Ile jest nauki w "Interstellar"?

rage! rage! against the dying of the light –
– Dylan Thomas
W nauce istnieje tylko fizyka, reszta to zbieranie znaczków. Reżyser Christopher Nolan wziął sobie głęboko do serca to powiedzenie (przypisywane fizykowi Ernestowi Rutherfordowi) i nakręcił film pt. „Interstellar”, którego premiera w Polsce przypadła na listopad 2014 roku.

Jako zapalczywy fan filmów science fiction z niecierpliwością czekałem na tę premierę zwłaszcza, że do projektu zaangażowano znanych aktorów, a przy produkcji jako konsultant i doradca naukowy pracował astrofizyk Kip Thorne (znany w Polsce z publikacji „Czarne dziury i krzywizny czasu”) co jeszcze bardziej dodawało powagi temu widowisku. Zapowiedzi „Interstellar” obiecywały wiele. Dotychczasowe filmy science fiction rzadko kiedy trzymały się naukowych odkryć i osiągnięć, starały się raczej zaintrygować widza wartką akcją i niebanalną fabułą zamiast męczyć rzetelną naukową perspektywą. W przypadku „Interstellar” jest nieco inaczej. Jako widz doświadczony poprzednimi produkcjami tego reżysera wiedziałem, że należy się spodziewać solidnej roboty i fachowego podejścia. Po premierze filmu wśród krytyków filmowych i naukowców rozgorzała dyskusja na ile „Interstellar” spełnia wymogi naukowe, w jakim stopniu przedstawia pewne prawidła fizyki, a ile jest w nim zwyczajnej głupoty. Nie trzeba być specjalnie bystrym aby wiedzieć, że żaden film tego typu nie jest w stanie w 100% trzymać się naukowej narracji nie popadając przy tym w przesadną fantazję. Wyjątkiem jest tutaj niedościgniony obraz Stanleya Kubricka – „Odyseja Kosmiczna 2001”.

Fabuła „Interstellar” jest stosunkowo prosta – planeta Ziemia doznaje kataklizmów i pogodowych anomalii. Katastrofa wisi w powietrzu, stąd też niezbędna jest szybka reakcja ludzi i próba znalezienia rozwiązania w postaci nowej planety, która choć w minimalnym stopniu będzie przypominać Ziemię. W filmie reżyser przedstawia sytuację jednoznaczną; Matka Ziemia umiera, nie ma odwrotu, ludzkość musi szukać innych planet do zasiedlenia i zamieszkania. Dla krytyków „Interstellar” katastrofa Ziemi jest dość słabo wyeksponowana, a samo uzasadnienie eksploracji kosmosu w filmie nie jest przekonujące. Nie rozwodząc się zbytnio nad tym zarzutem warto przejść dalej. Ludzkość pod wodzą (a jakże!) NASA wysyła statek kosmiczny w celu znalezienia odpowiedniej planety nadającej się do zamieszkania. Misji przewodzi pilot NASA Joseph Cooper (fenomenalny w tej roli Matthew McConaughey) Naukowa narracja towarzyszy widzom od początku filmu – już na wstępie poruszone zostają takie kwestie jak prawo Murphy’ego, zdalne sterowanie drona czy system binarny (tzw. kod dwójkowy). Filmowcy odrobili też podstawową lekcję fizyki, która mówi, że w próżni dźwięk nie może się rozchodzić w znanej nam postaci ponieważ fale dźwiękowe potrzebują określonych substancji. Dodatkowym ciekawym elementem w filmie są dwa wojskowe roboty – TARS i CASE, z wbudowanym modułem „sztucznej inteligencji”

