🧑🏼‍🤝‍🧑🏻 🤰🏿 🎅🏼 Como poderia funcionar uma nave alienígena? 🎨 🎆 👖

A história do filme "Chegada" (sem spoilers), contada pelo conselheiro científico do filme, Stephen Wolfram

Entre em contato com Hollywood

"Um cenário interessante", disse um de nossa equipe de relações públicas [na Wolfram]. Já estamos acostumados a receber solicitações de empresas de cinema para mostrar nossos gráficos, pôsteres ou livros em filmes. Mas desta vez foi diferente: nos perguntaram se poderíamos criar rapidamente coisas realistas para um grande projeto de ficção científica de Hollywood, que estamos prestes a começar a filmar?

Em nossa empresa, tarefas incomuns geralmente acabam na minha caixa de entrada. Aconteceu que, graças a uma combinação de relaxamento e interesse profissional, eu vi quase todos os filmes da NF convencionais nas últimas décadas. Mas, com base no título de trabalho “A história da sua vida”, eu nem conseguia entender se seria um filme da NF e o que seria.

Então, quando soube que o filme era sobre o primeiro contato com alienígenas, eu disse "é claro que vou ler o roteiro". E, sim, o roteiro foi interessante. Sofisticado, mas interessante. Não estava muito claro para mim se o filme seria mais sobre NF ou sobre amor. Mas realmente havia referências interessantes à ciência - embora elas estivessem misturadas com absurdos sem sentido, e ocasionalmente havia erros científicos.

Ao assistir filmes da NF, muitas vezes fico irritado ao pensar: "Alguém gastou US $ 100 milhões em um filme e cometeu erros científicos tão terríveis que seria tão fácil de corrigir se ele fizesse uma pergunta à pessoa certa". Então decidi que, apesar de estar muito ocupado, preciso participar do que agora é chamado de "Chegada" e contribuir com a abordagem científica o máximo possível.

Eu acho que existem várias razões pelas quais os filmes de Hollywood não têm uma abordagem científica adequada. Em primeiro lugar, os cineastas não sentem a base científica de suas pinturas. No nível familiar, eles podem descobrir que algo está errado - mas, no caso da abordagem científica, seu conhecimento não é suficiente. Às vezes, ligam para a universidade local e pedem ajuda, mas muitas vezes são enviadas a um acadêmico altamente especializado, cuja ajuda consiste em dizer que toda a história está errada. Obviamente, seguir a ciência na maioria das vezes não afeta muito o sucesso do filme. Mas parece-me que esse acompanhamento pode ajudar a transformar um bom filme em ótimo.

Nossa empresa tem experiência em trabalhar com Hollywood; por exemplo, escrevemos toda a matemática para seis temporadas da série de televisão Numb3rs.. Pessoalmente, eu não estava envolvido em filmes antes, mas muitos dos meus amigos trabalhavam no cinema. Jack Horner trabalhou no Jurassic Park , com o resultado de apoiar quase todas as teorias paleontológicas, incluindo aquelas que se revelaram falsas. Kip Thorne (conhecido pelo recente triunfo da detecção de ondas gravitacionais ) foi a principal força por trás do Interestelar . Ele fez os efeitos originais para o buraco negro usando o Mathematica. Antes dele estava Marvin Minsky , ex-consultor do filme " Space Odyssey 2001 " , e Ed Fredkin , que se tornou o modelo do excêntrico Dr. Falken em "jogos de guerra "Há Manul Bhargava [ Manjul Bhargava ], anos dez teve a idéia do filme" O homem que sabia o infinito ", e siga as matemática durante o tiroteio.

Todas essas pessoas foram incluídas no em um estágio muito inicial de tomada de filme. Mas eu decidi, que, se eu me juntar ao filme no começo das filmagens, terei uma vantagem - saberei o que o filme provavelmente fará. Ao mesmo tempo, meu papel era compreensível - eu só tinha que igualar a ciência do filme. Nem precisava pensar difícil mudar algo sério na trama.

Respire A história de 1998 foi Ted Chiang] Mas o conceito de história era complexo, originado de uma idéia bastante técnica da física matemática - e eu não fui o único surpreso com a forma como o filme poderia ser feito sobre isso. Mas aqui está na minha frente, um script de 120 páginas contendo um pouco de ciência da história original e adicionando muitas outras coisas. E comecei a trabalhar, comentando, dando conselhos, sugerindo correções, etc.

Algumas semanas depois

Meu filho Christopher e eu chegamos ao set de filmagem em Montreal. No grande pavilhão ao lado, o próximo filme da série X-Men está sendo filmado . Na "chegada", o pavilhão é mais modesto. Chegamos lá no momento em que o grupo está filmando uma cena em um helicóptero. Não vemos os atores, mas observamos o que está acontecendo no monitor com alguns produtores e outras pessoas.

