📭 ⛑️ 🧡 Comment un vaisseau spatial extraterrestre pourrait-il fonctionner? 👓 👨🏻‍🏫 🔩

L'histoire du film "Arrivée" (sans spoilers), racontée par le conseiller scientifique du film, Stephen Wolfram

Contacter Hollywood

"Un scénario intéressant", a déclaré l'un de notre équipe de relations publiques [à Wolfram]. Nous sommes déjà habitués à recevoir des demandes de sociétés de cinéma pour montrer nos graphiques ou affiches ou livres dans des films. Mais cette fois, c'était différent: on nous a demandé si nous pouvions créer rapidement des choses réalistes pour un grand projet de film de science-fiction hollywoodien, que nous sommes sur le point de commencer à filmer?

Dans notre entreprise, des tâches inhabituelles se retrouvent généralement dans ma boîte de réception. Il se trouve que grâce à une combinaison de détente et d'intérêt professionnel, j'ai vu presque tous les films grand public de la NF au cours des dernières décennies. Mais sur la base du titre de travail "L'histoire de votre vie", je ne pouvais même pas comprendre si ce serait un film NF et de quoi il s'agirait.

Puis, quand j'ai appris que le film parlait du premier contact avec des extraterrestres, j'ai dit "bien sûr que je lirai le script". Et oui, le script était intéressant. Sophistiqué mais intéressant. Il n'était pas très clair pour moi si le film serait plus sur NF ou sur l'amour. Mais il y avait vraiment des références intéressantes à la science - bien qu'elles soient mélangées à des bêtises insensées, et parfois il y avait des erreurs scientifiques.

En regardant des films de la NF, je me sens souvent ennuyé en pensant: "Quelqu'un a dépensé 100 millions de dollars pour un film et a fait des erreurs scientifiques si terribles qu'il serait si facile de corriger s'il demandait à la bonne personne." J'ai donc décidé que bien que je sois très occupé, je dois participer à ce que l'on appelle maintenant «l'arrivée» et contribuer autant que possible à l'approche scientifique.

Je pense qu'il y a plusieurs raisons pour lesquelles les films hollywoodiens n'ont pas une approche scientifique appropriée. Premièrement, les cinéastes ne ressentent pas le contexte scientifique de leurs peintures. Au niveau des ménages, ils peuvent comprendre que quelque chose ne va pas - mais dans le cas de l'approche scientifique, leurs connaissances ne suffisent pas. Parfois, ils appellent l'université locale et demandent de l'aide, mais souvent ils sont envoyés à un académicien hautement spécialisé, dont toute l'aide consiste à leur dire que toute leur histoire est fausse. Bien sûr, suivre la science le plus souvent n'affecte pas beaucoup le succès du film. Mais il me semble qu'un tel suivi peut aider à transformer un bon film en un grand.

Notre entreprise a une expérience de travail avec Hollywood, par exemple, nous avons écrit tous les mathématiques pour six saisons de la série télévisée Numb3rs. Personnellement, je n'étais pas impliqué dans les films auparavant, mais beaucoup de mes amis travaillaient dans les films. Jack Horner a travaillé sur Jurassic Park , avec pour résultat qu'il se tient derrière presque toutes les théories paléontologiques, y compris celles qui se sont avérées fausses. Kip Thorne (connu pour le récent triomphe de la détection des ondes gravitationnelles ) était la principale force derrière Interstellar . Il a fait les effets originaux pour le trou noir en utilisant Mathematica. Avant lui, Marvin Minsky , un ancien consultant sur le film " Space Odyssey 2001 ", et Ed Fredkin , qui est devenu le modèle de l'excentrique Dr. Falken dans "Jeux de guerre . "Il y a aussi Manjul Bhargava , qui élabore depuis dix ans l'idée du film" L' homme qui connaissait l'infini " , et qui a suivi les maths pendant le tournage. Toutes ces personnes ont été impliquées dans la réalisation de films à un stade très précoce. Mais j'ai décidé que si je rejoins le film au tout début du tournage, j'aurai un avantage - je saurai ce que le film est susceptible de faire. En même temps, mon rôle était compréhensible - je devais juste égaliser la science dans le film. Je n'avais même pas besoin de penser difficile de changer quelque chose de sérieux dans l'intrigue. Respirez L'histoire de 1998 était Ted Chiang

]. Mais le concept d'histoire était complexe, provenant d'une idée plutôt technique de la physique mathématique - et je n'étais pas le seul surpris de la façon dont le film pouvait être réalisé à ce sujet. Mais le voici devant moi, un script de 120 pages contenant un peu de science de l'histoire originale, et ajoutant beaucoup d'autres choses. Et je me suis mis au travail, en commentant, en donnant des conseils, en suggérant des corrections, etc.

Quelques semaines plus tard

Mon fils Christopher et moi sommes arrivés sur le plateau de tournage de Montréal. Dans le grand pavillon voisin, le prochain film de la série X-Men est en cours de tournage . A "Arrivée" le pavillon est plus modeste. Nous y arrivons à un moment où le groupe filme une scène en hélicoptère. Nous ne voyons pas les acteurs, mais nous regardons ce qui se passe sur le moniteur avec quelques producteurs et d'autres personnes.

