🌠 🔻 🈴 ¿Cómo podría funcionar una nave espacial extraterrestre? 🗺️ 📥 🚵

La historia de la película "Llegada" (sin spoilers), contada por el asesor científico de la película, Stephen Wolfram

Ponerse en contacto con Hollywood

"Un escenario interesante", dijo uno de nuestro equipo de relaciones públicas [en Wolfram]. Ya estamos acostumbrados a recibir solicitudes de compañías cinematográficas para mostrar nuestros gráficos o pósters o libros en películas. Pero esta vez fue diferente: nos preguntaron si podíamos crear rápidamente cosas realistas para un gran proyecto de película de ciencia ficción de Hollywood, que estamos a punto de comenzar a filmar.

En nuestra empresa, las tareas inusuales generalmente terminan en mi bandeja de entrada. Dio la casualidad de que gracias a una combinación de relajación e interés profesional, vi casi todas las películas principales de NF en las últimas décadas. Pero basado en el título de trabajo "La historia de tu vida", ni siquiera podía entender si sería una película de NF y de qué se trataría.

Luego, cuando supe que la película trataba sobre el primer contacto con extraterrestres, dije "por supuesto que leeré el guión". Y sí, el guión fue interesante. Sofisticado pero interesante. No estaba muy claro para mí si la película sería más sobre NF o sobre el amor. Pero realmente había referencias interesantes a la ciencia en él, aunque estaban mezcladas con tonterías sin sentido, y ocasionalmente había errores científicos.

Al ver películas de NF, a menudo me siento molesto, pensando: "Alguien gastó $ 100 millones en una película y cometió errores científicos tan terribles que sería tan fácil de solucionar si le preguntara a la persona adecuada". Así que decidí que, aunque estoy muy ocupado, necesito participar en lo que ahora se llama "Llegada" y contribuir al enfoque científico tanto como sea posible.

Creo que hay varias razones por las cuales las películas de Hollywood no tienen un enfoque científico adecuado. En primer lugar, los cineastas no sienten el trasfondo científico de sus pinturas. A nivel familiar, pueden darse cuenta de que algo anda mal, pero en el caso del enfoque científico, su conocimiento no es suficiente. A veces llaman a la universidad local y piden ayuda, pero a menudo se envían a un académico altamente especializado, cuya ayuda radica en decirles que toda su historia está equivocada. Por supuesto, seguir la ciencia con mayor frecuencia no afecta en gran medida el éxito de la película. Pero me parece que ese seguimiento puede ayudar a convertir una buena película en una excelente.

Nuestra empresa tiene experiencia trabajando con Hollywood, por ejemplo, escribimos todas las matemáticas para seis temporadas de la serie de televisión Numb3rs. Personalmente, no estaba involucrado en películas antes, pero muchos de mis amigos trabajaban en las películas. Jack Horner trabajó en Jurassic Park , con el resultado de que respalda casi todas las teorías paleontológicas, incluidas las que resultaron ser falsas. Kip Thorne (conocido por el reciente triunfo de la detección de ondas gravitacionales ) fue la principal fuerza detrás de Interstellar . Hizo los efectos originales para el agujero negro usando Mathematica. Antes de él estaba Marvin Minsky , un ex consultor en la película " Space Odyssey 2001 " , y Ed Fredkin , quien se convirtió en el modelo del excéntrico Dr. Falken en "Juegos de guerra ". También está Manjul Bhargava , quien ha estado tramando la idea de la película" The Man Who Knew Infinity "durante diez años , y que siguió las matemáticas durante la filmación. Todas estas personas estuvieron involucradas en hacer películas en una etapa muy temprana. Pero decidí que si me uno a la película al comienzo de la filmación, tendré una ventaja: sabré lo que es probable que haga la película. Al mismo tiempo, mi papel era comprensible, solo tenía que igualar la ciencia en la película. Ni siquiera tuve que pensar difícil cambiar algo serio en la trama. Breathe La historia de 1998 fue Ted Chiang

] Pero el concepto de historia era complejo, originado a partir de una idea bastante técnica de la física matemática, y no fui el único sorprendido de cómo se podría hacer la película sobre esto. Pero aquí está frente a mí, un guión de 120 páginas que contiene un poco de ciencia de la historia original, y agrega muchas otras cosas. Y me puse a trabajar, comentando, dando consejos, sugiriendo correcciones, etc.

Unas semanas después

Mi hijo Christopher y yo llegamos al plató de cine en Montreal. En el gran pabellón de al lado, se está filmando la próxima película de la serie X-Men . En "Llegada" el pabellón es más modesto. Llegamos allí en un momento en que el grupo está filmando una escena en un helicóptero. No vemos a los actores, pero vemos lo que sucede en el monitor con un par de productores y otras personas.