A primeira coisa que ouço é "eu preparei uma lista de perguntas [para alienígenas], começando com algumas seqüências binárias ...". E eu penso: “Uau, foi o que eu sugeri! Legal! Mas então vem uma nova visão. E a mudança de texto. E mais duplicatas. E sim, o diálogo já soa melhor. Mas o significado não é o mesmo. E eu entendo que será mais difícil do que eu pensava. Muitos compromissos. Muitas dificuldades. Felizmente, no final, o filme acabou sendo um bom diálogo e o significado correto.

Depois de um tempo, é anunciada uma pausa nas filmagens. Estamos conversando com Amy Adams , interpretando uma linguista se comunicando com alienígenas. Por um tempo, ela foi a um professor local de lingüística e conversou entusiasticamente sobre como a linguagem fortemente usada define o pensamento - e esse tópico, como desenvolvedor de linguagem de computador, me interessa há muito tempo. Mas os produtores querem que eu fale com Jeremy Renner , um físico. Ele não se sente à vontade e vamos com ele para a "barraca da ciência", construída para as filmagens, e pensamos em bons detalhes visuais.

Escrevendo um código

O script oferece muitas possibilidades para criar cenas interessantes. Mas, apesar de estar interessado em criá-los, não tive tempo para isso. Felizmente, meu filho Christopher, um programador rápido e criativo, ficou interessado nisso. A princípio, pensamos em mandá-lo para trabalhar no local, mas como ele ainda era muito jovem, começou a trabalhar remotamente.

Sua estratégia era simples: "se realmente o fizéssemos, que análise e computação faríamos?" Tínhamos uma lista de locais de pouso alienígena - qual é o padrão para sua seleção? Temos a forma geométrica de uma nave espacial - o que isso significa? Temos um texto "escrito" por alienígenas - o que isso significa?

Os cineastas deram a Christopher dados brutos, como na vida real, e ele tentou analisá-los. E ele transformou cada pergunta em diferentes versões de código e visualizações para a Wolfram Language .

Christopher sabia que muitas vezes o código de programa dos filmes não faz sentido (acima de tudo, independentemente do contexto, cineastas como as fontes nmap.c no Linux). Mas ele queria criar um código significativo que realmente analise o que está acontecendo no filme.

A versão final do filme incluía uma mistura do código criado por Christopher, alguns de seus derivados e textos adicionados separadamente. Às vezes você pode ver o código. Por exemplo, há uma cena interessante com uma análise da escrita de alienígenas, na qual você pode ver um código Wolfram Language bastante elegante no bloco de anotações Wolfram Language. E o código especificado faz exatamente o que é indicado no notebook. Este é um código real com cálculos reais.

Teoria da Viagem Interestelar

Quando vi o roteiro pela primeira vez, percebi rapidamente que, para obter conselhos coerentes, eu precisava desenvolver uma teoria científica coerente do que estava acontecendo. Infelizmente, houve muito pouco tempo - no final, eu basicamente tive uma noite para inventar uma maneira crível de viagem interestelar. Aqui está o começo de um comentário que escrevi para cineastas naquela noite (não o trago na íntegra para que não haja spoilers):

Todos esses detalhes físicos no filme não estavam diretamente envolvidos. Mas, para dar conselhos coerentes sobre o roteiro, foi útil pensar em todos eles. E eles também levaram a diálogos diferentes, parecendo bastante ficção científica. Aqui estão algumas frases que não foram incluídas (talvez para melhor) na versão final. "A nave inteira se move no espaço como uma partícula quântica gigante." “Os estrangeiros devem estar manipulando toda a rede espaço-temporal em uma escala de Planck" "Turbulência espaço-temporal é criada em torno da cobertura do navio". "Como se a cobertura do navio consistisse em átomos de um número infinito de tipos, e não apenas dos 115 conhecidos por nós" (esta frase deve se referir a um raio laser refletido na cobertura do navio como um arco-íris). Para um "cientista de verdade" como eu, foi muito interessante inventar. Eu senti uma certa liberação. Especialmente devido ao fato de que um desses diálogos da FN pode nos levar a uma discussão física longa e séria.

O cinema exigia uma certa teoria definida das viagens interestelares. E quem sabe, talvez no futuro distante isso se torne realidade. Mas até agora não sabemos disso. Em geral, alguns "truques" da física existente podem aparecero que nos permitirá instantaneamente fazer essa viagem. Por exemplo, em 1982, trabalhei em uma teoria que nos permitia extrair constantemente "energia de ponto zero" do vácuo. Ao longo dos anos, esse mecanismo simples tornou-se uma das fontes de energia mais citadas para viagens interestelares, embora eu mesmo não acredite.