La première chose que j'entends est "J'ai préparé une liste de questions [pour les extraterrestres], en commençant par quelques séquences binaires ...". Et je pense: «Wow, c'est ce que j'ai suggéré! Cool! " Mais vient alors une nouvelle prise. Et le changement de texte. Et plus de doublons. Et oui, le dialogue sonne déjà mieux. Mais le sens n'est pas le même. Et je comprends que ce sera plus difficile que je ne le pensais. Beaucoup de compromis. Beaucoup de difficultés. Heureusement, à la fin, le film s'est avéré être un bon dialogue et le bon sens.

Après un certain temps, une pause dans le tournage est annoncée. Nous parlons avec Amy Adams , jouant un linguiste communiquant avec des extraterrestres. Pendant un certain temps, elle est allée voir un professeur de linguistique local et parle avec enthousiasme de la manière dont le langage est utilisé pour définir la pensée - et ce sujet, en tant que développeur de langage informatique, m'intéresse depuis longtemps. Mais les producteurs veulent que je parle à Jeremy Renner , un physicien. Il ne se sent pas à l’aise et nous l’accompagnons dans la «tente scientifique», conçue pour le tournage, et réfléchissons aux bons détails visuels.

Écrire un code

Le script offre de nombreuses possibilités pour créer des scènes intéressantes. Mais, malgré le fait que je serais intéressé à les créer, je n'ai pas eu le temps pour cela. Heureusement, mon fils Christopher, un programmeur rapide et créatif, s'est intéressé à cela. Au début, nous avons pensé l'envoyer travailler sur place, mais comme il était encore très jeune, il a commencé à travailler à distance.

Sa stratégie était simple: «si nous le faisions vraiment, quelles analyses et quels calculs ferions-nous?» Nous avions une liste de sites de débarquement extraterrestres - quel est le modèle de leur sélection? Nous avons la forme géométrique d'un vaisseau spatial - qu'est-ce que cela signifie? Nous avons un texte «écrit» par des extraterrestres - qu'est-ce que cela signifie?

Les cinéastes ont donné à Christopher des données brutes, comme dans la vraie vie, et il a essayé de les analyser. Et il a transformé chaque question en différentes versions de code et de visualisations pour Wolfram Language .

Christopher savait que souvent le code du programme des films n'a pas de sens (surtout, quel que soit le contexte, des cinéastes comme les sources nmap.c sous Linux). Mais il voulait créer un code significatif qui analyse vraiment ce qui se passe dans le film.

La version finale du film comprenait un mélange du code créé par Christopher, certains de ses dérivés et des textes ajoutés séparément. Parfois, vous pouvez voir le code. Par exemple, il y a un plan intéressant avec une analyse de l'écriture des extraterrestres, où vous pouvez voir un code Wolfram Language assez élégant dans le cahier Wolfram Language. Et le code spécifié fait exactement ce qui est indiqué dans le cahier. C'est du vrai code avec de vrais calculs.

Théorie du voyage interstellaire

Quand j'ai vu le scénario pour la première fois, j'ai rapidement réalisé que pour obtenir des conseils cohérents, je devais développer une théorie scientifique cohérente de ce qui se passait. Malheureusement, il y avait très peu de temps - à la fin, j'ai eu essentiellement une soirée afin d'inventer une manière crédible de voyager interstellaire. Voici le début d'un commentaire que j'ai écrit pour les cinéastes ce soir-là (je ne l'apporte pas dans son intégralité pour qu'il n'y ait pas de spoilers):

Tous ces détails physiques du film n'étaient pas directement impliqués. Mais afin de donner des conseils cohérents sur le script, il était utile de réfléchir à tous. Et ils ont également conduit à différents dialogues, sonnant assez de science-fiction. Voici quelques phrases qui n'étaient pas incluses (peut-être pour le mieux) dans la version finale. "L'ensemble du navire se déplace dans l'espace comme une particule quantique géante." «Les extraterrestres doivent manipuler l'ensemble du réseau spatio-temporel à l'échelle de Planck". "Des turbulences spatio-temporelles se créent autour de la couverture du navire." "Comme si la couverture du navire était constituée d'atomes d'un nombre infini de types, et pas seulement des 115 que nous connaissons" (cette phrase devrait faire référence à un faisceau laser réfléchi par la couverture du navire sous la forme d'un arc-en-ciel). Pour un "vrai scientifique" comme moi, c'était très intéressant à trouver. J'ai ressenti une certaine libération. D'autant plus que l'un de ces dialogues NF peut nous conduire à une discussion physique longue et sérieuse.

Le cinéma exigeait une certaine théorie définie du voyage interstellaire. Et qui sait, peut-être que dans un avenir lointain, cela se révélera vrai. Mais jusqu'à présent, nous ne savons pas cela. En général, certains «hack» de la physique existante peuvent apparaîtrece qui nous permettra de rendre instantanément un tel voyage possible. Par exemple, en 1982, j'ai travaillé sur une théorie qui nous permettait d'extraire constamment «l'énergie du point zéro» du vide. Au fil des ans, ce mécanisme simple est devenu l'une des sources d'énergie les plus citées pour les voyages interstellaires, même si je n'y crois pas vraiment.

