«Интерстеллар» — эпический научно-фантастический фильм 2014 года режиссёра Кристофера Нолана. Действие фильма разворачивается в антиутопическом будущем, где Земля страдает от катастрофического упадка и голода. Группа астронавтов путешествует через червоточину возле Сатурна в поисках нового дома для человечества.
Идея фильма «Интерстеллар» была придумана продюсером Линдой Обст и физиком-теоретиком Кипом Торном. Работа над фильмом началась в июне 2006 года, когда Спилберг и Paramount Pictures объявили о планах снять научно-фантастический фильм по сценарию, написанному Обст и Торном.
Кип Торн, физик-теоретик и лауреат Нобелевской премии, выступил в качестве научного консультанта и исполнительного продюсера.
Относительно концепций червоточин и чёрных дыр Кип Торн сказал, что он «работал над уравнениями, которые позволили бы отслеживать световые лучи, проходящие через червоточину или вокруг чёрной дыры, — поэтому то, что вы видите, основано на уравнениях общей теории относительности Эйнштейна».
Полученные визуальные эффекты позволили Торну по-новому взглянуть на гравитационное линзирование и аккреционные диски, окружающие черные дыры, что привело к публикации трех научных статей.
Статьи
1. Гравитационное линзирование вращающимися чёрными дырами в астрофизике и в фильме «Интерстеллар»
(февраль, 2015 год)
Джеймс О., фон Танцельманн Э., Франклин П. и Торн К.
Classical and Quantum Gravity, 32 (6).
https://arxiv.org/abs/1502.03808
«Интерстеллар» — первый голливудский фильм, в котором была предпринята попытка изобразить черную дыру такой, какой ее мог бы увидеть находящийся поблизости человек. Для этого был разработан код под названием DNGR (Double Negative Gravitational Renderer) для решения уравнений распространения светового луча через искривленное пространство-время вращающейся черной дыры и для рендеринга быстро меняющихся изображений. Эта статья преследует четыре цели:
- Описать DNGR для физиков и специалистов по CGI.
- Представить уравнения, когда камера находится в произвольном движении в произвольном месте вблизи вращающейся черной дыры.
- Описать новые идеи, полученные с помощью DNGR, в отношении гравитационного линзирования, когда камера находится вблизи вращающейся черной дыры, а не далеко, как во всех предыдущих исследованиях.
- Описать, как изображения чёрной дыры Гаргантюа и её аккреционного диска в фильме «Интерстеллар» были получены с помощью DNGR. В этом разделе статьи нет новых астрофизических идей, но новички в этой области могут найти его интересным.
2. Визуализация червоточины в «Интерстеллар»
(июнь, 2015 год)
Джеймс О., фон Танцельманн Э., Франклин П. и Торн К.
American Journal of Physics, 83 (6).
https://arxiv.org/abs/1502.03809
Фильм «Интерстеллар» предлагает студентам начальных курсов общей теории относительности множество возможностей. В данной статье описываются эти возможности, в том числе:
- На уровне мотивации – какие элементарные концепции относительности лежат в основе визуализации червоточин представленных в фильме.
- На кратком вычислительном уровне – вычисления с простыми, но интересными метриками червоточин, включая, например, построение диаграмм вложений для трёхпараметрической червоточины.
- Объединение собственной системы отсчёта камеры с решениями геодезического уравнения для построения карты трассировки световых лучей в обратном направлении от локального неба камеры до двух небесных сфер червоточины.
- Использование Mathematica, Maple или Matlab для построения изображений того, что видит камера вблизи или внутри червоточины.
- Изучение того, как три параметра червоточины влияют на то, что видит камера.
- Изучение кольца Эйнштейна червоточины и, в частности, необычных движений изображений звезд вблизи кольца.
- Изучение того, как выглядит путешествие через червоточину.
3. Создание межзвездной черной дыры: гравитационный рендер
(июль, 2015 год)
Джеймс О., Дикманн С., Пабст С., Робертс П., Торн К.
Конференция специализированной группы по компьютерной графике и интерактивным технологиям. Доклады ACM SIGGRAPH 2015, статья №: 21. Ассоциация вычислительной техники.
https://dl.acm.org/doi/10.1145/2775280.2792510
«Интерстеллар» — фильм, в котором была предпринята попытка изобразить чёрную дыру такой, какой её видит наблюдатель, находящийся поблизости. Тесное сотрудничество научного консультанта и команды по визуальным эффектам привело к разработке нового рендерера DNGR (Double Negative Gravitational Renderer), использующего новые методы визуализации в искривлённом пространстве-времени. После завершения работы над фильмом код был адаптирован для научных исследований, что позволило по-новому взглянуть на явление гравитационного линзирования.