Княжев Владислав Юрьевич

юридический факультет МГУ, 201 группа

Дата семинара: 25 марта 2021

Семинар 3. Тема 3. Современная научная космология

Особенности восприятия обществом проблем освоения космоса

1. Опишите не менее 3 законов современной физики, которые могут быть корректно проиллюстрированы с помощью эпизодов выбранного вами фильма

Фильм «Гравитация» (2013, реж. Альфонсо Куарон) зарекомендовал себя как «драма о месте маленького человека в большом и необъятном космосе». Несмотря на то, что «Гравитация» – фантастика, с помощью ее эпизодов можно проиллюстрировать немало законов современной физики.

Самый очевидный закон физики, который авторы кинокартины подчеркнуто соблюдают в течение всего фильма, это правило, по которому звук не распространяется в космическом пространстве. Действительно, звуковая волна — это синхронное колебание атомов вещества относительно положения равновесия. Для распространения звука, очевидно, нужна материальная среда, поддерживающая эти колебания. В вакууме, в том числе в открытом космосе, звук распространяться не может просто потому, что в нем нет материальной среды¹ (ученые, однако, недавно установили, что звуковые колебания могут перескакивать из одного тела в другое через вакуумный зазор субмикронной толщины: этот эффект, получивший название «вакуумное туннелирование фононов», был описан сразу в двух статьях, опубликованных в последних выпусках журнала Physical Review Letters². Однако звуковая волна, которая перемещается через подобный «вакуумный тоннель», искривляется – и звук доходит некорректно). Именно поэтому создатели фильма рассказывают о том, что главная героиня полюбила космос «за тишину» (см. 0:6:32), выключают аудиодорожку в тех моментах, когда показывают открытые космические дали (см. 0:1:50), и заставляют героев общаться между собой при помощи специальных раций (см. 0:14:16).

Другой закон физики, который соблюдают авторы «Гравитации», заключается в том, что объекты, находящиеся внутри космического корабля на околоземной орбите, пребывают в невесомости. Опишу это явление (закон) более подробно. Дело в том, что если потеря высоты происходит с ускорением, близким к ускорению свободного падения, то опора (пол космического корабля) больше не мешает пассажиру падать (притягиваться к Земле). Космическому кораблю, двигающемуся по орбите с первой космической скоростью, мешает упасть на Землю сила инерции. Аппарат стремится двигаться по касательной к околоземной орбите, но земная гравитация постоянно «закручивает» траекторию движения – поэтому скорость корабля остается неизменной, а направление движение постоянно меняется. Поскольку и корабль, и космонавт движутся с одной и той же скоростью и с тем же самым центростремительным ускорением, космический аппарат не может выступать в качестве опоры, на которую давит вес человека³. Этот закон с высокой точностью показан в фильме «Гравитация»: когда героиня перемещается по российскому кораблю, а через некоторое время по китайскому кораблю, она находится в состоянии невесомости – впрочем, как и другие не закрепленные предметы (см. 0:57:11).

Я заметил, что в фильме соблюдаются так же известные современной физике законы оптики: закон отражения света («луч, падающий нормаль к отражающей по­верхности, и луч отраженный лежат в одной плоскости, причем углы между лучами и нормалью равны между собой»⁴) и закон преломления света («луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с нормалью к границе раздела»⁵). Соответствие сюжета картины физическим законам видно, например, в сцене, когда главный герой тянет женщину-ученого на буксире, разговаривает с ней и смотрит на нее через зеркало, когда она, находясь в полуобмороке из-за пониженного уровня кислорода, ведает ему о своей жизни. Главный герой может видеть женщину «в полный рост», он несколько раз обращается к зеркалу, закрепленному на руке, чтобы посмотреть на нее.

2. Опишите не менее 3 эпизодов (кадров) фильма, некорректных с точки зрения современных научных знаний. Опишите, какие изменения должны быть внесены в фильм, чтобы данный эпизод (кадр) был бы корректен с точки зрения современных научных знаний

Первый некорректный (противоречащий законам физики), на мой взгляд, эпизод фильма связан с моментом, когда главный герой Ковальски, обнаружив в открытом космосе дрейфующую героиню Сандры Буллок, прицепил ее к себе при помощи веревки, чтобы вместе с ней отбуксировать к космическому кораблю. Когда два тела стали соединены между собой тросом, получилась тросовая система, центр масс которой находился примерно в центре того троса, что их соединял. После включения силовых установок героем Джорджа Клуни вектор их тяги обязательно должен был быть направлен под каким-то углом к линии троса – это кроме поступательного движения должно было создать еще и вращающий момент. Выходит, что в реальности Ковальски и Стоун, соединенные натянутым тросом, должны были бы закрутиться в «вальсе», вращаясь вокруг общего для них центра масс в середине троса⁶. Чтобы описанный мною эпизод стал корректен с точки зрения современных научных знаний, герои фильма должна, соединившись в тросовую систему и придав себе движение с помощью реактора на костюме Ковальского, вращаться на месте. Однако так они точно не добрались бы до места назначения.

Второй эпизод, некорректный с моей точки зрения, встречается, когда Хьюстон сообщает скорость обломков, которые распространяются от места столкновения русского спутника с ракетой. Это «80 тысяч километров в час» (см. 0:13:28). Если мы переведем эту величину в километры в секунду, то убедимся, что 80 тыс. км/ч приблизительно равны 22,2 км/с. Такое значение скорости обломков в два раза превышает вторую космическую скорость. Эта параболическая скорость, или скорость убегания, является наименьшей скоростью, которую необходимо придать объекту, масса которого пренебрежимо мала относительно массы небесного тела, для преодоления гравитационного притяжения этого небесного тела. Вторая космическая скорость определяется радиусом и массой небесного тела, поэтому она своя для каждого небесного тела (для каждой планеты) и является его характеристикой. Так, для Земли вторая космическая скорость равна 11,2 км/с. Тело, имеющее около Земли такую скорость, покидает окрестности Земли и становится спутником Солнца⁷. Выходит, что если бы обломки спутников развили такую скорость, то улетели бы от Земли в пространство Солнечной системы. С такой скоростью обломки спутников не могут летать по орбите телескопа Хаббла⁸. Исправить эту ошибку можно без труда – достаточно просто сообщить космонавтам более маленькую скорость обломков, летящих на главных героев.

Третий эпизод фильма, который вызвал у меня сомнения, поскольку показался противонаучным, – это момент, когда после побега с МКС героиня С. Буллок должна была «пересесть» на китайский космический корабль. Пересадка должна была быть осуществлена без торможения, фактически она должна был выпрыгнуть «на ходу». Это практически невозможно в жизни: «Здесь работает так называемая формула Циолковского…: тело получает скорость, равную скорости истечения продуктов сгорания из двигателя, умноженную на логарифм отношения начальной массы к конечной, то есть той, что остается после израсходования топлива. Вот почему нужны большие ракеты, если нужно получить большую скорость – чтобы больше топлива истратить. В общем, нужно считать, но в целом лететь модуль будет очень быстро. Прыгать на такой скорости я бы не стал»⁹, – сказал в одном из интервью специалист ИКИ РАН. Чтобы сюжет стал более реалистичным героиня должна была подойти к космическому кораблю с более маленькой скоростью – например, как-нибудь затормозить.