Lo primero que escucho es "He preparado una lista de preguntas [para extraterrestres], comenzando con algunas secuencias binarias ...". Y pienso: “¡Guau, eso es lo que sugerí! ¡Genial! Pero luego viene una nueva toma. Y el cambio de texto. Y más duplicados. Y sí, el diálogo ya suena mejor. Pero el significado no es el mismo. Y entiendo que será más difícil de lo que pensaba. Muchos compromisos. Muchas dificultades Afortunadamente, al final, la película resultó ser un buen diálogo y el significado correcto.

Después de un tiempo, se anuncia un descanso en la filmación. Estamos hablando con Amy Adams , interpretando a un lingüista que se comunica con extraterrestres. Durante un tiempo acudió a un profesor local de lingüística y habla con entusiasmo sobre cómo el lenguaje fuertemente utilizado define el pensamiento, y este tema, como desarrollador de lenguaje informático, me ha interesado durante mucho tiempo. Pero los productores quieren que hable con Jeremy Renner , un físico. No se siente a gusto, y vamos con él a la "carpa científica", construida para filmar, y pensamos en buenos detalles visuales.

Escribir un código

El guión ofrece muchas posibilidades para crear escenas interesantes. Pero, a pesar del hecho de que estaría interesado en crearlos, no tuve tiempo para esto. Afortunadamente, mi hijo Christopher, un programador rápido y creativo, se interesó en esto. Al principio pensamos enviarlo a trabajar en el acto, pero como todavía era muy joven, comenzó a trabajar de forma remota.

Su estrategia era simple: "si realmente lo hiciéramos, ¿qué análisis y cálculo haríamos?" Teníamos una lista de sitios de aterrizaje alienígenas: ¿cuál es el patrón para su selección? Tenemos la forma geométrica de una nave espacial, ¿qué significa? Tenemos un texto "escrito" por extraterrestres, ¿qué significa?

Los cineastas le dieron a Christopher datos en bruto, como en la vida real, y él trató de analizarlos. Y convirtió cada pregunta en diferentes versiones de código y visualizaciones para Wolfram Language .

Christopher sabía que a menudo el código del programa de las películas no tiene sentido (sobre todo, independientemente del contexto, a los cineastas les gustan las fuentes nmap.c en Linux). Pero quería hacer un código significativo que realmente analice lo que está sucediendo en la película.

La versión final de la película incluyó una mezcla del código creado por Christopher, algunos de sus derivados y textos agregados por separado. A veces puedes ver el código. Por ejemplo, hay una toma interesante con un análisis de la escritura de extraterrestres, donde puede ver un código de Wolfram Language bastante elegante en el cuaderno Wolfram Language. Y el código especificado hace exactamente lo que se indica en el cuaderno. Este es un código real con cálculos reales.

Teoría del viaje interestelar

Cuando vi el guión por primera vez, me di cuenta rápidamente de que para obtener un asesoramiento coherente, necesitaba desarrollar una teoría científica coherente de lo que estaba sucediendo. Desafortunadamente, hubo muy poco tiempo; al final, básicamente tuve una tarde para inventar una forma creíble de viaje interestelar. Aquí está el comienzo de un comentario que escribí para cineastas esa noche (no lo traigo en su totalidad para que no haya spoilers):

Todos estos detalles físicos en la película no estuvieron directamente involucrados. Pero para dar consejos coherentes sobre el guión, fue útil pensar en todos ellos. Y también condujeron a diferentes diálogos, sonando bastante ciencia ficción. Aquí hay algunas frases que no se incluyeron (quizás para mejor) en la versión final. "Toda la nave se mueve en el espacio como una partícula cuántica gigante". "Los extraterrestres deben estar manipulando toda la red de espacio-tiempo en una escala de Planck". "La turbulencia espacio-temporal se crea alrededor de la cubierta del barco". "Como si la cubierta del barco constara de átomos de un número infinito de tipos, y no solo de los 115 que conocemos" (esta frase debería referirse a un rayo láser reflejado desde la cubierta del barco en forma de arcoíris). Para un "científico real" como yo, fue muy interesante. Sentí cierta liberación. Especialmente debido al hecho de que uno de estos diálogos NF puede llevarnos a una discusión física larga y seria.

El cine requería una cierta teoría definida del viaje interestelar. Y quién sabe, tal vez en un futuro lejano resulte ser cierto. Pero hasta ahora no sabemos esto. En general, puede aparecer algún "pirateo" de la física existentelo que nos permitirá hacer posible tal viaje al instante. Por ejemplo, en 1982 trabajé en una teoría que nos permitió extraer constantemente "energía de punto cero" de un vacío. Con los años, este mecanismo simple se ha convertido en una de las fuentes de energía más citadas para el viaje interestelar, aunque yo realmente no creo en él.

