX века, автор несколько книг, в том числе «История куртизанок», «История целибата», «История брака» и другие. Ее книги переведены на шестнадцать языков мира.

Элизабет Эбботт

Зарубежная образовательная литература, зарубежная прикладная, научно-популярная литература / Педагогика / Образование и наука