Il existe peut-être un moyen plus prosaïque d'envoyer un petit vaisseau spatial au moins au plus près des étoiles, en assurant son mouvement à l'aide de la pression de la lumière laser. Ou vous pouvez apprivoiser les trous noirs , créer des courbures d'espace-temps, même conformément à la théorie de la gravité d'Einstein. Il est important de comprendre que même si nous connaissons la théorie fondamentale de la physique, il peut ne pas être immédiatement clair pour nous s'il est possible d'assurer un mouvement plus rapide que la lumière dans notre Univers. Existe-t-il un moyen de créer des champs quantiques, des trous noirs et autre chose? L'irréductibilité informatique prétend qu'il n'y a pas de limite supérieure à la complexité d'un tel système. Par conséquent, il est possible d'utiliser toutes les capacités de calcul disponibles pendant la vie de l'Univers, de ne pas inventer la structure nécessaire et de ne pas savoir avec certitude si cela est possible en principe.

Les physiciens - quels sont-ils?

En arrivant sur le plateau, tôt ou tard, nous rencontrons Jeremy Renner. Il est assis sur les marches de sa caravane, fume et ressemble exactement aux courageux héros de plusieurs de ses films d'aventure. Je réfléchis à la meilleure façon de décrire à quoi ressemblent les physiciens. J'en arrive à la conclusion qu'il suffit de commencer à parler de physique. Je commence donc à expliquer les théories liées au film. On parle d'espace, de temps, de mécanique quantique, de voyager plus vite que la lumière, etc. J'ajoute un peu d'histoires entendues par Richard Feynman sur le travail du physicien «sur le terrain» sur le projet Manhattan . La discussion s'avère énergique, et je me demande si mes manières et mes traits sont similaires à ceux qui sont typiques des physiciens. Je ne peux pas m'empêcher de me rappeler comment Oliver Sachsil m'a dit à quel point il était effrayant d'observer combien de manières Robin Williams lui avait prises pour le film Awakening après une très courte conversation, et je me demande ce que Jeremy peut me prendre pendant ces quelques heures.

Jeremy cherche à comprendre comment la science est liée à l'intrigue du film, et ce que les étrangers et les gens pourraient ressentir. J'essaie de parler de la façon de comprendre la nature des choses en science. Ensuite, je comprends qu'il est préférable de le montrer en démontrant le code en direct pour Wolfram Language. Il s'avère que dans le film Jeremy lui-même doit utiliser le Wolfram Language (comme - je suis très heureux de le dire - pour de nombreux vrais physiciens de la vie).

Christopher montre le code qu'il a écrit pour le film et commentéléments de commande pour le travail dynamique. Ensuite, nous parlons de la façon dont le code est inventé. Nous faisons une sorte de tests. Ensuite, nous écrivons le code en direct. Et voici notre premier exemple - basé sur les nombres de pi, dont nous avons discuté en relation avec le projet SETI

Que dire aux extraterrestres

Une partie du film traite des vols interstellaires. Mais le sujet de la communication avec les extraterrestres y est plus développé, lorsqu'ils sont déjà arrivés. J'ai beaucoup pensé à l' esprit extraterrestre . Mais pour la plupart, pas comme il est présenté dans le film - mais dans le cas plus compliqué où nous n'avons pas d'étrangers ou de vaisseaux spatiaux, mais il n'y a qu'un certain flux de données, par exemple, une émission de radio, par laquelle il est difficile de comprendre même si cela peut être considéré comme une preuve l'intelligence . Rappelons que souvent même le comportement d'un phénomène tel que la météo nous semble assez complexe pour donner l'impression de la présence de la conscience.

Mais dans «l'arrivée», les étrangers sont déjà là. Et comment commencer la communication avec eux? Nous avons besoin de quelque chose d'universel, indépendant des détails du langage humain ou de l'histoire. OK, si vous avez rencontré des étrangers, vous pouvez pointer du doigt des objets physiques. Bien sûr, cela suggère que les étrangers ont les concepts d'objets individuels au lieu d'un certain continuum, mais vous pouvez le mettre dessus, car ils ont réussi à créer des vaisseaux spatiaux. Mais que faire si vous avez besoin d'être plus abstrait?

Vous pouvez toujours vous tourner vers les mathématiques. Mais est-ce vraiment universel? Les constructeurs de navires doivent-ils connaître les nombres premiers, les intégrales et les séries de Fourier? Bien sûr, dans le développement de la technologie humaine, ces choses sont nécessaires. Mais existe-t-il d'autres voies de développement technologique, peut-être meilleures? Je pense que oui.

De mon point de vue, l'abstraction la plus générale liée au fonctionnement de l'Univers est ce que nous obtenons en examinant l' univers de calcul des programmes possibles. Il y a aussi les mathématiques . Et la variété infinie d'autres ensembles de règles abstraites. Et il y a quelque temps, j'ai réalisé que beaucoup d'entre eux avaient du sens - et étaient bien adaptés - pour créer des technologies .

Par conséquent, en regardant l'univers informatique des programmes possibles, que peut-on choisir comme des choses universelles raisonnables pour entamer une discussion abstraite avec des extraterrestres?

