Interstellar Gösterimde >> Sizlere filmdeki görsel efektlerin fiziğini anlattım

Geçen hafta sinemalara gelen Interstellar tartışmasız dünyanın en gerçekçi bilimkurgu filmi. Çünkü solucandelikleriyle zamanda yolculuk konusunu araştıran fizikçi Kip Thorne, filmin hem danışmanlığı hem de yapımcılığını üstlendi.

Peki Interstellar gerçekte ne kadar gerçekçi? Önceki yazılarda solucandeliği fiziğini ele aldık. Bu yazıda ise Interstellar’daki görkemli sahnelerin fiziğini anlatıyoruz.

 

 

Dahi yönetmen

İngiliz film yönetmeni ve senarist Christopher Nolan’ın son filmi Interstellar 7 Kasımda 2014’te gösterime girdi. Nolan 2010 tarihli Başlangıç (Inception) filmiyle sinema seyircisinin aklını başından almıştı, ama Türkçeye Yıldızlararası Yolculuk olarak çevirebileceğimiz Interstellar ile kendini aştı.

Interstellar sadece çarpıcı görsel efektleriyle dikkat çekmiyor. Aynı zamanda nötron yıldızları, kendi çevresinde dönen kara delikler, solucandelikleri ve zamanın genişlemesi gibi bilimsel gerçeklere dayanıyor. Ancak filmin bir dezavantajı var: Filmdeki sahneleri iyi anlamak için astronomi ve teorik fizik alanında temel bilgi sahibi olmak gerekiyor.

 

 

Interstellar-2Evren’in keşfi

Filmde astronotlar solucandeliği tüneliyle uzayda ışıktan hızlı yolculuğa çıkarak başka bir galaksiye gidiyor. Bu galaksideki yabancı yıldız sisteminde güneş yerine parlak bir kara deliğin etrafında dönen yaşanabilir bir dünya buluyorlar (aslında söz konusu kara delik filmdeki solucandeliğinin öbür ucunu oluşturuyor).

Ancak, filmde ışıktan hızlı yolculuğa ek olarak zamanda yolculuk konusu da işleniyor. Şansımıza fizikte bütün konular basit temellere dayanıyor ve kafa karışıklığını önlemek için bunları dikkate almak yeterli. İşte size “Interstellar”ı anlamak için gereken on temel fizik konsepti:

 

 

1) Yapay Çekim

İnsanların uzun süreli uzay yolculuklarında karşılaştığı iki temel sorun var: Uzayda yerçekimi yokluğundan kaynaklanan kas ve kemik erimesi sorunu ile kozmik ışınlardan kaynaklanan zararlı radyasyon sorunu. Aynı durum Interstellar astronotları için de geçerli.

Bilim adamlarının bu sorunu aşmak için uzay aracında yapay çekim üretmesi gerekiyor. Bunun en basit yolu da uzay gemisinin kendi etrafında dönmesini sağlamak ve merkezkaç kuvvetiyle yapay yerçekimi oluşturmak. Aslında bunu çaycılar bizden iyi biliyor: Çay tepsisini hızla çevirirken, merkezkaç kuvveti bardakların yere düşmesini önlüyor.

 

 

Interstellar-WormholeFilmde bu yöntem kullanılıyor. Merkezkaç kuvveti ile astronotlar ve eşyalar uzay gemisinin duvarlarına yapışıyor. Biz de kendimizi Dünya’da yürür gibi hissediyoruz, deyim yerindeyse uzayda bir “ağırlığımız” oluyor.

Bunu gerçek hayatta da biliyoruz: Otomobillerin keskin virajda savrulması, motosikletlerin virajda yan yatması, sağa dönen araba koltuğunda sola yapışmamız, çayı karıştırırken sıvının çay bardağının kenarlarında yükselmesi ve pistte kollarını kavuşturarak dönüşünü hızlandıran buz patencileri merkezkaç kuvvetine birer örnektir.