Talvez exista uma maneira mais prosaica de enviar uma pequena nave espacial pelo menos para a mais próxima das estrelas, fornecendo seu movimento com a ajuda da pressão da luz do laser. Ou você pode domar buracos negros , criar curvaturas do espaço-tempo, mesmo de acordo com a teoria da gravidade de Einstein. É importante entender que, mesmo que conheçamos a teoria fundamental da física, pode não estar imediatamente claro se é possível garantir movimento mais rápido que a luz em nosso Universo. Existe alguma maneira de construir campos quânticos, buracos negros e qualquer outra coisa? A irredutibilidade computacional alega que não há limite superior para a complexidade de um sistema desse tipo. Como resultado, é possível usar todas as capacidades computacionais disponíveis durante a vida do Universo, para não inventar a estrutura necessária e não saber ao certo se é possível em princípio.

Físicos - o que são?

Chegando ao set, mais cedo ou mais tarde, encontramos Jeremy Renner. Ele se senta nos degraus do trailer, fuma e se parece exatamente com os bravos heróis de muitos de seus filmes de aventura. Estou pensando em como melhor descrever como são os físicos. Chego à conclusão de que você só precisa começar a falar sobre física. Então, eu estou começando a explicar teorias relacionadas ao filme. Falamos sobre espaço, tempo, mecânica quântica, viajar mais rápido que a luz, etc. Eu adiciono um pouco de histórias ouvidas por Richard Feynman sobre o trabalho do físico "em campo" no projeto de Manhattan . A discussão acaba sendo enérgica, e me pergunto se minhas maneiras e características são semelhantes às típicas para os físicos. Não posso deixar de lembrar como Oliver Sachsele me disse como era assustador observar quantas maneiras Robin Williams tomou dele para o filme Despertar após uma conversa muito curta, e me pergunto o que Jeremy pode tirar de mim nessas poucas horas.

Jeremy procura entender como a ciência se relaciona com o enredo do filme e o que alienígenas e pessoas podem sentir. Estou tentando falar sobre como é entender a natureza das coisas na ciência. Entendo que é melhor mostrá-lo demonstrando o código ao vivo para a Wolfram Language. Acontece que, no filme, o próprio Jeremy precisa usar a Wolfram Language (como - estou muito feliz em dizer isso - para muitos físicos reais da vida).

Christopher mostra o código que ele escreveu para o filme e comoelementos de controle para o trabalho dinâmico. Depois, falamos sobre como o código é inventado. Fazemos algum tipo de teste. Então escrevemos o código ao vivo. E aqui está o nosso primeiro exemplo - com base nos números de pi, que discutimos em relação ao projeto SETI

O que dizer aos alienígenas

Parte do filme é sobre voos interestelares. Mas o tópico da comunicação com alienígenas é mais desenvolvido quando eles já chegaram. Eu pensei muito sobre a mente alienígena . Mas, na maioria das vezes, não como é apresentado no filme - mas no caso mais complicado, quando não temos alienígenas ou naves espaciais, mas há apenas um certo fluxo de dados, por exemplo, uma transmissão de rádio, pela qual é difícil entender se pode ser considerado uma prova. inteligência . Lembre-se de que muitas vezes até o comportamento de um fenômeno como o clima nos parece suficientemente complexo para dar a impressão da presença da consciência.

Mas na "Chegada" os estrangeiros já estão aqui. E como iniciar a comunicação com eles? Precisamos de algo universal, independente dos detalhes da linguagem ou história humana. OK, se você conheceu estranhos, pode apontar o dedo para objetos físicos. Obviamente, isso sugere que estranhos têm os conceitos de objetos individuais em vez de um certo continuum, mas você pode colocar isso nele, já que eles conseguiram criar naves espaciais. Mas e se você precisar ser mais abstrato?

Você sempre pode recorrer à matemática. Mas é realmente universal? Os construtores de navios precisam saber sobre primos, integrais, séries de Fourier? Obviamente, no desenvolvimento da tecnologia humana, essas coisas são necessárias. Mas existem outros caminhos tecnológicos, possivelmente melhores, de desenvolvimento? Eu acho que sim.

Do meu ponto de vista, a abstração mais geral relacionada a como o Universo funciona é o que obtemos observando o universo computacional de possíveis programas. Há também matemática . E a variedade infinita de outros conjuntos de regras abstratas. E, há algum tempo, percebi que muitos deles fazem sentido - e são adequados - para criar tecnologia .

Portanto, olhando o universo computacional de possíveis programas, o que pode ser escolhido como algo universal razoável para iniciar uma discussão abstrata com alienígenas?