Jednak prawdziwa naukowa przygoda zaczyna się dopiero w przestrzeni kosmicznej, która skrywa w sobie wiele niespodzianek i ciekawych zagadek. Zrozumienie takich kwestii jak mechanika kwantowa czy ogólna teoria względności z pewnością przekracza możliwości wielu widzów. Niemniej jednak Nolan podchodzi z rezerwą do tego typu teorii naukowych i stara się w przystępny sposób przerzucić je na ekran, przynajmniej w takiej formie aby były one zrozumiałe dla masowego odbiorcy. Zabieg dość ryzykowny, ale w moim odczuciu udany. Jednym z najbardziej ekscytujących zagadnień współczesnej fizyki teoretycznej jest podróż w tunelach czasoprzestrzennych. Tunele te stanowią fascynujący przedmiot badań fizyki teoretycznej ponieważ poruszają kwestię podróży w czasie. Oczywiście takie koncepcje niosą ze sobą szereg problemów. Niektóre z nich zostały dość sprawnie spopularyzowane na ekranie filmowym np. w „Powrocie do przyszłości” gdzie główny bohater grany przez Michaela J. Foxa przenosi się do przeszłości i spotyka swoich rodziców. Jego pobyt tam wpływa na bieżące zdarzenia, co drastycznie zmienia perspektywę przyszłości. Matka bohatera odtrąca jego ojca i zakochuje się w nim czyli w swoim synu. Sytuacja ta rodzi paradoks – czy podróże w czasie mogą wpływać na przyszłość? Większość fizyków odrzuciła koncepcje podróży w czasie ponieważ, jak głosi współczesna nauka, przyczyna poprzedza skutek a nie na odwrót. Światowej sławy fizyk Stephen Hawking podniósł zarzut zwolennikom podróży w czasie – gdzie są turyści z przyszłości? Przecież nie widać ani też nie odnotowano ich obecności. W 1998 r. pierwszą postacią z naukowego środowiska, która zdecydowała się ponownie poruszyć zagadnienia podróży w czasie był wspomniany astrofizyk Kip Thorne, który wysunął hipotezę, że podróże w czasie są realne. Zdaniem Thorne’a tunel czasoprzestrzenny łączy obszary czasowe z różnych okresów tj. przyszłość z przeszłością, teraźniejszość z przeszłością itd. Niestety fizyka teoretyczna zdaje sobie sprawę, że stworzenie takiego tunelu wymaga niesamowitych nakładów energii, których z przyczyn technologicznych nie jesteśmy w chwili obecnej uzyskać. W „Interstellar” bohaterowie do przemieszczenia się wykorzystują czarną dziurę, a właściwie tzw. wormhole. Czym jest czarna dziura? Niechlubnym dzieckiem gwiazdy. Gwiazda z kolei jest dzieckiem grawitacji i syntezy jądrowej. Zapadnięcie się gwiazdy pod nieobecność reakcji jądrowych prowadzi do powstania czarnej dziury. Zapadnięta gwiazda, z której nie wydostaje się żadne światło jest triumfem grawitacji.

Stąd też podróż za pomocą czarnej dziury przedstawiona w „Interstellar” jest dość kontrowersyjnym założeniem ponieważ zgodnie z obecnym stanem wiedzy wszystko co wpadnie w czarną dziurę zostanie natychmiast zmiażdżone, zgniecione i zredukowane do pewnego stopnia. Nolan przyjął założenie, że czarna dziura owszem ma niszczycielską siłę, ale istnieje łut szczęścia, że zgniecenie nastąpi do pewnego momentu i uda się wyjść z drugiej strony owej czarnej dziury bez uszczerbku. Potwierdzają to fizycy m.in. Martin Rees i Kip Thorne, którzy nie wykluczają takiej możliwości. Podróżowanie w tunelach czasoprzestrzennych może być prawdą. W fizyce podobne rozumowanie obserwujemy przy analizie tzw. mostu Einsteina-Rosena. Sam Einstein uważał, że komunikacja między wszechświatami jest niemożliwa ponieważ statek kosmiczny wpadający w taki tunel zostałby zgnieciony. Najnowsze równania i obliczenia sugerują jednak, że tego rodzaju podróż jest możliwa, choć niewątpliwie wiąże się z pewnymi trudnościami. Prace nad modelem czarnej dziury w „Interstellar” robią wrażenie. Cały proces nadzorował Kip Thorne, którego model czarnej dziury jest tak idealny, że każdy kto choć trochę liznął tematu pętli czasowych i astrofizyki, nie odmówi mu profesjonalizmu.