Quizás haya una forma más prosaica de enviar una pequeña nave espacial al menos a la más cercana a las estrellas, proporcionando su movimiento con la ayuda de la presión de la luz láser. O puede domar los agujeros negros , crear curvaturas del espacio-tiempo, incluso de acuerdo con la teoría de la gravedad de Einstein. Es importante entender que incluso si conocemos la teoría fundamental de la física, puede que no nos quede claro de inmediato si es posible garantizar un movimiento más rápido que la luz en nuestro Universo. ¿Hay alguna forma de construir campos cuánticos, agujeros negros y algo más? La irreductibilidad computacional afirma que no existe un límite superior para la complejidad de dicho sistema. Como resultado, puede usar todas las capacidades informáticas disponibles durante la vida del Universo, no inventar la estructura deseada y no saber con certeza si es posible en principio.

Físicos: ¿qué son?

Al llegar al set, tarde o temprano nos encontramos con Jeremy Renner. Se sienta en los escalones de su tráiler, fuma y se ve exactamente como los valientes héroes de muchas de sus películas de aventuras. Estoy reflexionando sobre cómo describir mejor cómo son los físicos. Llegué a la conclusión de que solo necesitas comenzar a hablar de física. Así que estoy empezando a explicar teorías relacionadas con la película. Hablamos de espacio, tiempo, mecánica cuántica, viajar más rápido que la luz, etc. Agrego un poco de historias escuchadas de Richard Feynman sobre el trabajo del físico "en el campo" en el proyecto de Manhattan . La discusión resulta ser enérgica, y me pregunto si mis modales y características son similares a las típicas de los físicos. No puedo evitar recordar cómo Oliver Sachsme dijo lo aterrador que era al observar los modales que Robin Williams le quitó para la película Awakening después de una conversación muy corta, y me pregunto qué puede sacarme Jeremy en estas pocas horas.

Jeremy busca entender cómo la ciencia se relaciona con la trama de la película, y qué pueden sentir los extraterrestres y las personas. Estoy tratando de hablar sobre cómo es entender la naturaleza de las cosas en la ciencia. Entonces entiendo que es mejor mostrarlo demostrando código en vivo para Wolfram Language. Resulta que en la película Jeremy mismo necesita usar Wolfram Language (como, estoy muy feliz de decir esto, para muchos físicos reales en la vida).

Christopher muestra el código que escribió para la película y cómoElementos de control para el trabajo dinámico. Luego hablamos sobre cómo se inventa el código. Hacemos algún tipo de pruebas. Luego escribimos el código en vivo. Y aquí está nuestro primer ejemplo, basado en los números de pi, que discutimos en relación con el proyecto SETI

Que decir a los extraterrestres

Parte de la película trata sobre vuelos interestelares. Pero el tema de la comunicación con los extraterrestres está más desarrollado cuando ya han llegado. Pensé mucho en la mente alienígena . Pero en su mayor parte, no como se presenta en la película, sino en el caso más complicado cuando no tenemos alienígenas o naves espaciales, pero solo hay un cierto flujo de datos, por ejemplo, una transmisión de radio, por lo que es difícil incluso entender si puede considerarse una prueba la inteligencia . Recordemos que a menudo incluso el comportamiento de un fenómeno como el clima nos parece lo suficientemente complejo como para dar la impresión de la presencia de la conciencia.

Pero en la "Llegada" los extraños ya están aquí. ¿Y cómo iniciar la comunicación con ellos? Necesitamos algo universal, independiente de los detalles del lenguaje humano o la historia. De acuerdo, si conociste a extraños, puedes señalar con el dedo objetos físicos. Por supuesto, esto sugiere que los extraños tienen los conceptos de objetos individuales en lugar de un cierto continuo, pero puede poner esto en él, ya que han logrado crear naves espaciales. ¿Pero qué pasa si necesitas ser más abstracto?

Siempre puedes recurrir a las matemáticas. ¿Pero es realmente universal? ¿Los constructores de barcos necesitan saber sobre primos, integrales, series de Fourier? Por supuesto, en el desarrollo de la tecnología humana, se requieren estas cosas. ¿Pero hay otros caminos tecnológicos de desarrollo, posiblemente mejores? Yo creo que si.

Desde mi punto de vista, la abstracción más general relacionada con el funcionamiento del Universo es lo que obtenemos al observar el universo computacional de posibles programas. También hay matemáticas . Y la infinita variedad de otros conjuntos de reglas abstractas. Y hace algún tiempo me di cuenta de que muchos de ellos tienen sentido, y son muy adecuados, para crear tecnología .

Por lo tanto, mirando el universo informático de posibles programas, ¿qué se puede elegir como cosas universales razonables para comenzar una discusión abstracta con extraterrestres?

