“Problem Trzech Ciał” to świeży serial produkcji Netflixa. Jest to przedstawiciel gatunku science-fiction, a jak wiadomo różne produkcje różnie podchodzą do naukowej zgodności. Jak zatem jest w tym przypadku?
UWAGA! Tekst zawiera duże spoilery.
Wielokrotnie w czasie oglądania serialu pojawiały się sceny, które wydawały mi się mało rzeczywiste i pozwoliłem sobie o nich napisać. Prześledźmy je zatem wspólnie w kolejności chronologicznej.
Na dobry początek, w jednej z pierwszych scen serialu, Vera Ye odbiera sobie życie skacząc do zbiornika z wodą, który miał znajdować się w zderzaczu cząstek. Nie ma jednak powodu, żeby w zderzaczu znajdował się taki zbiornik, gdyż są one po prostu bardzo długimi tubami, w których pod wpływem działania pól elektrycznych i magnetycznych cząstki są rozpędzane i nakierowywane na siebie. (“Wielki Zderzacz Hadronów”) Zbiornik tego typu mógłby znajdować się w reaktorze jądrowym, gdzie woda służy do chłodzenia oraz zatrzymuje promieniowanie powstające w wyniku reakcji lub w detektorze neutrin – bardzo drobnych cząstek elementarnych, których miliardy, w każdej chwili przenikają nasze ciała. (Gdak) Z takiego właśnie detektora pochodzi ta scena. Neutrina, które bardzo rzadko z czymkolwiek oddziałują, od czasu do czasu reagują z cząsteczką wody w ogromnym basenie i ta reakcja jest wychwytywana przez detektory na ścianach, które widzimy w tej scenie. (“Super-Kamiokande”)
Niedługo później poznajemy historię Ye Wenjie, której życie się tak potoczyło, że uzyskała możliwość wysłania komunikatu do odległego układu gwiazdowego. Pomińmy fakt, że San-Ti znają chiński, gdyż problem czy komunikacja z tak różną, od naszej, cywilizacją jest w ogóle możliwa (nawet po wielu latach usilnych starań z obu stron), wykracza już trochę poza fizykę. Zastanawiał się nad tym między innymi Stanisław Lem w swoich powieściach “Solaris” oraz “Fiasko”. Komunikacja pokazana w serialu jest wątpliwa fizycznie, gdyż aby wzmocnić sygnał został on “odbity od Słońca”. W tym miejscu pojawia się kilka problemów. Przede wszystkim Słońce taki sygnał raczej by częściowo rozproszyło, a częściowo pochłonęło, jednak nawet jeśli sygnał by się odbił, to odbicie w żaden sposób nie zmienia energii sygnału. (“Odbicie fali”) Owszem Słońce emituje ogromne ilości energii, dzięki którym jesteśmy w stanie przeżyć, jednak energia ta jest w postaci tzw. promieniowania ciała doskonale czarnego, co oznacza po prostu, że jest to promieniowanie cieplne. (“Ciało doskonale czarne”) Promieniowanie tego typu nie może przenosić żadnej informacji, co jest nawet jedną z przyczyn tzw. paradoksu informacji, który dotyka czarne dziury, jest to jednak historia na inną okazję. (“Black hole information paradox”) W związku z tym nawet, jeśli jakoś udałoby się odbić sygnał od Słońca i cała wiązka miałaby łącznie większą energię, to Słońce dodałoby do sygnału jedynie szum, który utrudniałby jego odczytanie.