Puisque nous pouvons pointer vers des objets individuels, nous pouvons commencer une conversation sur les nombres, d'abord unaires, puis, éventuellement, binaires. Voici le début des enregistrements que j'ai faits pour le film. Les mots et le code sont pour les gens, mais pour les étrangers - juste des cartes avec des graphiques.

Qu'est-ce qui vient après les nombres et l'arithmétique? Fait intéressant, même ce dont nous avons déjà discuté ne reflète pas l'histoire des mathématiques humaines. Malgré la nature fondamentale des nombres binaires (apparaissant même dans des matériaux aussi anciens que I Ching ), ils ont gagné en popularité récemment - après l'apparition d'idées mathématiques beaucoup plus complexes.

Nous n'avons donc pas besoin de suivre l'histoire des mathématiques ou des sciences, ni même l'ordre dans lequel elles sont enseignées. Nous devons trouver quelque chose qui peut être compris directement, sans utiliser de mots. Ce que nous apprendrions, par exemple, en regardant un artefact extrait de la terre sur des sites archéologiques.

Il s'avère qu'il existe une classe de systèmes informatiques que j'étudie depuis plusieurs décennies, excellente, à mon avis, adaptée à ce rôle - les automates cellulaires . Ils sont basés sur des règles simples qui peuvent être expliquées visuellement. Ils fonctionnent en répétant l'application des règles et conduisent souvent à l'apparition de structures complexes - et cela, comme nous le savons, peut être à la base de toutes sortes de technologies intéressantes.

En regardant l'automate cellulaire, vous pouvez commencer à vous faire une idée du monde entier, ou, "Un nouveau type de science " - comme j'ai appelé le livre sur ces choses. Mais que se passe-t-il si nous devons transmettre des idées plus traditionnelles sur la science et les mathématiques? On fait quoi?

Commencez peut-être par des formes géométriques bidimensionnelles. En 1820, Gauss a proposé de dessiner dans la forêt sibérienne [ plus précisément, planter des arbres dans une toundra d'une manière spéciale - env. trad.] un diagramme représentant le théorème de Pythagore afin que les extraterrestres puissent le voir.

Mais c'est facile d'avoir des ennuis. Vous pouvez montrer des solides platoniciens. Les impressions d'imprimante 3D conviennent. Mais les dessins en deux dimensions avec une perspective dépendent de la façon dont le système visuel est organisé. Les réseaux sont encore plus compliqués - comment savons-nous que ces lignes reliant les points représentent des connexions abstraites?

Peut-être pouvons-nous montrer les théorèmes de la logique . Mais comment les présenter? Vous avez besoin d'une représentation symbolique - textuelle, à l'aide d'arbres, ou d'une autre manière. À partir d'exemples de calcul, nous savons que la logique n'est pas un point de départ idéal pour la présentation de concepts généraux. Mais dans les années 1950, cela était inconnu, et il y a un charmant livre qui a essayé de construire un langage pour communiquer avec les extraterrestres sur la base de la logique.

Qu'en est-il des concepts avec des nombres? Dans le film " Contact"Les nombres premiers sont devenus essentiels. Malgré leur importance dans l'histoire des mathématiques, ils ne sont pas particulièrement nécessaires dans la technologie moderne, et où ils sont utilisés (protection cryptographique), leur apparence semble aléatoire.

Dans un signal radio, les nombres premiers peuvent servir de bonne preuve d'intelligence. Mais bien sûr, ils peuvent être générés par le programme - et tout à fait simple, y compris les mêmes automates cellulaires séquence de nombres premiers ne signifie pas automatiquement qu'il a créé la civilisation intelligente qu'ils pourraient être de certains « e .. naturel « programme.

nombres premiers visuellement est facile de montrer. Mais d' autres travaux avec eux exige des concepts qui ne sont pas si faciles à montrer directement.

Il est très facile de tomber dans le piège de choses évidentes pour l'homme. Un de mes exemples préférés est Pioneer 10 , un artefact humain qui a avancé le plus loin dans l'espace (aujourd'hui, il fait près de 18 milliards de kilomètres , soit 0,05% de la distance jusqu'à Alpha Centauri). Il y a une plaque qui montre la ligne spectrale d'hydrogène de 21 cm. Aujourd'hui, le moyen le plus évident pour une telle représentation serait probablement une ligne de 21 cm. Mais en 1972, Karl Sagan et d'autres ont décidé de faire quelque chose de «plus scientifique» et ont fait un diagramme schématique d'un processus de mécanique quantique conduisant à une ligne spectrale. Le problème est que le diagramme est basé sur des conventions humaines - par exemple, l'utilisation de flèches pour indiquer des tours quantiques - qui ne sont pas liées aux concepts décrits et sont très spécifiques pour le développement des sciences humaines.

Revenons à l'arrivée. Pour poser une question comme «quel est votre objectif sur Terre?», Il faut aller bien plus loin que les séquences binaires ou les automates cellulaires. C'est un problème très intéressant, qui ressemble étrangement à la tâche très importante de communiquer avec l'IA aujourd'hui et de déterminer quels objectifs et tâches ils devraient avoir.