Como podemos señalar objetos individuales, podemos iniciar una conversación sobre números, primero unarios, luego, posiblemente, binarios. Aquí está el comienzo de las grabaciones que hice para la película. Las palabras y el código son para personas, pero para extraños: solo tarjetas con gráficos.

¿Qué viene después de los números y la aritmética? Curiosamente, incluso lo que ya hemos discutido no refleja la historia de las matemáticas humanas. A pesar de la naturaleza fundamental de los números binarios (que aparecen incluso en materiales tan antiguos como I Ching ), han ganado popularidad recientemente, después de la aparición de ideas matemáticas mucho más complejas.

Por lo tanto, no necesitamos seguir la historia de las matemáticas o las ciencias, ni siquiera el orden en que se enseñan. Necesitamos encontrar algo que pueda entenderse directamente, sin el uso de palabras. Lo que aprenderíamos, por ejemplo, al observar un artefacto extraído de la tierra en sitios arqueológicos.

Resulta que hay una clase de sistemas informáticos que he estado estudiando durante varias décadas, excelente, en mi opinión, adecuada para este papel: autómatas celulares . Se basan en reglas simples que pueden explicarse visualmente. Funcionan repitiendo la aplicación de las reglas, y a menudo conducen a la aparición de estructuras complejas, y esto, como sabemos, puede ser la base de todo tipo de tecnologías interesantes.

Al observar el autómata celular, puede comenzar a construir una idea del mundo entero, o "Un nuevo tipo de ciencia ", eso es lo que llamé un libro sobre estas cosas. Pero, ¿qué pasa si necesitamos transmitir ideas más tradicionales sobre ciencia y matemáticas? Que hacemos

Tal vez comience con formas geométricas bidimensionales. En 1820, Gauss propuso dibujar en el bosque siberiano [ más precisamente, plantar árboles en una tundra de una manera especial - aprox. transl.] un diagrama que representa el teorema de Pitágoras para que los extraterrestres puedan verlo.

Pero es fácil meterse en problemas. Puedes mostrar sólidos platónicos. Las impresiones en impresora 3D son adecuadas. Pero los dibujos bidimensionales con perspectiva dependen de cómo esté organizado el sistema visual. Las redes son aún más complicadas: ¿cómo sabemos que estas líneas que conectan los puntos representan conexiones abstractas?

Tal vez podamos mostrar los teoremas de la lógica . ¿Pero cómo presentarlos? Necesita una representación simbólica: textual, con la ayuda de árboles, o de alguna otra manera. A partir de ejemplos computacionales, sabemos que la lógica no es un punto de partida ideal para la presentación de conceptos generales. Pero en la década de 1950 esto era desconocido, y hay un libro encantador que intentó construir un lenguaje para comunicarse con extraterrestres sobre la base de la lógica.

¿Qué pasa con los conceptos con números? En la película " Contacto"Los números primos se han convertido en clave. A pesar de su importancia en la historia de las matemáticas, no son particularmente necesarios en la tecnología moderna, y donde se usan (protección criptográfica) su apariencia parece aleatoria.

En una señal de radio, los números primos pueden servir como buena evidencia de inteligencia. Pero, por supuesto, que pueden ser generados por el programa - y muy sencilla, incluyendo el mismo autómatas celulares secuencia de números primos, no significa automáticamente que se ha creado la civilización inteligente que podrían ser de algún "e .. natural "del programa.

primos visualmente es fácil de demostrar. Pero seguir trabajando con ellos requiere conceptos que no son tan fáciles de mostrar directamente.

Es muy fácil caer en la trampa de las cosas que son obvias para los humanos. Uno de mis ejemplos favoritos es el Pioneer 10 , un artefacto humano que ha avanzado más lejos en el espacio (hoy es casi 18 mil millones de kilómetros , o 0.05% de la distancia a Alpha Centauri). Hay una placa que muestra la línea espectral de hidrógeno de 21 cm.. Hoy, la forma más obvia de tal representación sería probablemente una línea de 21 cm de largo, pero en 1972, Karl Sagan y otros decidieron hacer algo "más científico" e hicieron un diagrama esquemático de un proceso mecánico cuántico que conduce a una línea espectral. El problema es que el diagrama se basa en convenciones humanas, por ejemplo, el uso de flechas para indicar giros cuánticos, que no están relacionados con los conceptos que se describen y son muy específicos para el desarrollo de la ciencia humana.

Volvamos a la llegada. Para hacer una pregunta como “¿cuál es su objetivo en la Tierra?”, Uno necesita ir mucho más allá de las secuencias binarias o los autómatas celulares. Este es un problema muy interesante, que de una manera extraña se asemeja a la tarea muy importante de comunicarse con AI hoy y determinar qué objetivos y tareas deberían tener.