Como podemos apontar para objetos individuais, podemos iniciar uma conversa sobre números, primeiro unários, depois possivelmente binários. Aqui está o começo das gravações que fiz para o filme. Palavras e código são para pessoas, mas para estranhos - apenas cartões com gráficos.

O que vem depois dos números e da aritmética? Curiosamente, mesmo o que já discutimos não reflete a história da matemática humana. Apesar da natureza fundamental dos números binários (aparecendo mesmo em materiais antigos como I Ching ), eles ganharam popularidade recentemente - após o surgimento de idéias matemáticas muito mais complexas.

Portanto, não precisamos seguir a história da matemática ou da ciência, nem mesmo a ordem em que são ensinadas. Precisamos encontrar algo que possa ser entendido diretamente, sem o uso de palavras. O que aprenderíamos, por exemplo, olhando um artefato extraído da terra em sítios arqueológicos.

Acontece que há uma classe de sistemas de computação que venho estudando há várias décadas, excelente, na minha opinião, adequada para esse papel - autômatos celulares . Eles são baseados em regras simples que podem ser explicadas visualmente. Eles trabalham repetindo a aplicação das regras e geralmente levam ao aparecimento de estruturas complexas - e isso, como sabemos, pode ser a base de todos os tipos de tecnologias interessantes.

Observando o autômato celular, você pode começar a construir uma idéia do mundo inteiro ou "Um novo tipo de ciência " - foi o que chamei de livro sobre essas coisas. Mas e se precisarmos transmitir idéias mais tradicionais sobre ciência e matemática? O que fazemos?

Talvez comece com formas geométricas bidimensionais. Em 1820, Gauss propôs desenhar na floresta da Sibéria [ mais precisamente, plantar árvores em uma tundra de uma maneira especial - aprox. transl.] um diagrama representando o teorema de Pitágoras para que os alienígenas possam vê-lo.

Mas é fácil ter problemas. Você pode mostrar sólidos platônicos. Impressões em impressoras 3D são adequadas. Mas desenhos bidimensionais com uma perspectiva dependem de como o sistema visual é organizado. As redes são ainda mais complicadas - como sabemos que essas linhas que conectam os pontos representam conexões abstratas?

Talvez possamos mostrar os teoremas da lógica . Mas como apresentá-los? Você precisa de uma representação simbólica - textual, com a ajuda de árvores, ou de alguma outra maneira. A partir de exemplos computacionais, sabemos que a lógica não é um ponto de partida ideal para a apresentação de conceitos gerais. Mas na década de 1950 isso era desconhecido, e há um livro encantador que tentou criar uma linguagem para se comunicar com alienígenas com base na lógica.

E quanto aos conceitos com números? No filme " Contato"os números primos se tornaram fundamentais. Apesar de sua importância na história da matemática, eles não são particularmente necessários na tecnologia moderna e, onde são usados (proteção criptográfica), sua aparência parece aleatória.

Em um sinal de rádio, os números primos podem servir como uma boa evidência de inteligência. Mas é claro, eles podem ser gerados pelo programa - e bastante simples, incluindo o mesmo autômatos celulares seqüência de números primos não significa automaticamente que ele criou civilização inteligente que poderia ser de algum "e .. natural "do programa.

primos Visualmente é fácil de demonstrar. Mas mais trabalho com eles requer conceitos que não são tão fácil de mostrar diretamente.

É muito fácil cair na armadilha de coisas que são óbvias para os seres humanos. Um dos meus exemplos favoritos é o Pioneer 10 , um artefato humano que avançou mais longe no espaço (hoje são quase 18 bilhões de quilômetros , ou 0,05% da distância até Alpha Centauri). Há uma placa que mostra a linha espectral de hidrogênio de 21 cm. Hoje, a maneira mais óbvia de tal representação seria provavelmente uma linha de 21 cm, mas em 1972 Karl Sagan e outros decidiram fazer algo "mais científico" e fizeram um diagrama esquemático de um processo mecânico quântico que leva a uma linha espectral. O problema é que o diagrama é baseado em convenções humanas - por exemplo, o uso de setas para indicar rotações quânticas - que não estão relacionadas aos conceitos descritos e são muito específicas para o desenvolvimento da ciência humana.

Vamos voltar para a chegada. Para fazer uma pergunta como “qual é seu objetivo na Terra?”, É preciso ir muito além das seqüências binárias ou dos autômatos celulares. Esse é um problema muito interessante, que de uma maneira estranha se assemelha à tarefa muito importante de se comunicar com a IA hoje e determinar quais objetivos e tarefas eles devem ter.