 

 

2) Dönen kara delik

Kara delikler uzayda önüne gelen her şeyi yutar, ışığı bile. Bu durumda nasıl olur da yaşanabilir bir gezegen kara deliğin etrafında dönebilir? Üstelik kara delik nasıl olur da güneş gibi ısı ve ışık saçarak bu gezegene hayat verir? Filmde bütün bunlar var ve bu soruları tek tek yanıtlayalım.

Evet, kara delikler kendine çok yaklaşan bütün cisimleri yutuyor. Ancak, kara delikler sadece kendine çok yaklaşan cisimleri yutuyor. Kara deliğe düşerseniz dışarı çıkamazsınız, ama kara deliğe güvenli bir uzaklıktaysanız kaçıp kurtulabilirsiniz. Aynı sebeple bir gezegen kara deliğe yeterince uzak bir yörüngede güvenle dönebilir.

 

 

Asıl sorun başka

Şimdi kara deliklerin karanlık olduğu halde nasıl ışık saçtığına bakalım: Kara delikler ışığı yutacak kadar güçlü bir çekim alanına sahip, ancak kara deliklerin ışığı yutması için ışığı oluşturan fotonların kara deliğe çok yaklaşması gerekiyor. Sonuç olarak ışık da tıpkı bir gezegen gibi kara deliğe güvenli uzaklıkta yörüngeye girebilir. Işık da kara deliğin çevresinde uydu gibi dönebilir!

Fragmanlarda gördüğümüz ve uzaydaki dev bir göze benzeyen parlak şekil aslında kendi çevresinde dönen bir kara delik. Resimdeki gözün parlak kenarları da kara deliğin çevresinde dönen (!) ışık halkalarından oluşuyor.

Kendi çevresinde dönen bir kara delik uzayı özel bir şekilde büküyor ve kara deliğin çevresini saran ışık halkalarını görmemizi sağlıyor. Aslında, filmde kara deliğin çevresinde bir süre döndükten sonra kara delik tarafından yutulmadan uzaya kaçmayı başaran ışık ışınlarını görüyoruz.

 

 

97593) Işık saçan kara delik

Ancak bir de kara deliğin, “gözün” ortasından geçen ve Satürn’ün halkalarına benzeyen birikim diski var. Peki bu disk nasıl oluşuyor?

Kara deliğin uzaydan emdiği gazlar (merkezkaç kuvvetinin etkisiyle) kara deliğin ekvator düzleminde yörüngeye giriyor ve sarmallar çizerek kara deliğin içine düşen bir disk oluşturuyor. Buna birikim diski diyoruz, ancak bu disk çok hızlı dönüyor. Kara deliğe yakın kısmının dönme hızı neredeyse ışık hızına ulaşıyor.

Birikim diskindeki madde çok hızlı döndüğü ve bu süreçte atomlar birbirine şiddetle sürtündüğü için aşırı ısınıyor. Böylece kara deliğin etrafında parlak bir halka oluşturuyor. Bu da bizi yukarıda değindiğimiz asıl soruna getiriyor: Radyasyon sorununa.

 

 

Einstein-Rosen Rainbow-Bridge-Antahkarana-worm-holeÖlümcül radyasyon

Kara deliğin çevresinde yörüngeye giren ışık halkalarına ek olarak, ekvator düzlemindeki parlak birikim diski de güneş gibi ışık saçıyor. Ancak maddenin sarmallar çizerek düşmesini ve bu süreçte ışık saçmasını kara deliğin kendi çevresinde dönmesine borçluyuz. Dönmeyen bir kara delik bu tür bir birikim diski oluşturmazdı.

Milyonlarca derece sıcaklıktaki birikim diski aynı zamanda termonükleer bomba gibi X-ışınları da saçıyor. X-ışınları her ne kadar gama ışınları kadar enerjik olmasa da dünyadaki canlıları öldürecek kadar zararlı. Radyasyon tehlikesi bir yana, kara deliğin çevresinde dönen bir gezegenin hayatın gelişmesi için yeterli ısı ve ışık alması imkansızdır. Filmin en zayıf yanlarından biri bu.