En cierto sentido, las IA ahora son un poco como la inteligencia alienígena. Hasta ahora, solo entendemos la inteligencia humana. Cada ejemplo de su aplicación contiene detalles de las condiciones humanas y la historia humana. Pero, ¿cómo se ve un intelecto que no comparte estos detalles?

Una de las conclusiones de la ciencia que estaba haciendo es que no hay una línea particularmente clara entre la inteligencia y los resultados computacionales. Los mismos autómatas celulares o el clima hacen cosas comparables en complejidad al cerebro. En cierto sentido, también están "pensando". Pero no como las personas. No tienen nuestro contexto y nuestros detalles.

Pero para comunicarnos sobre temas como metas y objetivos, necesitamos encontrar puntos comunes. En el caso de la IA, estoy trabajando en lo que yo mismo llamo el " lenguaje de la comunicación simbólica ", en una forma de expresar conceptos que son importantes para las personas y transmitirlos a la IA. Hay una aplicación práctica inmediata para esto, como los contratos inteligentes. Pero hay objetivos a largo plazo, como crear un análogo de la constitución para el comportamiento de la IA.

Cuando nos comunicamos con extraños, necesitamos desarrollar un lenguaje universal común que nos permita expresar conceptos que son importantes para nosotros. Esto no es facil. Los lenguajes naturales se basan en los detalles de las circunstancias humanas y la historia. Mi lenguaje de comunicación simbólica está tratando de transmitir cosas importantes para las personas, y no algo que pueda ser importante para los extraños.

En "Llegada" ya se sabe que los extraños tienen algo en común con nosotros. Como monolito de Space Odyssey 2001, a juzgar por la forma, establecemos que las naves espaciales alienígenas son artefactos. No parecen meteoritos extraños. Parecen algo hecho con intención.

Pero con que? La intención no puede definirse de manera abstracta. Esto solo puede determinarse en relación con la plataforma histórica y cultural. Y para preguntar a los extraños sobre sus metas y objetivos, primero tenemos que entender en qué plataforma cultural e histórica estamos.

A veces pienso en el día en que podemos desarrollar la IA tanto que podemos hacerle una pregunta sobre sus objetivos. Me parece que la decepción nos espera. Dado que, en mi opinión, no existe una definición abstracta significativa de un objetivo. Y la IA no nos dirá nada inesperado. Su definición de propósito reflejará su historia y contexto. Y sobre esto, como creadores de IA, tenemos un control serio.

Pero con los extraterrestres, esto no es así. Pero la película es solo sobre eso también.

Rodaje

Toda mi vida he estado involucrado en grandes proyectos. Y siempre me interesó cómo se organizaban los diferentes grandes proyectos. Soy una de esas personas que ven créditos de películas hasta el final. Así que fue interesante para mí mirar el proyecto para crear una película a corta distancia.

En escala, filmar una película como Arrival es un proyecto comparable al lanzamiento de una nueva versión completa de Wolfram Language. Hay similitudes y diferencias.

Ambos proyectos tienen ideas y creatividad. Ambos implican compartir muchas habilidades diferentes. Ambos deben unirse para producir un producto cohesivo.

En cierto sentido, los cineastas son más fáciles que los programadores. Solo tienen que hacer una cosa que puedas ver. En el caso del software, y especialmente con el desarrollo de lenguajes, necesitamos hacer algo que diferentes personas puedan usar en un número infinito de formas diferentes, incluidos los métodos no proporcionados por nosotros. Por supuesto, siempre puede hacer nuevas versiones de software, mejorando gradualmente. Una película solo se puede hacer una vez.

Sobre el tema de la gestión de personal, es más fácil trabajar con software que películas como "Llegada". El desarrollo de software bien administrado tiene un ritmo constante, las personas tienen un trabajo constante y equipos constantes durante mucho tiempo. Por lo general, una gran cantidad de personas se sienten atraídas por filmar una película, muchas de las cuales pueden no haberse conocido antes, por un corto tiempo. Sorprendentemente, esto generalmente funciona. Creo que a lo largo de los años se han estandarizado muchas tareas en la industria del cine, para que una persona pueda trabajar en algo durante una semana o dos, y luego transferirla con éxito a otra.

Lideré varias versiones de software completo. Y uno pensaría que ahora cualquier problema sería un proceso simple y tranquilo. Pero él nunca lo es. Quizás porque siempre estamos tratando de hacer cosas nuevas e innovadoras. O porque esta es la naturaleza de los proyectos. Pero descubrí que para llevar el proyecto a buena calidad siempre necesito trabajar muy duro. Al menos en el caso de nuestra empresa, personas extremadamente talentosas siempre trabajan en el proyecto. Pero siempre hay tareas inesperadas que requieren mucha energía, concentración y esfuerzo.