Em certo sentido, as IAs agora são um pouco como inteligência alienígena. Até agora, só entendemos a inteligência humana. Cada exemplo de sua aplicação contém detalhes das condições humanas e da história humana. Mas como é um intelecto que não compartilha esses detalhes?

Uma das conclusões da ciência que eu estava fazendo é que não existe uma linha particularmente clara entre inteligência e resultados computacionais. O mesmo autômato celular ou o clima fazem coisas comparáveis em complexidade ao cérebro. Em certo sentido, eles também estão "pensando". Mas não como pessoas. Eles não têm nosso contexto e nossos detalhes.

Mas, para se comunicar sobre tópicos como metas e objetivos, precisamos encontrar pontos em comum. No caso da IA, estou trabalhando no que eu mesmo chamo de " linguagem da comunicação simbólica ", para expressar conceitos importantes para as pessoas e transmiti-los à AI. Existe uma aplicação prática imediata para isso, como contratos inteligentes. Mas existem objetivos de longo prazo, como criar um análogo da constituição para o comportamento da IA.

Ao nos comunicarmos com estranhos, precisamos desenvolver uma linguagem universal comum que nos permita expressar conceitos que são importantes para nós. Isto não é fácil. As línguas naturais são baseadas nos detalhes das circunstâncias e da história humanas. Minha linguagem de comunicação simbólica está tentando transmitir coisas importantes para as pessoas - e não algo que possa ser importante para estranhos.

Em "Chegada" já se sabe que estranhos têm algo em comum conosco. Como um monólito da Odisseia no Espaço 2001, a julgar pela forma, estabelecemos que as naves alienígenas são artefatos. Eles não se parecem com meteoritos estranhos. Eles se parecem com algo feito com intenção.

Mas com o que? A intenção não pode ser definida abstratamente. Isso só pode ser determinado em relação à plataforma histórica e cultural. E para perguntar a estranhos sobre suas metas e objetivos, precisamos primeiro entender em que plataforma cultural e histórica estamos.

Às vezes, penso no dia em que podemos desenvolver tanto a IA que podemos fazer uma pergunta sobre seus objetivos. Parece-me que a decepção nos espera. Visto que, na minha opinião, não existe uma definição abstrata significativa de um objetivo. E a IA não nos dirá nada inesperado. Sua definição de propósito refletirá sua história e contexto. E sobre isso, como criadores da IA, temos um controle sério.

Mas com alienígenas, isso não é verdade. Mas o filme também é sobre isso.

As filmagens

Toda a minha vida estive envolvido em grandes projetos. E eu sempre me interessei em como diferentes projetos grandes eram organizados. Eu sou uma daquelas pessoas que assistem créditos de filmes até o fim. Então, foi interessante para mim olhar para o projeto de criação de um filme de perto.

Em grande escala, gravar um filme como Arrival é um projeto comparável ao lançamento de uma nova versão completa do Wolfram Language. Existem semelhanças e diferenças.

Ambos os projetos têm idéias e criatividade. Ambos envolvem o compartilhamento de muitas habilidades diferentes. Ambos devem ser reunidos para produzir um produto coeso.

Em certo sentido, os cineastas são mais fáceis do que os programadores. Eles só precisam fazer uma coisa que você pode apenas olhar. No caso de software, e especialmente no desenvolvimento de linguagens, precisamos fazer algo que pessoas diferentes possam usar de um número infinito de maneiras diferentes, incluindo métodos não fornecidos por nós. Obviamente, você sempre pode criar novas versões de software, melhorando-o gradualmente. Um filme só pode ser feito uma vez.

Na questão da gestão de pessoas, é mais fácil trabalhar com software do que filmes como "Chegada". O desenvolvimento de software bem gerenciado tem um ritmo constante, as pessoas têm trabalho constante e equipes constantes por um longo tempo. Um grande número de pessoas geralmente é atraído para filmar um filme, muitos dos quais podem não se conhecer antes, por um curto período de tempo. Surpreendentemente, isso geralmente funciona. Eu acho que, ao longo dos anos, muitas tarefas na indústria cinematográfica foram padronizadas, para que uma pessoa possa trabalhar em algo por uma semana ou duas e depois transferi-lo com êxito para outro.

Liderei vários lançamentos de software completo. E alguém poderia pensar que agora qualquer questão desse tipo seria um processo simples e calmo. Mas ele nunca é. Talvez porque estamos sempre tentando fazer coisas novas e inovadoras. Ou porque essa é a natureza dos projetos. Mas descobri que, para trazer uma boa qualidade ao projeto, sempre preciso trabalhar muito. Pelo menos no caso de nossa empresa, pessoas extremamente talentosas sempre trabalham no projeto. Mas sempre existem tarefas inesperadas que exigem muita energia, concentração e esforço.

