Kinowa fizyka rzeczy niemożliwych

W science fiction odpowiednie proporcje nauki i fikcji to sprawa kluczowa. Fani science fiction cieszą się sławą odbiorców wyczulonych do granic absurdu na naukową nierzetelność. Uroczym przykładem jest historia klasycznej powieści „Pierścień” („Ringworld”) Larry’ego Nivena z 1970 r. Grupa fanów, a zarazem studentów Massachusetts Institute of Technology, dokonała inżynierskiej i astrofizycznej analizy opisanej w książce sztucznej planety. Wyniknęło z niej, że byłaby ona niestabilna. Autor – choć tego nie planował – napisał w odpowiedzi kontynuację powieści, w której wprowadzone już zostały niezbędne „poprawki inżynierskie”.
Dziś wielu recenzentów z lubością wypunktowuje „niemożliwe” aspekty scenariusza najnowszego filmu Christophera Nolana „Interstellar”. Ale czy można w ogóle powiedzieć, że coś jest tak naprawdę niemożliwe? Zabawmy się w adwokata diabła.
Każda godzina na tej planecie to siedem lat na Ziemi
Tło: w „Interstellar” grupa astronautów odwiedza szereg planet orbitujących wokół bardzo masywnych obiektów (w rodzaju gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury). Każdy tego typu manewr wykonywany jest dopiero po długim planowaniu, gdyż „każda godzina na powierzchni planety to 7 lat na Ziemi”. Ponieważ w niektórych recenzjach sugerowano, że jest to nieporozumienie, warto rozpocząć od wyjaśnienia: jest to rzeczywisty efekt przewidywany przez ogólną teorię względności i wielokrotnie potwierdzony obserwacyjnie.
Co ciekawe, występuje on również dla bardzo słabych pól grawitacyjnych. Dwa identyczne zegarki – z których jeden spoczywałby na powierzchni Ziemi, a drugi został umieszczony wiele milionów kilometrów od naszej planety – będą się różniły swoimi wskazaniami o jedną sekundę po upływie... 50 lat. Zegar pozostawiony na Ziemi będzie przy tym „młodszy”, czyli będzie wskazywał o jedną sekundę mniej. Zgadza się to ze scenariuszem „Interstellar”, w którym astronauci lądują na planecie znajdującej się w obszarze o silnym polu grawitacyjnym, a powróciwszy po zaledwie kilkugodzinnym pobycie, spotykają się na statku macierzystym ze swoim posiwiałym w międzyczasie towarzyszem. Po spełnieniu paru dodatkowych warunków – czemu nie?
Tunelem czasoprzestrzennym do obcej galaktyki
Tło: w filmie astronauci przeskakują do odległej galaktyki przez „tunel czasoprzestrzenny” (wormhole) – kulisty obszar, który stanowi bezpośrednie połączenie między dwoma odległymi miejscami w kosmosie.
Tunele czasoprzestrzenne pojawiły się pierwotnie jako obiekt matematyczny zgodny z jednym ze „składników” ogólnej teorii względności: równaniami pola Einsteina. Czasoprzestrzeń, w której występują tunele, jest poprawnym rozwiązaniem tego układu równań; innym tego typu rozwiązaniem jest np. rozszerzający się Wszechświat albo delikatnie zdeformowana czasoprzestrzeń wokół gwiazdy... A są to przykłady zupełnie realistyczne. Ze względów czysto matematycznych są one sobie całkowicie równoważne!
Tym, co różni Wielki Wybuch od tunelu czasoprzestrzennego, jest wyłącznie fakt, że dysponujemy dobrymi przesłankami obserwacyjnymi świadczącymi o realności Wielkiego Wybuchu, zaś nikt (jeszcze?) nie widział czasoprzestrzennego tunelu. W fizyce cząstek często mówi się o cząstkach „hipotetycznych” – taką cząstką jeszcze trzy lata temu był bozon Higgsa. Dziś jego istnienie jest potwierdzone doświadczalnie. Otóż tunel czasoprzestrzenny to właśnie „hipotetyczna” konfiguracja czasoprzestrzeni.
Hop do czarnej dziury
Tło: w filmie astronauta wpada do czarnej dziury, dokonuje w niej rzeczy zupełnie niewiarygodnych, a następnie wypada z niej, przebywszy – jak się wydaje – podróż w czasie, wracając do przeszłości.
Zacznijmy od rzeczy najpewniejszych. Po pierwsze, czarne dziury wydają się istnieć. Po drugie, przy bardzo dużych masach możliwe jest, że są one stosunkowo „łagodnymi” geometrycznie tworami, tj. nie występuje np. śmiertelne zgniatanie i rozciąganie wpadających doń przedmiotów. Z tego względu teoretycznie możliwe jest wpadnięcie do czarnej dziury i przeżycie – przynajmniej przez jakiś czas.
W sprawie cofania się w czasie trzeba się odwołać do ogólnej teorii względności, która stanowi „standardowe” źródło, do którego sięgają dziś naukowcy opisujący przepływ czasu. Otóż istnieją rozwiązania równań Einsteina, w których podróż w czasie jest możliwa! Jedno z pierwszych takich rozwiązań podał logik austriacki Kurt Gödel. Jeden z geometrycznych znaków rozpoznawczych „cofania się czasu”, który w teorii Einsteina określa się technicznie jako „zamknięte krzywe czasopodobne”, pojawia się też przy modelowaniu... czarnych dziur. Jeśli więc wierzyć matematyce, podróż w czasie – nawet jeśli nie da się jej sobie wyobrazić – przynajmniej da się wyrazić.
Czy coś jest niemożliwe?
Rzeczy „oczywiście niemożliwe” szybko stają się „oczywiście możliwe” – oczywiście. Fizyk Michio Kaku, autor książki „Fizyka rzeczy niemożliwych”, reprezentuje stanowisko na pozór bardzo odważne, choć właściwie zdroworozsądkowe: dopóki coś nie jest wyraźnie zakazane przez prawa fizyki, należy uznać, że jest możliwe. Do tego można by dodać, że nawet jeśli coś jest zakazane przez prawa fizyki, wciąż wypada uznać, że może być możliwe – nauka zmienia się przecież tak szybko!
Arthur C. Clarke, brytyjski autor science fiction, pozostawił nam świetną przestrogę: „Kiedy starszy, zasłużony naukowiec twierdzi, że coś jest możliwe, niemal na pewno ma rację. Kiedy natomiast mówi, że coś jest niemożliwe, najprawdopodobniej się myli”.
A sam film? Ee, naciągany.

DR ŁUKASZ LAMŻA jest filozofem, specjalizuje się w filozofii przyrody. Członek Centrum Kopernika Badań Interdyscyplinarnych. Autor książki „Przekrój przez Wszechświat” (Copernicus Center Press, 2014).