A veces me pareció que nuestro proceso es un poco como filmar una película. En los primeros años de Mathematica, incluso teníamos subtítulos que parecían créditos de películas. A menudo se me ocurrieron las categorías de personas contribuyentes ("desarrolladores de módulos líderes", "formato de expresión", "desarrollador de fuentes líder", ...). Pero después de diez años, debido a muchos parches, se hizo demasiado difícil de entender esto, y los créditos desaparecieron. Y aún así, durante algún tiempo intenté organizar fiestas en honor al final del trabajo, al igual que los cineastas. Pero siempre hubo algunos problemas críticos o mejoras, y los desarrolladores clave no pudieron asistir a la fiesta porque los corrigieron.

El desarrollo de software, o al menos el desarrollo del lenguaje, tiene algunas similitudes estructurales con la filmación de una película. Todo comienza con un script: una especificación general del producto final. Entonces tratamos de crear esto. Inevitablemente, al final, mirando el resultado, entendemos que tendremos que cambiar la especificación. En películas como "Llegada" esto sucede en la etapa final (post-producción). En el desarrollo de software, este es otro paso de desarrollo.

Fue interesante para mí observar cómo el guión y mis propuestas pasaron por el ciclo de vida de "Llegada". Me recordó cómo llevo a cabo el desarrollo de software: todo se simplifica gradualmente. Estoy haciendo un comentario detallado sobre cómo arreglar el diálogo. "No deberías hablar de evitar el ajuste de cuentas muerto; tu personaje está demasiado analíticamente ajustado". “No deberías decir que una nave espacial ha pasado un millón de años luz. Estará fuera de la galaxia. Digamos mejor un billón de millas. Se están haciendo cambios. Pero entonces todo se simplifica y la idea principal se transmite de una manera minimalista. No vi todos los pasos, pero los resultados me recordaron fuertemente el desarrollo del software: reducir todas las dificultades y hacer que todo sea más claro y simple.

¿Puedes llenar el tablero?

Mi contribución a la llegada fue principalmente durante el rodaje de la película a principios del verano de 2015. Casi un año después de eso, escuché que la película está en sus etapas finales. Pero de repente, en mayo, recibí un correo electrónico: ¿puedo llenar rápidamente un tablero de física plausible para una película?

Hay una escena en la película con Amy Adams frente al pizarrón, y resultó que lo que estaba escrito estaba relacionado con la física de la escuela secundaria, y no con lo que uno esperaría de los físicos del nivel del personaje Jeremy Renner.

Me sorprendió porque me di cuenta de que no tenía que trabajar especialmente duro en una pizarra blanca para marcadores. Para todo el trabajo y las presentaciones durante 30 años usé computadoras, y antes de eso, pizarras y proyectores de cine. Pero, honestamente, instalé un marcador en mi oficina y comencé a escribir en él (y a mano escribo muy raramente) lo que, en mi opinión, debería haber escrito un buen físico tratando de comprender la repentina ocurrencia de viajes interestelares.

Esto es lo que se me ocurrió. Se crean espacios vacíos para facilitar la integración de Amy Adams moviéndose frente al tablero. Para la versión final de la película, el tablero se reescribió una vez más, por lo que en la película difiere de la foto a continuación.

Me imaginé en el lugar del personaje de Jeremy Renner o sus colegas, quienes escriben ideas sobre la nave espacial y las fórmulas correspondientes. Después de un tiempo, obtuve una buena historia de hechos físicos e hipótesis.

Ahí está ella.