Às vezes me pareceu que nosso processo é como filmar um filme. Nos primeiros anos do Mathematica, tínhamos até legendas que pareciam créditos de filmes. Muitas vezes, eu mesmo criava as categorias de pessoas contribuintes (“desenvolvedores líderes de módulos”, “formatação de expressões”, “desenvolvedores líderes de fontes”, ...). Mas depois de dez anos, devido a muitos patches, ficou muito difícil entender isso, e os créditos desapareceram. E ainda assim, durante algum tempo, tentei organizar festas em homenagem ao fim do trabalho, assim como os cineastas. Mas sempre houve alguns problemas ou melhorias críticas, e os principais desenvolvedores não puderam comparecer porque os corrigiram.

O desenvolvimento de software - ou, pelo menos, o desenvolvimento da linguagem - tem algumas semelhanças estruturais com a filmagem de um filme. Tudo começa com um script - uma especificação geral do produto final. Então tentamos criar isso. Inevitavelmente, no final, olhando para o resultado, entendemos que teremos que alterar a especificação. Em filmes como "Chegada", isso acontece na fase final (pós-produção). No desenvolvimento de software, essa é outra etapa de desenvolvimento.

Foi interessante observar como o roteiro e minhas propostas passaram pelo ciclo de vida de "Chegada". Isso me lembrou de como conduzo o desenvolvimento de software: tudo é gradualmente simplificado. Estou fazendo um comentário detalhado sobre como corrigir o diálogo. "Você não deve falar sobre evitar o acerto de contas; seu personagem é muito analítico." “Você não deve dizer que uma nave espacial passou um milhão de anos-luz. Será fora da galáxia. Diga melhor, um trilhão de quilômetros. Mudanças estão sendo feitas. Mas então tudo é simplificado, e a idéia principal é transmitida de uma maneira minimalista. Não vi todas as etapas, mas os resultados me lembraram fortemente o desenvolvimento de software - reduzir todas as dificuldades e tornar tudo o mais claro e simples.

Você pode preencher o quadro?

Minha contribuição para a chegada foi principalmente durante as filmagens do filme no início do verão de 2015. Quase um ano depois disso, ouvi dizer que o filme está em seus estágios finais. Mas de repente, em maio, recebi um email: posso preencher rapidamente um quadro de física plausível para um filme?

Há uma cena no filme com Amy Adams na frente do quadro, e acabou que o que foi escrito estava relacionado à física do ensino médio - e não ao que se poderia esperar de físicos do nível do personagem Jeremy Renner.

Fiquei surpreso porque percebi que não precisava trabalhar muito duro em um quadro branco para os marcadores. Durante todo o trabalho e apresentações de 30 anos, usei computadores e, antes disso, lousas e projetores de filmes. Mas honestamente instalei um quadro branco no meu escritório e comecei a escrever nele (e à mão já escrevo muito raramente), o que, na minha opinião, deveria ter sido escrito por um bom físico tentando entender a súbita ocorrência de viagens interestelares.

Aqui está o que eu criei. Espaços vazios são criados para facilitar a integração de Amy Adams na frente do quadro. Para a versão final do filme, o quadro foi reescrito novamente, portanto, no filme, ele difere da foto abaixo.

Imaginei-me no lugar do personagem de Jeremy Renner ou de seus colegas, que escrevem idéias sobre a nave espacial e as fórmulas correspondentes. Depois de algum tempo, obtive uma boa história de fatos e hipóteses físicas.

Lá está ela.