W „Interstellar” zobrazowano koncepcje podróży tunelem czasoprzestrzennym za pomocą kartki i ołówka (podobny zabieg zastosowano w filmie „Event Horizon”). Aby skrócić podróż z punktu A do punktu B wystarczy zagiąć przestrzeń (kartkę) i między dwoma punktami utworzyć tunel (włożyć ołówek). Połączenie czarnej dziury z białą dziurą, której rezultatem jest tunel czasoprzestrzenny jest konstruktem czysto teoretycznym. Fizyka nie potwierdziła jeszcze tego rodzaju właściwości we wszechświecie. Wormhole czyli tunel czasoprzestrzenny pozostaje więc jedynie w sferze teoretycznej. Taki tunel zgodnie z założeniem skracałby czas podróży.  Aby doświadczyć takiej podróży niezbędne jest zaistnienie ściśle określonych właściwości.

Matematyk Roy Kerr udowodnił, że wirująca gwiazda o wyjątkowo dużej masie ulega spłaszczeniu tworząc swego rodzaju pierścień posiadający te określone własności. Wniosek Kerra jest zaskakujący, statek kosmiczny przelatujący nieopodal czarnej dziury względem osi jej obrotu może wyjść cało z takiej podróży. Promień światła okrążający czarną dziurę tworzy złudzenie przedmiotów w rzeczywistości nieobecnych. Wokół czarnej dziury Kip Thorne umiejscowił tzw. dysk akrecyjny czyli świecący pierścień. Jednak model Thorne’a, który przewidywał, że dysk akrecyjny będzie przypominał pierścienie Saturna nawalił. Z początku uważano, że to wada programu do tworzenia animacji. Nikt nie spodziewał się, że ów błąd programowy jest przełomowym odkryciem naukowym. Po wprowadzeniu danych do programu fragment materii znalazł się nad czarną dziurą a reszta pod nią, tworząc zupełnie inny obraz świecącego pierścienia niż zakładano na początku. Jest to chyba bodaj pierwszy przypadek aby podczas kręcenia filmu dokonano odkrycia naukowego.

W „Interstellar” załoga Coopera wpada do wormhola i skraca podróż w poszukiwaniu drugiej Ziemi, idealnej planty nadającej się do zamieszkania. Nauka nie wyklucza, że we Wszechświecie mogą istnieć planety zdatne do życia, których skład atmosfery może przypominać ziemską lub też na których może nawet istnieć życie.