Filmdeki gibi madde yutan aktif kara delikler zararlı X-ışınları saçıyor. Böyle bir kara deliğin çevresinde hayata elverişli bir gezegen bulmak imkansız, ama fizikçi Kip Thorne’u danışman olarak suçlamayalım. Belki bu film yüzde 100 gerçekçi değil, fakat o kadar gerçekçi olsaydı iyi bir hikaye çıkmazdı.

 

 

NASA_black_hole24) Zaman genişlemesi

Kara delikler gibi güçlü çekim alanları yaratan gökcisimleri, Evren’in dokusunu oluşturan uzay-zamanı büküyor. Işık da bükülen uzayda daha uzun bir yol izliyor. Bu olgu zamanın yavaşlamasına yol açıyor. Bunu anlamak için uzay-zamanı bir kumaş gibi düşünebiliriz.

Kara delikler bu kumaşta derin bir çukur, pratikte dipsiz birer kuyu oluşturuyor. Şimdi iki nokta arasındaki en kısa çizginin doğru olduğunu düşünün. Oysa tıpkı yatağa oturduğunuzda şiltenin çökmesi gibi, bükülen uzayda da iki nokta arasındaki mesafe uzuyor. Işık bükülen uzay-zamanda daha uzun bir mesafe kat ediyor ve bu da zamanın yavaşlamasına yol açıyor.

 

 

time-travelIşığın izlediği yolun uzaması, yani ışığın bükülmesi ile zamanın yavaşlaması arasında ne tür bir ilişki var derseniz şunu hatırlamak gerekiyor: Işık hızı boşlukta sabittir. Bu sebeple ışık hızı Evren’deki hareketin, yani ister uzayda olsun ister zamanda, Evren’de bir yerden bir yere gitmenin temel ölçüsüdür.

Uzay-zaman bükülse de ışık hızı değişmediği için biz bunu uzayda mesafelerin uzaması ve zamanın yavaşlaması olarak algılıyoruz. Zamanı da uzayın dokusunda geometrik bir düzlem olarak gösterebiliriz. Fizikçiler bu olguya zamanın genişlemesi diyor, yani zamanın kat ettiği yolun uzaması.

 

 

5) Zamanda yolculuk

Solucandelikleriyle zamanda yolculuğu ve uzayda ışıktan hızlı seyahati iki ayrı yazıda anlattık. Ancak Interstellar filmi için birkaç basit noktayı aklımızda tutabiliriz:

 

1) Kara delikler uzay-zamanı büküyor ve bu da zamanın yavaşlamasına yol açıyor.

2) Kendi çevresinde dönen kara delikler uzay-zamanı burgu şeklinde bükerek zamanda yolculuğa izin veriyor (Popular Science Türkiye Ekim 2014 sayısındaki Zaman Paradoksu yazısına göz atabilirsiniz).

3) Kara delikler sadece uzay-zamanı bükmekle kalmıyor. Sahip oldukları güçlü kütleçekim kuvveti ile uzay-zaman kumaşında gerçek birer delik açıyor.

4) İki kara deliği birbirine bağlarsak bir “solucandeliği” oluşuyor.

5) Solucandelikleri uzayda ve zamanda yolculuk etmemizi sağlayan tünellerdir. Solucandelikleri tıpkı Bolu tüneli gibi uzaklara kısa sürede ulaşmamızı sağlıyor, çünkü dağın etrafından dolaşmak yerine içinden geçiyoruz.

6) Bir solucandeliğinin ucunu sabit tutar ve diğer ucunu ışık hızına yakın bir hızda hızlandırırsak tünelin şekline göre geçmişe veya geleceğe yolculuk edebiliriz.

 

 

me3-normandy-e13316178853136) Işıktan hızlı yolculuk

Solucandeliklerinin içine girsek bile ışıktan hızlı gidemeyiz. Fizikçi Michio Kaku’nun dediği gibi Einstein Evren’in nihai trafik polisidir. 🙂 Görelilik teorisi uyarınca ışıktan hızlı gitmemiz imkansız.

Dolayısıyla solucandeliği tünelinde giderken normal hızda gidiyoruz ama adımlarımız büyüyor. Dışarıdaki uzaya göre solucandeliğinin içinde öyle uzun adımlar atabiliriz ki uzayda ışık hızını aşmadan ışıktan hızlı yolculuk etmiş oluruz.