1. Talvez o navio tenha uma forma tão estranha, porque gira durante o movimento e cria ondas gravitacionais .
2. Talvez seja otimizado para maximizar a intensidade de um determinado padrão de radiação gravitacional.
3. A fórmula de Einstein para a força da radiação gravitacional emitida por uma massa com uma distribuição variável. Q _ij é o momento quadrupolo de distribuição calculado a partir da integral indicada.
4. Elementos de ordem superior, dependendo de momentos multipolares de ordem superior , calculados pelas integrais indicadas da densidade de massa do navio ρ (Ω) ponderada por harmônicos esféricos .
5. As ondas gravitacionais levarão a mudanças na estrutura espaço-temporal representada pelo tensor 4-dimensional h _μν
6. Talvez a nave de alguma forma “flutue” através do espaço-tempo, alimentada pelos efeitos dessas ondas gravitacionais.
7. É possível que turbulência gravitacional com correlações de potência, semelhantes às que surgem ao redor de objetos em movimento em um líquido, seja criada em torno da cobertura do casco do navio (ou o navio "ferva" o espaço-tempo em torno de si).
8. A equação da evolução papapetratensor de rotação em GR em função do tempo τ.
9. A equação do movimento geodésico , que descreve o movimento de objetos no espaço-tempo curvo. Γ é o símbolo de Christoffel determinado pela estrutura espaço-tempo. E sim, essas equações podem ser resolvidas usando o NDSolve na Wolfram Language.
10. A equação de Einstein para o campo gravitacional gerado por uma massa em movimento (o campo determina o movimento da massa, que por sua vez afeta o campo).
11. Outra idéia é a massa negativa da espaçonave, ou pelo menos a pressão negativa. A pressão do gás de fóton é 1/3 ρ; A versão mais comum da energia escura tem uma pressão de -ρ.
12. A equação para o tensor do momento energético, que determina a combinação de massa, pressão e velocidade, é encontrada nos cálculos relativísticos para fluidos ideais.
13. Talvez uma nave seja uma bolha com uma estrutura espaço-temporal diferente. A flecha aponta para a forma do navio desenhado anteriormente no tabuleiro.
14. Os símbolos de Christoffel (“coeficientes de acoplamento em um espaço estratificado tangencialmente”) são importantes para o formato da nave, de acordo com cálculos baseados em seu tensor métrico espacial ?
15. A onda gravitacional pode ser descrita como uma perturbação da métrica espaço-tempo em relação ao fundo plano do espaço Minkowski no qual o TRS atua.
16. A equação de propagação da onda gravitacional, levando em consideração os primeiros efeitos não lineares, devido aos quais a onda se afeta.
17. A equação relativística de Boltzmann que descreve o movimento e a colisão de partículas como os gravitons em um gás de Bose-Einstein .
18. Uma idéia abstrata: provavelmente é possível criar um "laser" a partir de gravitons em vez de fótons , e a nave trabalha com esse princípio.
19. Lasers são um fenômeno quântico. Este é um diagrama de Feynman da interação de gravitons em uma cavidade (os fótons não têm tais interações não lineares diretas entre si).
20. Como fazer um espelho para gravitons? Talvez este seja um metamaterial com uma estrutura microscópica especial até as escalas de Planck.
21. Nos lasers, são utilizados estados coerentes a partir de superposições de um número infinito de fótons, formados por operadores de nascimento infinitamente incorporados , aplicados ao vácuo teórico de um campo quântico.
22. Existe um diagrama de Feynman para isso: esta é a equação autoconsistente de Bethe - Salpeter para um graviton ligado, que pode ser conectado a um laser de graviton.
23. As principais interações não lineares dos gravitons na aproximação perturbada da gravidade quântica.
24. Um possível termo de qualificação para a ação de Einstein-Gilbertde GR para efeitos quânticos.

Entendo que essas próprias explicações podem parecer uma língua estrangeira! Mas eles são modestos o suficiente em comparação com a linguagem da "física completa". Deixe-me explicar uma história física mais simples do quadro.

Começa com a propriedade óbvia do navio: tem uma forma assimétrica incomum. Ele parece uma pedra celtaque pode começar a girar em uma direção e depois mudar de direção. E pensei: talvez o navio esteja girando. E qualquer objeto rotativo não esférico maciço criará ondas gravitacionais. Geralmente eles são fracos demais para serem detectados, mas se o objeto for grande o suficiente ou a velocidade de rotação for grande o suficiente, as ondas também poderão ser fortes. De fato, no ano passado, após 30 anos de pesquisa, foram descobertas ondas gravitacionais de dois buracos negros que giravam entre si e se uniam - e acabaram sendo detectadas a uma distância de um terço do Universo observado. Massas aceleradas criam ondas gravitacionais da mesma maneira que cargas elétricas aceleradas criam ondas eletromagnéticas.

Imagine que uma nave gire rapidamente, criando muitas ondas gravitacionais. Mas e se pudéssemos bloquear essas ondas em um espaço confinado usando o movimento da própria nave? Então teríamos interferência. Mas e se eles forem amplificados coerentemente, como em um laser? Então eles se tornarão mais fortes e começarão a influenciar o movimento da nave - talvez empurrando-a no espaço-tempo.

Mas por que as ondas serão amplificadas? Em um laser convencional usando fótons (partículas de luz), é necessário criar constantemente novos fótons bombeando energia para o material. Os fótons são partículas de Bose-Einstein (bósons), portanto tendem a "se comportar da mesma forma" - portanto, a luz do laser é uma onda coerente. Os elétrons são férmions, o que significa que eles tentam não fazer a mesma coisa, o que leva ao princípio da proibiçãocrítico para a estabilidade da matéria.