1. Quizás el barco tenga una forma tan extraña, porque gira durante el movimiento y crea ondas gravitacionales .
2. Quizás esté optimizado para maximizar la intensidad de cierto patrón de radiación gravitacional.
3. La fórmula de Einstein para la fuerza de la radiación gravitacional emitida por una masa con una distribución cambiante. Q _ij es el momento de distribución cuadrupolo calculado a partir de la integral indicada.
4. Elementos de un orden superior, dependiendo de los momentos multipolares de un orden superior , calculados por las integrales indicadas de la densidad de masa del barco ρ (Ω) ponderada por armónicos esféricos .
5. Las ondas gravitacionales conducirán a cambios en la estructura espacio-tiempo representada por el tensor de 4 dimensiones h _μν
6. Quizás la nave de alguna manera "flota" a través del espacio-tiempo, alimentada por los efectos de estas ondas gravitacionales.
7. Es posible que se cree una turbulencia gravitacional alrededor del casco del barco , con correlaciones de potencia, similares a las que surgen alrededor de los objetos que se mueven en un líquido (o el barco "hierve" espacio-tiempo alrededor de sí mismo).
8. La ecuación de la evolución de la papapetra.Tensor de giro en GR en función del tiempo τ.
9. La ecuación del movimiento geodésico , que describe el movimiento de objetos en el espacio-tiempo curvo. Γ es el símbolo de Christoffel determinado por la estructura espacio-tiempo. Y sí, estas ecuaciones pueden resolverse usando NDSolve en Wolfram Language.
10. La ecuación de Einstein para el campo gravitacional generado por una masa en movimiento (el campo determina el movimiento de la masa, que a su vez afecta al campo).
11. Otra idea es la masa negativa de la nave espacial, o al menos la presión negativa. La presión del gas fotón es de 1/3 ρ; La versión más común de la energía oscura tiene una presión de -ρ.
12. La ecuación para el tensor de momento de energía, que determina la combinación de masa, presión y velocidad, se encuentra en los cálculos relativistas para fluidos ideales.
13. Quizás una nave es una burbuja con una estructura espacio-temporal diferente. La flecha apunta a la forma del barco dibujado anteriormente en el tablero.
14. ¿Los símbolos de Christoffel ("coeficientes de acoplamiento en un espacio estratificado tangencialmente") son importantes para la forma de la nave, de acuerdo con los cálculos basados en su tensor métrico espacial ?
15. La onda gravitacional puede describirse como una perturbación de la métrica del espacio-tiempo con respecto al fondo plano del espacio de Minkowski en el que actúa el SRT.
16. La ecuación de propagación de ondas gravitacionales, teniendo en cuenta los primeros efectos no lineales, debido a los cuales la onda se afecta a sí misma.
17. La ecuación relativista de Boltzmann que describe el movimiento y la colisión de partículas como los gravitones en un gas Bose-Einstein .
18. Una idea abstracta: probablemente sea posible crear un "láser" a partir de gravitones en lugar de fotones , y la nave funciona según este principio.
19. Los láseres son un fenómeno cuántico. Este es un diagrama de Feynman de la interacción de gravitones en una cavidad (los fotones no tienen tales interacciones no lineales directas entre sí).
20. ¿Cómo hacer un espejo para gravitones? Quizás este es un metamaterial con una estructura microscópica especial hasta las escalas de Planck.
21. En los láseres, se utilizan estados coherentes de superposiciones de un número infinito de fotones, que están formados por operadores de nacimiento infinitamente integrados aplicados al vacío teórico de un campo cuántico.
22. Hay un diagrama de Feynman para esto: esta es la ecuación autoconsistente Bethe - Salpeter para un gravitón unido, que puede conectarse con un láser de gravitón.
23. Las principales interacciones no lineales de los gravitones en la aproximación perturbada de la gravedad cuántica.
24. Un posible término de calificación para la acción de Einstein-Gilbertde GR para efectos cuánticos.

¡Entiendo que estas explicaciones en sí mismas pueden parecer un lenguaje extraño! Pero son lo suficientemente modestos en comparación con el lenguaje de la "física completa". Permítanme explicar una historia física más simple de la pizarra.

Comienza con la propiedad obvia de la nave: tiene una forma asimétrica inusual. Se parece a una piedra celtaque puede comenzar a rotar en una dirección y luego cambiar de dirección. Y pensé: tal vez el barco está girando. Y cualquier objeto giratorio no esférico masivo creará ondas gravitacionales. Por lo general, son demasiado débiles para detectar, pero si el objeto es lo suficientemente masivo o la velocidad de rotación es lo suficientemente grande, las olas también pueden ser fuertes. De hecho, el año pasado, después de 30 años de búsqueda, se descubrieron ondas gravitacionales de dos agujeros negros que giraban una alrededor de la otra y se unían, y resultaron detectarse a una distancia de un tercio del Universo observado. Las masas aceleradoras crean ondas gravitacionales de la misma manera que las cargas eléctricas aceleradas crean ondas electromagnéticas.

Imagine que un barco gira rápidamente para crear muchas ondas gravitacionales. Pero, ¿qué pasaría si pudiéramos encerrar estas olas en un espacio confinado utilizando el movimiento de la nave? Entonces obtendríamos interferencia. Pero, ¿y si se amplifican coherentemente, como en un láser? Luego se volverán más fuertes y comenzarán a influir en el movimiento de la nave, tal vez empujándola a través del espacio-tiempo.

Pero, ¿por qué se amplificarán las ondas? En un láser convencional que utiliza fotones (partículas de luz), es necesario crear constantemente nuevos fotones bombeando energía al material. Los fotones son partículas de Bose-Einstein (bosones), por lo tanto, tienden a "comportarse igual", por lo tanto, la luz láser es una onda coherente. Los electrones son fermiones, lo que significa que intentan no hacer lo mismo, lo que lleva al principio de prohibición.crítico para la estabilidad de la materia.

Uno puede imaginar que las ondas de luz están formadas por fotones; y las ondas gravitacionales pueden consistir en gravitones (aunque todavía no tenemos una teoría completa para ellos). Los fotones no interactúan consigo mismos, simplemente, ya que los fotones reaccionan con partículas como los electrones que tienen una carga eléctrica, pero los fotones no tienen carga. Los gravitones interactúan entre sí, debido al hecho de que interactúan con todo lo que tiene energía, y ellos mismos la tienen.