Dans un sens, les IA sont maintenant un peu comme l'intelligence extraterrestre. Jusqu'à présent, nous ne comprenons que l'intelligence humaine. Chaque exemple de son application contient des détails sur les conditions humaines et l'histoire humaine. Mais à quoi ressemble un intellect qui ne partage pas ces détails?

L'une des conclusions de la science que je faisais est qu'il n'y a pas de ligne particulièrement claire entre l'intelligence et les résultats de calcul. Les mêmes automates cellulaires ou la météo font des choses comparables en complexité au cerveau. Dans un sens, ils «réfléchissent» également. Mais pas comme les gens. Ils n'ont pas notre contexte et nos coordonnées.

Mais pour communiquer sur des sujets tels que les buts et les objectifs, nous devons trouver des points communs. Dans le cas de l'IA, je travaille sur ce que j'appelle moi-même le « langage de la communication symbolique », sur un moyen d'exprimer des concepts importants pour les gens et de les transmettre à l'IA. Il existe une application pratique immédiate pour cela, comme les contrats intelligents. Mais il y a des objectifs à long terme, comme la création d'un analogue de la constitution pour le comportement de l'IA.

Lorsque nous communiquons avec des étrangers, nous devons développer un langage universel commun qui nous permet d'exprimer des concepts qui nous tiennent à cœur. Ce n'est pas facile. Les langues naturelles sont basées sur les détails des circonstances humaines et de l'histoire. Mon langage de communication symbolique essaie de transmettre des choses importantes pour les gens - et non quelque chose qui peut être important pour des étrangers.

Dans «Arrivée», on sait déjà que les étrangers ont quelque chose en commun avec nous. En tant que monolithe de l'Odyssée de l'espace 2001, à en juger par la forme, nous établissons que les vaisseaux spatiaux extraterrestres sont des artefacts. Ils ne ressemblent pas à des météorites étranges. Ils ressemblent à quelque chose fait avec intention.

Mais avec quoi? L'intention ne peut pas être définie de manière abstraite. Cela ne peut être déterminé que par rapport à la plate-forme historique et culturelle. Et pour interroger des étrangers sur leurs buts et objectifs, nous devons d'abord comprendre sur quelle plateforme culturelle et historique nous sommes.

Parfois, je pense au jour où nous pouvons développer l'IA à tel point que nous pouvons lui poser une question sur leurs objectifs. Il me semble que la déception nous attend. Puisqu'à mon avis, il n'y a pas de définition abstraite significative d'un objectif. Et l'IA ne nous dira rien d'inattendu. Sa définition de l'objectif reflétera son histoire et son contexte. Et sur cela, en tant que créateurs de l'IA, nous avons un contrôle sérieux.

Mais avec les extraterrestres, ce n'est pas le cas. Mais le film est à peu près ça aussi.

Tournage

Toute ma vie, j'ai été impliqué dans de grands projets. Et j'ai toujours été intéressé par l'organisation de différents grands projets. Je fais partie de ces gens qui regardent les crédits de films jusqu'à la fin. Il était donc intéressant pour moi de regarder le projet de création d'un film de près.

À l'échelle, le tournage d'un film comme Arrival est un projet comparable à la sortie d'une nouvelle version à part entière de Wolfram Language. Il existe des similitudes et des différences.

Les deux projets ont des idées et de la créativité. Les deux impliquent le partage de nombreuses compétences différentes. Les deux doivent être réunis pour produire un produit cohérent.

Dans un sens, les cinéastes sont plus faciles que les programmeurs. Ils n'ont qu'à faire une chose que vous pouvez simplement regarder. Dans le cas des logiciels, et en particulier avec le développement des langages, nous devons faire quelque chose que différentes personnes peuvent utiliser d'une infinité de manières différentes, y compris des méthodes non fournies par nous. Bien sûr, vous pouvez toujours créer de nouvelles versions de logiciels, en les améliorant progressivement. Un film ne peut être réalisé qu'une seule fois.

En ce qui concerne la gestion du personnel, il est plus facile de travailler avec un logiciel que des films tels que «Arrivée». Le développement de logiciels bien gérés a un rythme constant, les gens ont un travail constant et des équipes constantes pendant longtemps. Un grand nombre de personnes sont généralement attirées par le tournage d'un film, dont beaucoup ne se sont peut-être pas rencontrées avant, pendant une courte période. Étonnamment, cela fonctionne généralement. Je pense qu'au fil des ans, de nombreuses tâches dans l'industrie cinématographique ont été normalisées, de sorte qu'une personne peut travailler sur quelque chose pendant une semaine ou deux, puis la transférer avec succès vers une autre.

J'ai dirigé plusieurs versions de logiciels à part entière. Et l'on pourrait penser que maintenant une telle question serait un processus simple et calme. Mais il ne l'est jamais. Peut-être parce que nous essayons toujours de faire des choses nouvelles et innovantes. Ou parce que c'est la nature des projets. Mais j'ai trouvé que pour que le projet soit de bonne qualité, je dois toujours travailler très dur. Au moins dans le cas de notre entreprise, des personnes extrêmement talentueuses travaillent toujours sur le projet. Mais il y a toujours des tâches inattendues qui demandent beaucoup d'énergie, de concentration et d'efforts.