Dalszym elementem naukowej przygody w filmie jest teoria względności i zastosowany paradoks bliźniąt. Ogólna teoria względności czyli teoria grawitacji jest wyjaśnieniem w jaki sposób rozszerzał się Wszechświat począwszy od Wielkiego Wybuchu. Fizycy są zgodni – grawitacja odgrywa kluczową rolę w rozwoju wszechświata. Zasada jest prosta – im szybciej się poruszamy tym wolniej płynie czas. Paradoksy czasowe takie jak spotkanie z rodzicami przed własnymi narodzinami to tylko przedsmak tego wszystkiego co oferuje film Nolana. Bohater grany przez Matthew McConaughey szuka idealnej planety dla przyszłych pokoleń, mając kilka opcji do wyboru musi szybko się zdecydować. Czas nagli i jest w tym momencie niezwykle ważny ponieważ, jak się dowiadujemy, jedna godzina spędzona na planecie to siedem lat życia na Ziemi. A ponieważ każdy z członków załogi kieruje się ludzkimi odruchami myśląc o swoich bliskich toteż chce jak najszybciej podjąć trafną decyzję. Pośpiech wynika więc z ludzkich emocji i uczuć. Cooper i Amelia (w tej roli urocza Anne Hathaway) wybierają planetę i zostawiają jednego z załogantów Romilly (David Gyasi) niedaleko czarnej dziury. Z punktu widzenia fizyki w filmie pojawia się pewien logiczny błąd. Dla pozostawionego Romilly’ego, przyjaciela głównych bohaterów, czas (o dziwo!) płynie podobnie jak czas na Ziemi, choć jak sugerują krytycy „Interstellar” czas ten powinien być nieco inny ze względu na to, że jego umiejscowienie wokół anomalii grawitacyjnej winno wykazywać wartości pośrednie. Nieudany wybór zmusza bohaterów do podjęcia kolejnej próby – planeta Edmundsa albo Manna. Obie mają obiecujące właściwości, a dane płynące od ludzi, którzy już na nich przebywają napawają optymizmem. Cooper decyduje się na planetę Manna, bohaterka grana przez Anne Hatheway idzie za głosem serca i chce lecieć na planetę Edmundsa. Po burzliwej wymianie zdań załoga decyduje się na planetę dr Manna. Niestety decyzja ta okazuje się nietrafiona, wiedziony na pokuszenie dr Mann nadaje fałszywy komunikat i przekłamuje dane. Bohaterowie znów tracą cenny czas. Dręczony wyrzutami sumienia Cooper decyduje się na ofiarność, przeprasza Amelię i stwierdza, że musi ona dołączyć do ukochanego, wyznacza kierunek na planetę Edmundsa. Sam licząc się ze śmiercią opada ku czarnej dziurze. Jest to jeden z najbardziej frapujących momentów w filmie. Co powinno stać się z Cooperem? Wedle wszystkich znanych nam praw fizyki taki skok ku czarnej dziurze z pewnością by go zabił. Grawitacja jest tam tak silna, że zostałby on dosłownie rozerwany. W momencie rozrywania statku kawałek po kawałku Cooper katapultuje się licząc na szybką śmierć. Przyjmując, że grawitacja nie uszkodziłaby naszego bohatera musiałby on zginąć w inny sposób np. zostałby unicestwiony przez rozgrzaną materię. Tutaj zarzut krytyków skupia się głównie na doradcy naukowym „Interstellar”. Dlaczego Kip Thorne pozwolił Nolanowi na tak nierealistyczny przebieg zdarzeń w tym fragmencie filmu? Z drugiej strony to co pozostaje za horyzontem zdarzeń może być przedmiotem reżyserskiej fantazji. Fizyk Stephen Hawking twierdzi, że wszystko co przekracza horyzont znajduje się w pułapce, to punkt z którego nie ma odwrotu. Aby wydostać się z powrotem Cooper musiałby przekroczyć prędkość światła. Wedle prawideł einsteinowskich jest to kompletnie niemożliwe. Ludzie i atomy podlegają ograniczeniu prędkości. Zdaniem Hawking horyzont czarnej dziury jest więzieniem bez wyjścia. Puszczenie informacji za horyzont ulega zatraceniu. Hawking był pierwszym badaczem, który zastosował do mechaniki kwantowej połączenie trzech wymiarów z wymiarem czasowym. Zunifikowany układ czasoprzestrzenny jest okraszony einsteinowską ogólną teorią względności. Opadający do czarnej dziury Cooper traci więc łączność z robotem TARS.

