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Quanto sono accurate le visualizzazioni dei wormhole in Interstellar?

Il tutorial o codice che vedrai in questo post è la soluzione più semplice e valida che abbiamo trovato a questa domanda o problema.

Soluzione:

In parole povere: i wormhole sono interamente speculativi, quindi si sono concessi un ampio margine di manovra. In particolare, hanno ideato una metrica del wormhole senza alcun meccanismo che spieghi come esisterebbe realmente (al di là di cenni mossi alla quinta dimensione); hanno inserito alcuni oggetti astronomici più o meno immaginari come sorgenti di luce; e a volte hanno modificato la luminosità e il colore per rendere le cose più interessanti. Ma date queste condizioni, le traiettorie dei fotoni sono state modellate in modo abbastanza accurato.

Ho sentito che hanno avuto dei fisici come consulenti durante la realizzazione del film.

Sì. In effetti, il premio Nobel Kip Thorne era la metà del team originale dietro il film, nonché produttore esecutivo e consulente scientifico del risultato finale, oltre che autore del libro. La scienza di Interstellar. È anche una delle massime autorità mondiali sulla teoria dei wormhole (tra le altre cose) e ha collaborato con il team degli effetti visivi per garantire che le immagini fossero essenzialmente coerenti con la fisica attualmente conosciuta, con qualche licenza artistica concessa per rendere le cose più belle. È disponibile un articolo con revisione paritaria qui (e un altro che potrebbe essere di interesse qui).

Thorne era uno dei miei supervisori di dottorato, e all'epoca era nelle prime fasi di sviluppo del film, così ho avuto modo di conoscere un po' il processo. Ricordo in particolare che disse che l'obiettivo era quello di presentare fenomeni fantastici, ma non specificamente proibiti dalla nostra attuale conoscenza della fisica.

Mi aspettavo di vedere immagini duplicate di cose vicine all'orizzonte del tunnel spaziale. Si suppone che, man mano che gli occhi si avvicinano all'orizzonte, sia possibile vedere un numero infinito di copie di cose su entrambi i lati del tunnel spaziale, anche se le copie diventano sempre più piccole.

Presumibilmente sono presenti immagini multiple, ma c'è così tanto da fare che è difficile accorgersene, oppure si vedono solo primi piani che in realtà non si estendono su più di una. Se osservo attentamente alcuni fotogrammi, riesco a convincermi che ci sono immagini multiple di certi oggetti, anche se naturalmente sono piuttosto distorte. È anche facile vedere l'anello di Einstein, con le stelle che vi girano intorno e che presumibilmente sono oggetto di lenti multiple, anche se è difficile individuare i punti di luce duplicati. Inoltre, il documento sullo sviluppo degli effetti visivi mostra e descrive immagini multiple in diversi punti. Ma il documento le illustra mostrando una scena dominata da Saturno, quindi è facile individuare le immagini multiple; ci sono così tanti elementi nebulosi che vengono stratificati nel film che è più difficile discernere cosa sia cosa. Inoltre, in un'altra parte del film, vediamo un buco nero con un disco di accrescimento, dove le immagini multiple sono chiaramente visibili.

Ora che ci penso, le cose non dovrebbero apparire tutte spostate verso il rosso e verso il blu in prossimità del wormhole?

Non sono sicuro di cosa intendi, ma non necessariamente. Ci sono certamente degli effetti, ma si noti anche che solo perché un fotone passa vicino a un orizzonte, non significa che finisca con un'energia significativamente diversa (e quindi con una modifica della sua lunghezza d'onda). Immaginate un fotone emesso da una stella lontana, che passa vicino a un buco nero ordinario (di Schwarzschild) e che sfugge per essere osservato da un osservatore lontano. Se la stella, il buco nero e l'osservatore sono sostanzialmente fermi l'uno rispetto all'altro, il fotone osservato avrà sostanzialmente la stessa lunghezza d'onda di quando è stato emesso - o se non fosse passato affatto vicino al buco nero - perché l'energia che ha guadagnato muovendosi verso il buco nero l'ha persa allontanandosi da esso. È possibile che il fotone guadagni energia netta se il buco nero ruota molto rapidamente o si muove molto rapidamente rispetto all'emettitore o all'osservatore.

Per quanto riguarda un osservatore che passa effettivamente vicino a un orizzonte (o che entra in un wormhole), è importante ricordare che anche l'osservatore viene influenzato. Per esempio, quando cade verso un buco nero, un osservatore è accelerato, il che significa che gran parte del blueshift che un fotone può ricevere sarà annullato dal redshift dovuto al movimento dell'osservatore.

se fossero realistici con i colori, potrebbero sembrare brutti.

È vero che non erano sempre scientificamente precisi con l'intensità e i colori, perché le versioni completamente accurate erano meno gradevoli esteticamente o più confuse. Questo aspetto è discusso nella sezione VI del documento. C'è anche un post informativo su questo argomento nel contesto del buco nero con il disco di accrescimento qui.