Pode-se imaginar que as ondas de luz são compostas de fótons; e as ondas gravitacionais podem consistir em gravitons (embora ainda não tenhamos uma teoria completa para eles). Os fótons não interagem consigo mesmos - basta colocar, pois os fótons reagem com partículas como elétrons que possuem carga elétrica, mas fótons não têm carga. Os gravitons interagem entre si - devido ao fato de interagirem com tudo que tem energia, e eles mesmos a possuem.

Tais interações não lineares podem levar a efeitos incomuns. Por exemplo, os glúons na cromodinâmica quântica interagem de maneira não linear, de modo que permaneçam fechados dentro de partículas como prótons, como se "colassem" juntos. Não está claro o que as interações não lineares dos gravitons levarão. Talvez para um "laser graviton" autossustentável.

As fórmulas acima descrevem a criação e o efeito das ondas gravitacionais. Os inferiores se relacionam com os gravitons e suas interações. Os superiores se relacionam com GR. Os inferiores são uma mistura de abordagens clássica e quântica para gravitons e suas interações. Diagramas são diagramas de Feynman que mostram esquematicamente a propagação de gravitons através do espaço-tempo.

Não sei se um laser de graviton é realmente possível e como ele funcionaria. Mas, em um laser comum de fótons, os fótons pulam dentro de uma certa cavidade, cujas paredes funcionam como espelhos. Infelizmente, não sabemos como fazer um espelho para os gravitons - assim como não sabemos como nos fechar do campo gravitacional (a matéria escura seria um escudo se realmente existisse). No quadro, apontei a possibilidade de fabricar metamateriais de escalas de Planck de 10 a ³⁴ metros (onde os efeitos quânticos se tornam importantes para a gravidade), que poderiam funcionar como um espelho para os gravitons. Outra possibilidade é a operação de um laser de graviton baseado no princípio de um laser de elétrons livre sem cavidades.

Lembre-se, eu queria escrever no quadro o que um bom físico, retirado de um laboratório estadual, poderia pensar ao enfrentar uma situação de um filme. Essas são coisas mais “geralmente aceitas” em comparação com o que eu pessoalmente inventei para viagens interestelares. Mas isso ocorre porque minha teoria depende de minhas outras idéias sobre o trabalho da física fundamental, que ainda não se tornaram geralmente aceitas na sociedade física.

Qual é a teoria correta para viagens interestelares? Eu não sei Eu ficaria muito surpreso se a teoria principal que eu inventei para o filme ou a teoria no quadro fosse verdadeira. Mas quem sabe? Obviamente, seria muito útil se alienígenas voassem até nós em naves espaciais para nos mostrar que vôos interestelares são possíveis.

Qual é o seu objetivo na terra?

Se alienígenas aparecerem na Terra, uma das perguntas óbvias será: por que você está aqui? Qual é o seu objetivo? Os personagens do filme falam muito sobre isso. E quando Christopher e eu estávamos no set, fomos convidados a fazer uma lista de respostas possíveis, que poderiam ser colocadas em um quadro ou em um tablet. Aqui está o que descobrimos:

• Colonização.
Mineração.
Comércio.
• Filantropia.
Evangelismo.
Turismo.
• conquista e expansão.
• Zoologia, etnologia, geologia.
• Expansão da rede interestelar de mensagens.
• Mapeando o universo.
Curiosidade.
Treinamento.
Teste de tecnologia.
• Procure asilo.
Acidente.
• tradição ritual.
• Algo incompreensível para as pessoas.
• assim mesmo.

Eu já observei que o próprio princípio do propósito é algo intimamente relacionado aos contextos culturais e outros. Curiosamente, ao compilar essa lista em diferentes momentos históricos, as pessoas colocavam pontos diferentes nela. Também é interessante quais objetivos a IA e os seres humanos podem perseguir no futuro. Posso ser muito pessimista, mas parece-me que para as pessoas futuras, IA e alienígenas, a resposta a essa pergunta estará no universo computacional de possibilidades - para o qual hoje não temos palavras e conceitos.

E agora é um filme. O

cinema acabou sendo muito bom, as primeiras críticas são animadoras. É muito interessante ver essas coisas (e o código 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

Foi interessante participar de sua criação, estimulou. Comecei a entender melhor o que a criação de todos os filmes que assisto inclui e o que vale a pena combinar ciência com ficção emocionante. Também comecei a fazer perguntas científicas que não havia alcançado antes - relacionadas a todas as coisas que me interessavam.

Não consigo deixar de pensar no que aconteceria se os alienígenas realmente chegassem à Terra. Gostaria de pensar que, participando da criação da “Chegada”, estou um pouco mais preparado para isso. E, é claro, se seus navios se parecerem com pedras celtas gigantes, já temos um bom código da Wolfram Language para isso.

Como poderia funcionar uma nave alienígena?