Udaje mu się jednak przeżyć, zostaje uwięziony w tesserakcie, który przypomina pokój z książkami. To ten sam pokój, który poznajemy zaraz na początku filmu, kiedy córka Coopera – Murph twierdzi, że w domu grasuje duch, który zrzuca książki z półek i płata figle. W tesserakcie każde zdarzenie umiejscowione jest w przestrzeni i określonej chwili. Czas zostaje przedstawiony jako wymiar fizyczny. Cooper odnajduje możliwość wpływania na czasoprzestrzeń, a za pomocą grawitacji jest w stanie przekazywać informacje. W scenie tej zastosowano ciekawy zabieg, przedstawiono właściwości fizyczne grawitacji, która potrafi przenikać wymiary i czas. Można mieć zarzut do Nolana, że streścił mechanikę kwantową do należącego do małej dziewczynki pokoju z książkami. Większość widzów w kinie była zażenowana tym rozwiązaniem, choć jak przypuszczam nie zrozumiała intencji reżysera.

W tesserakcie TARS podaje Cooperowi dane kwantowe przetłumaczone na długości fali, są one niezbędne do komunikacji. Niestety tylko Cooper będący w tesserakcie może spróbować wysłać informacje. W trakcie dyskusji z TARSem Cooper dostrzega, że ów otwarty tunel czasoprzestrzenny nie jest zasługą jakichś, jak wcześniej sądził, istot przychylnych ludzkości ale jest rezultatem działania samych ludzi z innej perspektywy czasowej. TARS przetwarza dane na kod binarny i umożliwia Cooperowi komunikację z córką. W tej scenie Nolan próbuje w przejrzysty sposób przedstawić jedno z najtrudniejszych zagadnień fizyki teoretycznej mianowicie problem nieskończoności i czasu. Aby rozwiązać ten problem Nolan ucieka się do miłości, która może być mostem łączącym, kluczem do komunikacji ponadczasowej. To oczywiście luźna interpretacja reżysera. Nolana wyraźnie ponosi tutaj fantazja. Uczucia jakie Cooper żywi jako ojciec do swojej córki uzewnętrzniają się kiedy Murph bierze zegarek do ręki. Cooper przekazuje córce przekształcone dane za pomocą Morse’a w postaci drgania wskazówek zegara. Dane te dotyczą tego co jest za horyzontem zdarzeń. Murph notuje je i opracowuje równania liczbowe, które w rezultacie ratują ludzkość.

W końcowej scenie obserwujemy jak Cooper odwiedza swoją córką w szpitalu, która biologicznie jest już babcią, a on sam jest obcy dla zgromadzonych tam potomnych, dzieci i wnuków Murph. Ta wzruszająca scena wbrew pozorom nie kończy filmu w pesymistyczny sposób, jest dokładnie odwrotnie. Podsumowując całe to niesamowite widowisko można odnieść wrażenie, że Nolan chciał złożyć hołd dla nieżyjącego już popularyzatora nauki Carla Sagana, którego idee wciąż inspirują cały świat nauki. Niezwykle cenne jest w filmie Nolana unikanie wątków metafizycznych i quasi-religijnych. Zastosowanie tego rodzaju narracji mogłoby spłycić film i zepchnąć go na meandry newage’owskich bredni. Na szczęście w filmie brak jest tego rodzaju akcentów. Kosmolog Martin Rees w jednym z wywiadów nie krytykuje „Interstellar” za luki i błędy w naukowości, to przecież film i nikt nie testuje na nim zasadności teorii naukowych. Można wiele zarzucić „Interstellar”, można być zniesmaczonym patosem i peanem na cześć podróży międzygwiezdnych, jedno zdaje się być jednak niewzruszone – cywilizacje albo wychodzą w kosmos albo giną. I chyba to w głównej mierze chciał przekazać Christopher Nolan w swoim filmie. Niestety patrząc na to z innej perspektywy, mamy tu na Ziemi tyle nierozwiązanych problemów, że trudno jest nie oprzeć się wrażeniu, że „Interstellar” to kolejna dość zgrabnie i przyzwoicie opowiedziana bajka. Ku pokrzepieniu serc rzecz jasna. 

Karol Mazur