Parfois, il me semblait que notre processus était un peu comme filmer un film. Dans les premières années de Mathematica, nous avions même des sous-titres qui ressemblaient à des crédits de films. J'ai souvent trouvé moi-même les catégories de contributeurs («principaux développeurs de modules», «formatage d'expression», «premier développeur de polices», ..). Mais après dix ans, en raison de nombreux correctifs, il est devenu trop difficile de comprendre cela, et les crédits ont disparu. Et pourtant, pendant un certain temps, j'ai essayé d'organiser des fêtes en l'honneur de la fin du travail, tout comme les cinéastes. Mais il y avait toujours des problèmes critiques ou des améliorations, et les développeurs clés ne pouvaient pas venir à la fête parce qu'ils les avaient corrigés.

Le développement de logiciels - ou, du moins, le développement de langages - présente des similitudes structurelles avec le tournage d'un film. Tout commence par un script - une spécification générale du produit final. Ensuite, nous essayons de créer cela. Inévitablement, en fin de compte, en regardant autour du résultat, nous comprenons que nous devrons changer la spécification. Dans des films comme "Arrivée", cela se produit au stade final (post-production). Dans le développement logiciel, c'est une autre étape de développement.

Il était intéressant pour moi d'observer comment le scénario et mes propositions ont traversé le cycle de vie d '«Arrivée». Cela m'a rappelé comment je conduis le développement logiciel: tout est progressivement simplifié. Je fais un commentaire détaillé sur la fixation du dialogue. "Vous ne devriez pas parler d'éviter les calculs à l'estime; votre personnage est trop réglé analytiquement." «Il ne faut pas dire qu'un vaisseau spatial a passé un million d'années-lumière. Ce sera en dehors de la galaxie. Dites mieux mille milliards de milles. » Des changements sont en cours. Mais alors tout est simplifié, et l'idée principale est véhiculée d'une manière minimaliste. Je n'ai pas vu toutes les étapes, mais les résultats m'ont fortement rappelé le développement de logiciels - pour réduire toutes les difficultés et rendre tout le plus clair et le plus simple.

Pouvez-vous remplir le tableau?

Ma contribution à Arrival a été principalement pendant le tournage du film au début de l'été 2015. Presque un an après cela, j'ai entendu dire que le film était dans sa phase finale. Mais soudain, en mai, j'ai reçu un e-mail: puis-je remplir rapidement un tableau de physique plausible pour un film?

Il y a une scène dans le film avec Amy Adams devant le tableau, et il s'est avéré que ce qui était écrit était lié à la physique du lycée - et non à ce que l'on attendrait des physiciens du niveau de personnage Jeremy Renner.

J'ai été surpris car j'ai réalisé que je n'avais pas à travailler particulièrement dur sur un tableau blanc pour les marqueurs. Pour tout le travail et les présentations pendant 30 ans, j'ai utilisé des ordinateurs, et avant cela, des tableaux noirs et des projecteurs de film étaient utilisés. Mais j'ai honnêtement installé un marqueur dans mon bureau et j'ai commencé à écrire dessus (et à la main j'écris très rarement déjà) ce qui, à mon avis, aurait dû être écrit par un bon physicien essayant de comprendre la soudaine occurrence des voyages interstellaires.

Voici ce que j'ai trouvé. Des espaces vides sont créés pour faciliter l'intégration d'Amy Adams se déplaçant devant la planche. Pour la version finale du film, la planche a de nouveau été réécrite, donc dans le film elle diffère de la photo ci-dessous.

Je me suis imaginé à la place du personnage de Jeremy Renner ou de ses collègues, qui écrivent des idées sur le vaisseau spatial et les formules correspondantes. Après un certain temps, j'ai obtenu une bonne histoire à partir de faits et d'hypothèses physiques.

Elle est là.