 

 

intermskstellar_a7) Geçmişe yolculuk

Kip Thorne’un 2009 tarihli makalesinde belirttiği gibi geçmişe yolculuk etmek, özünde Evren’in gelecekteki halini geçmişe taşımak anlamına geliyor. Oysa fizikte enerjinin korunumu yasası, enerjinin tümünün işe çevrilemeyeceğini gösteren termodinamik yasaları ve enformasyonun korunumu ilkesi, hiçbir şeyin mükemmel kopyasını çıkaramayacağımızı söylüyor.

Fizikte buna klonlamanın yasak olması teoremi ya da kusursuz klonlama yapılamaz önermesi diyoruz. Zaman makinesi ile örneğin zaman makinesi olarak çalışan bir solucandeliği ile geçmişe gidebilseydik, aslında kendimizle birlikte Evren’in geleceğini geçmişe kopyalamış olurduk.

 

 

Belki otuz yıl önceki çocuk halimizle şimdiki halimiz farklı, ama Evren’deki toplam enerji miktarı değişmiyor ve bu açıdan bakacak olursak Evren’deki parçacıklar biz ölüp toprak olduktan sonra da değişmeden kalacak.

Bu sebeple geçmişe gitmek pratikte imkansız; çünkü geçmişe gitmek Evren’in toplam enerjisini arttırmak, yani yoktan enerji üretmek anlamına geliyor. Bu da bütün zaman makinelerinin çalıştığı anda patlayarak bizi yok edeceğini gösteriyor ki filmin en zayıf yanı bu (bkz. Popular Science Türkiye Kasım 2014 sayısındaki ışınlama yazısı).

 

 

screen shot 2014-11-05 at 3.20.59 pm.png8) Solucandelikleri

Solucandelikleri uzay-zamanda birbirine bağlı iki veya daha fazla kara delikten oluşuyor. Oysa kara deliklerin merkezinde kütleçekim kuvvetinin şiddeti sonsuza yaklaştığı için (buna tekillik diyoruz) kara deliklerin içine düşen her şey yok olacaktır.

Solucandelikleri ise normal kara delikleri dar bir tünelle birbirine bağlıyor. Öyle ki astronotlar bu tünellerin içinde ölümcül kütleçekim kuvvetine maruz kalmadan yürüyebilirler.

Ancak Evren’de kütle itim kuvveti yok, bunun yerine kütleçekim kuvveti var. Uzayda bütün cisimler birbirini çekiyor. Solucandeliği oluşturmak içinse karşı çekim, yani kütle itim kuvveti yaratmamız gerekiyor.

 

 

NE9AloH4qCQocf_1_6Peki, kütleçekim kuvvetini yenerek kara deliklerin ağzını nasıl açık tutabilir ve böylece bir solucandeliği tüneli açabiliriz? Elbette negatif enerji (daha doğrusu negatif basınç) ile! Kütleçekim cisimleri birbirine çeken pozitif enerji ise kütle itim de cisimleri birbirinden uzaklaştıran negatif basınçtır.

Yalnız bir sorun var: Evren’deki toplam enerji miktarı değişmiyor. Tıpkı nötr bir atomun pozitif yüklü protonları ile negatif yüklü elektronlarının birbirini sıfırlaması gibi Evren’in toplam enerjisi de sıfırdır.

Uzayın genişlemesine yol açan negatif enerji (aslında negatif basınç) ile kara delikleri oluşturan pozitif enerji birbirini dengeliyor (aslında bu denge birkaç milyar yıl önce bozuldu. Karanlık enerjinin kaynağı olarak düşündüğümüz negatif basınç Evren’in hızlanarak genişlemesine yol açıyor).

 

 

048Bu yarışı kazanamayız

Şimdi de NASA’nın ışıktan hızlı yolculuk için geliştirmek istediği warp sürüşü yazısında anlattığımız Casimir etkisinden yola çıkarak, solucandeliklerinin ağzını açık tutan bir negatif basınç alanı oluşturduğumuzu düşünelim.