Credo che il fatto che le stelle sembrino stampate su una superficie 2D sia realistico. Sono tutte così lontane che non si vede alcuna parallasse, ma si vede una distorsione variabile nel tempo dovuta alla lente gravitazionale. Il vostro cervello probabilmente lo interpreterà come una superficie 2D. (Il cielo notturno sulla Terra sembra una sfera anche senza la distorsione temporale).

Sospetto che anche la mancanza di spostamento Doppler visibile sia giustificabile. Non può esserci un enorme Doppler perché sarebbe potenzialmente fatale. Se lo spostamento Doppler può essere limitato a un valore piccolo, allora probabilmente può essere limitato a un valore così piccolo da non essere visto - specialmente quando abbiamo a che fare con un flebotomo che può produrre magicamente qualsiasi geometria dello spaziotempo vogliamo.

Un wormhole attraversabile non è un buco nero. I buchi neri hanno geodetiche simili alla luce che girano intorno al buco arbitrariamente molte volte, creando infinite immagini di oggetti di sfondo, ma non credo che questo debba essere vero per un wormhole attraversabile.


Guardando il video di YouTube, però, vedo una serie di altri problemi.

A 0:25 un ragazzo dice "è una sfera" e un altro ragazzo dice "certo che lo è", e poi spiega che è un cerchio nell'analogia 2D con il pezzo di carta piegato, quindi è una sfera in 3D. Questa spiegazione è corretta, ma non c'è alcuna ragione per aspettarsi che il wormhole sia sferico, e c'è una buona ragione per aspettarsi che non lo sia: la simmetria sferica significa che qualsiasi percorso attraverso il wormhole deve passare attraverso la materia esotica e attraverso qualsiasi infrastruttura sia necessaria per tenerla al suo posto. Sarebbe più sensato avere una configurazione in cui la materia esotica è tenuta lontana dal percorso che si segue con la propria nave. L'unica ragione per cui Thorne et al. hanno ipotizzato una simmetria sferica nel documento è stata quella di semplificare la matematica.

In relazione a ciò, non sembra molto plausibile che tutto ciò che è necessario per mantenere il wormhole sia assolutamente invisibile (e apparentemente anche intangibile). Anche in questo caso si tratta solo di un'ipotesi semplificativa del documento, non di una proprietà prevista per i wormhole realmente percorribili.

Vengono mostrati mentre orbitano attorno alla bocca abbastanza rapidamente, ma poi una volta "dentro" sembrano non avere più un momento angolare significativo. Dubito che stiano seguendo una geodetica dello spaziotempo. Probabilmente si tratta di un percorso non geodetico che gli addetti agli effetti speciali hanno pensato di rendere eccitante.

A 2:34 c'è un improvviso lampo di luce, come se stessero entrando nel wormhole in quel preciso momento. Tutto dovrebbe essere graduale e continuo. Non c'è un orizzonte degli eventi in questo tipo di soluzione di wormhole attraversabile, né alcun altro confine ben definito tra l'esterno e l'interno. Anche se ci fosse un orizzonte, non succederebbe nulla in modo visibile, ma non c'è.

Inoltre, in quel momento, sembra esserci una distorsione visibile della nave stessa. Una distorsione del genere non è un effetto ottico innocuo, sarebbe come prendere una palla da demolizione sulla nave. Il punto centrale di queste soluzioni di wormhole è che non hanno alcuna distorsione locale significativa.

Quando sono all'interno ci sono effetti simili a fulmini che probabilmente non sono motivati da alcuna fisica reale.

A 2:58 un ragazzo dice "stiamo attraversando la massa". Non c'è nessun "bulk" nel wormhole di Thorne et al. Lo spaziotempo della relatività generale non è inserito in uno spazio piatto di dimensioni superiori. Se stanno parlando di un modello di brane-world o di qualcosa del genere in cui c'è uno spaziotempo a più alte dimensioni, non sarebbero comunque più "nella massa" di quanto non lo siano di solito. I protoni e gli elettroni di cui sono fatti sono attaccati alla crusca.e; non possono lasciarla. (Né possono vedere la massa, dato che anche i fotoni sono attaccati alla crusca).

Lo stesso tizio dice che "i controlli non funzionano qui". Ancora una volta, lo spaziotempo nel wormhole è lo stesso dello spaziotempo in ogni altro luogoe; Questo è il punto, questo è ciò che lo rende sicuro da attraversare. Gli strumenti potrebbero essere un po' confusi, ma potrebbero comunque accendere i loro propulsori, o qualsiasi cosa quel tizio stesse cercando di fare.

A partire da 3:16 c'è una macchia di distorsione ottica all'interno della nave (e in qualche modo perfettamente ferma rispetto ad essa). Un astronauta dice "distorsione dello spaziotempo" e credo che si debba supporre che abbia ragione. Un altro astronauta allunga la mano per toccare la distorsione; questo non è plausibile, perché nessuno è così stupido da fare una cosa del genere e non avrebbe i requisiti per essere un astronauta. Le sue dita si distorcono visibilmente (di una quantità enorme). Non c'è modo che qualsiasi cosa stia piegando la luce a tal punto non possa anche spezzare o schiacciare o triturare le sue dita.

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