1. Le navire a peut-être une forme si étrange, car il tourne pendant le mouvement et crée des ondes gravitationnelles .
2. Peut-être est-il optimisé pour maximiser l'intensité d'un certain schéma de rayonnement gravitationnel.
3. Formule d' Einstein pour la force du rayonnement gravitationnel émis par une masse avec une distribution changeante. Q _ij est le moment de distribution quadripolaire calculé à partir de l'intégrale indiquée.
4. Éléments d'ordre supérieur, dépendant des moments multipolaires d' ordre supérieur , calculés par les intégrales indiquées de la densité de masse du navire ρ (Ω) pondérée par les harmoniques sphériques .
5. Les ondes gravitationnelles entraîneront des changements dans la structure spatio-temporelle représentée par le tenseur à 4 dimensions h _μν
6. Peut-être que le navire "flotte" d'une manière ou d'une autre dans l'espace-temps, alimenté par les effets de ces ondes gravitationnelles.
7. Il est possible que des turbulences gravitationnelles se créent autour de la coque du navire , avec des corrélations de puissance similaires à celles qui se produisent autour d'objets se déplaçant dans un liquide (ou le navire "bouillonne" dans l'espace-temps autour de lui).
8. L'équation de l' évolution du papapetratenseur de spin dans GR en fonction du temps τ.
9. L'équation du mouvement géodésique , qui décrit le mouvement des objets dans l'espace-temps incurvé. Γ est le symbole Christoffel déterminé par la structure espace-temps. Et oui, ces équations peuvent être résolues en utilisant NDSolve dans Wolfram Language.
10. Équation d' Einstein pour le champ gravitationnel généré par une masse en mouvement (le champ détermine le mouvement de la masse, qui affecte lui-même le champ).
11. Une autre idée est la masse négative de l'engin spatial, ou au moins la pression négative. La pression du gaz photonique est de 1/3 ρ; La version la plus courante de l'énergie sombre a une pression de -ρ.
12. L'équation du tenseur du moment énergétique, qui détermine la combinaison de la masse, de la pression et de la vitesse, se trouve dans les calculs relativistes des fluides idéaux.
13. Peut-être qu'un navire est une bulle avec une structure spatio-temporelle différente. La flèche indique la forme du navire dessiné plus tôt sur le plateau.
14. Les symboles de Christoffel («coefficients de couplage sur un espace tangentiellement stratifié») ont-ils une importance pour la forme du navire, selon des calculs basés sur son tenseur métrique spatial ?
15. L'onde gravitationnelle peut être décrite comme une perturbation de la métrique espace-temps par rapport au fond plat de l'espace de Minkowski sur lequel la SRT agit.
16. L'équation de propagation des ondes gravitationnelles, en tenant compte des premiers effets non linéaires, en raison desquels l'onde s'auto-affecte.
17. L' équation relativiste de Boltzmann décrivant le mouvement et la collision de particules telles que les gravitons dans un gaz de Bose-Einstein .
18. Une idée abstraite: il est probablement possible de créer un «laser» à partir de gravitons au lieu de photons , et le navire fonctionne sur ce principe.
19. Les lasers sont un phénomène quantique. Il s'agit d' un diagramme de Feynman de l' interaction des gravitons dans une cavité (les photons n'ont pas de telles interactions non linéaires directes les uns avec les autres).
20. Comment faire un miroir pour les gravitons? Il s'agit peut-être d'un métamatériau avec une structure microscopique spéciale jusqu'aux échelles de Planck.
21. Dans les lasers, des états cohérents issus de superpositions d'un nombre infini de photons sont utilisés, qui sont formés par des opérateurs de naissance infiniment intégrés appliqués au vide théorique d'un champ quantique.
22. Il existe un diagramme de Feynman pour cela: il s'agit de l'équation cohérente de Bethe - Salpeter pour un graviton lié, qui peut être connecté avec un laser à graviton.
23. Les principales interactions non linéaires des gravitons dans l'approximation perturbée de la gravité quantique.
24. Un éventuel terme de qualification pour l'action Einstein-Gilbertde GR pour les effets quantiques.

Je comprends que ces explications elles-mêmes peuvent sembler être une langue étrangère! Mais ils sont assez modestes par rapport au langage de la «physique à part entière». Permettez-moi d'expliquer une histoire physique plus simple du tableau.

Il commence par la propriété évidente du navire: il a une forme asymétrique inhabituelle. Il ressemble à une pierre celtiquequi peut commencer à tourner dans une direction, puis changer de direction. Et j'ai pensé: peut-être que le navire tourne. Et tout objet rotatif non sphérique massif créera des ondes gravitationnelles. Habituellement, ils sont trop faibles pour être détectés, mais si l'objet est suffisamment massif ou que la vitesse de rotation est suffisamment grande, les vagues peuvent également être fortes. En effet, l'année dernière, après 30 ans de recherches, des ondes gravitationnelles de deux trous noirs tournant autour de l'autre et s'unissant ont été découvertes - et elles se sont révélées être détectées à une distance d'un tiers de l'Univers observé. L'accélération des masses crée des ondes gravitationnelles de la même manière que l'accélération des charges électriques en crée des électromagnétiques.

Imaginez qu'un navire tourne rapidement de sorte qu'il crée de nombreuses ondes gravitationnelles. Et si nous pouvions enfermer ces vagues dans un espace confiné en utilisant le mouvement du navire lui-même? Ensuite, nous aurions des interférences. Mais que se passe-t-il s'ils sont amplifiés de manière cohérente, comme dans un laser? Ensuite, ils deviendront plus forts et commenceront à influencer le mouvement du navire - peut-être en le poussant dans l'espace-temps.

Mais pourquoi les ondes vont-elles s'amplifier? Dans un laser conventionnel utilisant des photons (particules de lumière), il est nécessaire de créer constamment de nouveaux photons en pompant de l'énergie dans le matériau. Les photons sont des particules de Bose-Einstein (bosons), ils ont donc tendance à «se comporter de la même manière» - par conséquent, la lumière laser est une onde cohérente. Les électrons sont des fermions, ce qui signifie qu'ils essaient de ne pas faire la même chose, ce qui conduit au principe d'interdictioncritique pour la stabilité de la matière.

On peut imaginer que les ondes lumineuses sont constituées de photons; et les ondes gravitationnelles peuvent être constituées de gravitons (bien que nous n'ayons pas encore de théorie complète pour eux). Les photons n'interagissent pas avec eux-mêmes - simplement, car les photons réagissent avec des particules telles que les électrons qui ont une charge électrique, mais les photons n'ont pas de charge. Les gravitons interagissent entre eux - du fait qu'ils interagissent avec tout ce qui a de l'énergie et qu'ils en ont eux-mêmes.