Evrenimiz toplam enerji miktarını korumak için buna asla izin vermeyecektir! Solucandeliğinin ağzında, deliği hemen büzüp kapatan güçlü bir pozitif enerji alanı oluşacaktır (solucandeliğini kara deliğe dönüştürmeye çalışan güçlü bir kütleçekim alanı).

 

 

st_diagramÜstelik enerjinin tamamını işe dönüştüremiyoruz. Enerjinin bir kısmı uzaya ısı halinde kaçarak ziyan oluyor. Bu sebeple negatif basıncın tamamını asla kullanamayız. Aynı nedenle pozitif enerji, solucandeliği oluşturma işinin daha ilk saniyesinde negatif basınca üstün gelecek ve solucandeliğini hemen kara deliğe dönüştürecektir.

Kısacası, solucandeliğinin ağzını açık tutmak ve uzayda ışıktan hızlı yolculuğa veya zamanda yolculuğa izin veren bir tünel açmak bildiğimiz kadarıyla imkansız. Filmin en zayıf yanı da bu.

 

 

9) Beş boyutlu uzay

Son olarak filmde bahsi geçen beş boyutlu uzaydan söz edelim. Normalde uzay üç boyutlu: Uzunluk, genişlik ve yükseklik boyutları var. Bu bağlamda, doğayı anlamak isteyen isteyen bilim adamları atomaltı dünyayı açıklayan kuantum fiziği ile gözle görülür dünyayı açıklayan; yani atomlar yerine yıldızları yöneten kütleçekim kuvvetini birleştirmeye çalışıyorlar.

Oysa fizikçiler üç uzay ve tek zaman boyutuyla toplam 4 boyutlu olan bir Evren’le sınırlı kaldıklarında bunu başaramıyorlar. Öte yandan, Evren’i 5 boyutlu veya daha iyisi 11 boyutlu olarak düşündüklerinde tutarlı bir kuantum kütleçekim kuramı geliştirebiliyorlar (süpersicim teorisinde olduğu gibi).

Diyeceksiniz ki uzayda üç boyut görüyoruz ama diğer boyutlar nerede? Bilim adamları uzaydaki 7 ek boyutun göremeyeceğimiz kadar küçük mesafelerde kıvrılıp kaldığını düşünüyor. Bu nedenle fizikçiler Evren’in zaman boyutuyla birlikte toplam 11 boyutlu olduğunu gösteren matematik modelleri geliştirdi. Nitekim 11 boyutlu bir Evren’de kuantum fiziğini görelilik teorisiyle birleştirebiliyoruz. Kuantum kütleçekim kuramı, ışıktan hızlı warp sürüşünün ve zamanda yolculuğun mümkün olup olmadığını gösterebilir.

 

 

BRITAIN CINEMAMacera yeni başlıyor

Interstellar filminin senaryosunda açıklanmayan başka problemler de var. Örneğin, astronotların solucandeliğinin yarattığı güçlü gelgit dalgalarıyla parçalanmadan tünele girmeyi nasıl başardığı detaylı anlatılmamış.

Siz de filmde merak ettiğiniz diğer bilimsel konuları sayfanın altındaki yorumlar köşesinde sorabilirsiniz. Yeni yazılarda karanlıkta kalan diğer noktaları açıklamaya çalışacağım (filmdeki önemli hatalardan birini bakalım ilk kim fark edecek? 🙂 ).

Bu arada sevgili Fundalina, Interstellar filminin harika bir ön incelemesini yazmış. Filme henüz gitmediyseniz okumanızı tavsiye ederim. Görüldüğü kadarıyla, Hollywood gerçekçi olmayan yapımların pek beğenilmediğini anlamaya başladı. Interstellar’ın bu bağlamda “Gerçekçi filmler iyi satar mı?” sorusunu cevaplamaya yönelik bir deneme olduğunu sanıyorum. Yapay Zeka’yı ele alan Her ve Transcendence’dan sonra kaçırmayın derim.

 

 

Interstellar filminin 3. fragmanı

 

 

21 Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*