Tales interacciones no lineales pueden conducir a efectos inusuales. Por ejemplo, los gluones en la cromodinámica cuántica interactúan de forma no lineal de tal manera que permanecen encerrados dentro de partículas como los protones, como si estuvieran "pegados" juntos. No está claro a qué conducirán las interacciones no lineales de los gravitones. Quizás para un "láser de gravitón" autosostenible.

Las fórmulas anteriores describen la creación y el efecto de las ondas gravitacionales. Los inferiores se relacionan con los gravitones y sus interacciones. Los superiores se relacionan con GR. Los inferiores son una mezcla de enfoques clásicos y cuánticos de los gravitones y sus interacciones. Los diagramas son diagramas de Feynman que muestran esquemáticamente la propagación de gravitones a través del espacio-tiempo.

No sé si un láser de gravitón es realmente posible y cómo funcionaría. Pero en un láser de fotones ordinario, los fotones, de hecho, saltan dentro de cierta cavidad, cuyas paredes funcionan como espejos. Desafortunadamente, no sabemos cómo hacer un espejo para los gravitones, al igual que no sabemos cómo cerrarnos del campo gravitacional (la materia oscura sería un gran escudo si realmente existiera). En el tablero, señalé la posibilidad de fabricar metamateriales de escalas de Planck de ^10-34 metros (donde los efectos cuánticos se vuelven importantes para la gravedad), lo que podría funcionar como un espejo para los gravitones. Otra posibilidad es la operación de un láser de gravitón basado en el principio de un láser de electrones libres sin cavidades.

Recuerde, quería escribir en la pizarra lo que un buen físico, sacado de un laboratorio estatal, podría pensar cuando se enfrenta a una situación de una película. Estas son cosas más "generalmente aceptadas" en comparación con lo que personalmente se me ocurrió para el viaje interestelar. Pero esto se debe a que mi teoría depende de mis otras ideas sobre el trabajo de la física fundamental, que aún no se han aceptado generalmente en la sociedad física.

¿Cuál es la teoría correcta para el viaje interestelar? No lo se Me sorprendería mucho si la teoría principal que inventé para la película, o la teoría en la pizarra fuera cierta. ¿Pero quién sabe? Por supuesto, sería muy útil si los extraterrestres volaran hacia nosotros en naves espaciales para mostrarnos que los vuelos interestelares son posibles.

¿Cuál es tu objetivo en la tierra?

Si aparecen extraterrestres en la Tierra, una de las preguntas obvias será: ¿por qué estás aquí? Cual es tu objetivo? Los personajes de la película hablan mucho sobre esto. Y cuando Christopher y yo estábamos en el set, nos pidieron que hiciéramos una lista de posibles respuestas, que podrían colocarse en un tablero o en una tableta. Esto es lo que se nos ocurrió:

• Colonización.
• Minería.
• Comercio.
• Filantropía.
• Evangelismo.
• Turismo.
• Conquista y expansión.
• Zoología, etnología, geología.
• Expansión de la red interestelar de mensajes.
• Cartografía del universo.
• Curiosidad.
• Entrenamiento.
• Prueba de tecnología.
• Búsqueda de asilo.
• Accidente.
• Tradición ritual.
• Algo incomprensible para las personas.
• Solo así.

Ya he señalado que el principio del propósito en sí mismo está relacionado con contextos culturales y de otro tipo. Curiosamente, al compilar dicha lista en diferentes momentos históricos, las personas colocarían diferentes puntos en ella. También es interesante qué objetivos pueden perseguir la IA y los humanos en el futuro. Puede que sea demasiado pesimista, pero me parece que para las futuras personas, IA y extraterrestres, la respuesta a esta pregunta radicará en el universo computacional de posibilidades, para el cual hoy no tenemos palabras ni conceptos.

Y ahora es una película. El

cine resultó ser bastante bueno, las primeras críticas son alentadoras. Es muy interesante ver tales cosas en él (y el código de Christopher):

Fue interesante participar en su creación, estimuló. Comencé a comprender mejor qué incluye la creación de todas esas películas que veo y lo que vale la pena combinar ciencia con ficción emocionante. También comencé a hacer preguntas científicas que no había alcanzado antes, relacionadas con todas las cosas que me interesan.

No puedo evitar pensar en lo que sucedería si los extraterrestres realmente llegaran a la Tierra. Me gustaría pensar que al participar en la creación de la "Llegada" estoy un poco más preparado para esto. Y, por supuesto, si sus barcos se parecen a piedras celtas gigantes, ya tenemos un buen código Wolfram Language para esto.

¿Cómo podría funcionar una nave espacial extraterrestre?