De telles interactions non linéaires peuvent entraîner des effets inhabituels. Par exemple, les gluons en chromodynamique quantique interagissent de façon non linéaire de manière à rester enfermés à l'intérieur de particules telles que les protons, comme s'ils étaient «collés» ensemble. Il n'est pas clair à quoi mèneront les interactions non linéaires des gravitons. Peut-être à un «laser graviton» autonome.

Les formules ci-dessus décrivent la création et l'effet des ondes gravitationnelles. Les inférieurs se rapportent aux gravitons et à leurs interactions. Les supérieurs concernent GR. Les plus basses sont un mélange d'approches classiques et quantiques des gravitons et de leurs interactions. Les diagrammes sont des diagrammes de Feynman qui montrent schématiquement la propagation des gravitons dans l'espace-temps.

Je ne sais pas si un laser à graviton est réellement possible et comment cela fonctionnerait. Mais dans un laser à photons ordinaire, les photons, en fait, sautent à l'intérieur d'une certaine cavité, dont les parois fonctionnent comme des miroirs. Malheureusement, nous ne savons pas comment fabriquer un miroir pour les gravitons - tout comme nous ne savons pas comment nous éloigner du champ gravitationnel (la matière noire serait un tel bouclier si elle existait vraiment). Au tableau, j'ai souligné la possibilité de fabriquer des métamatériaux d'échelles de Planck de 10 à ³⁴ mètres (où les effets quantiques deviennent importants pour la gravité), qui pourraient fonctionner comme un miroir pour les gravitons. Une autre possibilité est le fonctionnement d'un laser graviton basé sur le principe d' un laser à électrons libres sans cavités.

Rappelez-vous, je voulais écrire au tableau ce qu'un bon physicien, sorti d'un laboratoire d'État, pourrait penser face à une situation tirée d'un film. Ce sont des choses plus «généralement acceptées» par rapport à ce que j'ai personnellement trouvé pour les voyages interstellaires. Mais c'est parce que ma théorie dépend de mes autres idées sur le travail de la physique fondamentale, qui ne sont pas encore généralement acceptées dans la société physique.

Quelle est la bonne théorie pour les voyages interstellaires? Je ne sais pas. Je serais très surpris si la théorie principale que j'ai inventée pour le film ou la théorie du tableau était vraie. Mais qui sait? Bien sûr, il serait très utile que des extraterrestres nous envoient des vaisseaux spatiaux pour nous montrer que des vols interstellaires sont possibles.

Quel est votre objectif sur terre?

Si des extraterrestres apparaissent sur Terre, l'une des questions évidentes sera: pourquoi êtes-vous ici? Quel est ton objectif? Les personnages du film en parlent beaucoup. Et lorsque Christopher et moi étions sur le plateau, on nous a demandé de faire une liste de réponses possibles, qui pourraient être placées sur un tableau ou sur une tablette. Voici ce que nous avons trouvé:

• Colonisation.
• Exploitation minière.
• Commerce.
• Philanthropie.
• Évangélisation.
• Tourisme.
• Conquête et expansion.
• Zoologie, ethnologie, géologie.
• Expansion du réseau interstellaire de messages.
• Cartographie de l'univers.
• Curiosité.
• Formation.
• Test technologique.
• Recherche d'asile.
• Accident.
• Tradition rituelle.
• Quelque chose d'incompréhensible pour les gens.
• Juste comme ça.

J'ai déjà noté que le principe de la finalité elle-même est étroitement lié aux contextes culturels et autres. Fait intéressant, lors de la compilation d'une telle liste à différents moments historiques, les gens y placaient différents points. Il est également intéressant de savoir quels objectifs l'IA et les humains peuvent poursuivre à l'avenir. Je suis peut-être trop pessimiste, mais il me semble que pour les futurs gens, l'IA et les extraterrestres, la réponse à cette question se trouvera dans l'univers informatique des possibilités - pour lequel nous n'avons aujourd'hui ni mots ni concepts.

Et maintenant c'est un film. Le

cinéma s'est avéré être bon, les premières critiques sont encourageantes. Il est très intéressant de voir de telles choses (et le code de Christopher):

Are we studying them, or are they studying us? #Arrival opens on Friday! Get tickets and showtimes: https://t.co/gTowHgbXdv #WhyAreTheyHere pic.twitter.com/m4j2vkC1U4
— Regal Cinemas (@RegalMovies) November 8, 2016

C'était intéressant de participer à sa création, cela a stimulé. J'ai commencé à mieux comprendre en quoi consiste la création de tous ces films que je regarde et ce qu'il vaut la peine de combiner science et fiction passionnante. J'ai aussi commencé à poser des questions scientifiques auxquelles je n'avais pas encore répondu - concernant toutes les choses qui m'intéressent.

Je ne peux pas m'empêcher de penser à ce qui se passerait si les extraterrestres arrivaient réellement sur Terre. J'aimerais penser qu'en participant à la création de l '«Arrivée» je suis un peu plus prêt pour ça. Et bien sûr, si leurs navires ressemblent à des pierres celtiques géantes, nous avons déjà un bon code Wolfram Language pour cela.

Comment un vaisseau spatial extraterrestre pourrait-il fonctionner?