Przejdźmy teraz do sedna całego serialu – układu czterech(!) ciał, z którego pochodzą San-Ti. Tak, mamy tu do czynienia z układem czterech ciał – 3 gwiazdy i planeta. Co ciekawe podobne układy zdarzają się w kosmosie dość często. Szacuje się, że około połowa obserwowanych gwiazd to układy wielokrotne, tj. dwie lub więcej gwiazd związane grawitacyjnie. Większość tego typu układów nie zachowuje się chaotycznie. Występuje w nich hierarchia, tj. jedna lub dwie duże gwiazdy w centrum, a trzecia i kolejne okrążające centrum po ustalonych orbitach. (“Gwiazda wielokrotna”) Nie oznacza to jednak, że układy chaotyczne się nie zdarzają, lecz zazwyczaj są to bardzo młode układy gwiazdowe, w których trwa walka o stabilne orbity i prędzej czy później dochodzi do ustalenia hierarchii, czasem kosztem jednej z gwiazd, która zostaje wyrzucona grawitacyjnie z takiego układu. (“Trapezia”) Choć odkrywanie gwiazd jest zdecydowanie łatwiejsze niż planet, wiemy o sytuacjach, w których w układzie trzech gwiazd znajduje się również planeta. Jedną z takich planet, HD 188753 A b, odkrył Polak – Maciej Konacki.
Skoro już jesteśmy na odległej planecie i staramy się przeżyć, warto się przyjrzeć problemom, z którymi musieli się borykać San-Ti. Jak dowiadujemy się z serialu, spotykają ich okresy chaotyczne, w których planeta nie ma ustalonej orbity i spokojne, w których okrąża jedną z gwiazd. Nie są to oczywiście wymarzone warunki do rozwoju cywilizacji, jednak problemów z przedstawioną w serialu cywilizacją jest więcej. Po pierwsze wysoce chaotyczny układ potrójny wskazuje, że mamy do czynienia z układem młodym i raczej cywilizacja nie zdążyłaby się w nim rozwinąć. Po drugie w sytuacji, gdy gwiazdy są tak blisko siebie, najprawdopodobniej następowałaby pomiędzy nimi ciągła wymiana materii. Jest to proces, który byłby zdecydowanie bardziej destrukcyjny niż przedstawione silne wiatry i nagłe wzrosty temperatury. (“Binary star”) Jednocześnie mieszkańcom takiej planety na pewno nie groziłoby wciągnięcie przez grawitację gwiazd. Ziemia i my wszyscy jesteśmy nieustannie przyciągani przez Słońce. Cały czas na nie “spadamy”, lecz szybkość, z którą porusza się Ziemia powoduje, że zawsze udaje nam się je minąć. Aby San-Ti mogli zostać oderwani od swojej planety, różnica w przyciąganiu ich i ich planety przez gwiazdy musiałaby być na tyle duża, żeby przewyższyć przyciąganie ich przez planetę. Jest to teoretycznie możliwe, lecz zdecydowanie wcześniej ich planeta zostałaby zwyczajnie rozerwana przez te różnice grawitacji. (“Siła pływowa”)
Jednym z motywów przewodnich serialu są nanowłókna rozwijane przez Auggie. Według przedstawienia mają absolutnie niesamowite właściwości, przede wszystkim w kwestii wytrzymałości i grubości. Nic o takich właściwościach oczywiście jeszcze nie powstało, lecz chciałbym się skupić przede wszystkim na scenie z “cięciem” statku. Jest to scena, która może wydawać się intuicyjna pod pewnymi względami. W końcu im ostrzejszego noża użyjemy, tym łatwiej jest pokroić warzywa. Jest to jak najbardziej prawda, cieńsze obiekty faktycznie lepiej nadają się do cięcia. Nie oznacza to jednak, że nieskończenie cienki obiekt tnie wszystko automatycznie. Obiekty, z którymi się spotykamy są utrzymywane w całości dzięki różnym siłom i przecięcie danego obiektu będzie zależało od pokonania tych sił. W przypadku warzyw czy skóry najważniejsze będą oddziaływania międzykomórkowe, lecz w przypadku statku będą to siły kowalencyjne pomiędzy poszczególnymi atomami. Siły takie są, w porównaniu do oddziaływań międzykomórkowych, znacznie większe i to one właśnie przekładają się na wytrzymałość stali.
Następną bardzo ciekawą kwestią są tzw. sophony, czyli superkomputery zamknięte w pojedynczych protonach. Jest to pomysł bardzo ciekawy pod wieloma względami i czerpiący z kilku różnych teorii i hipotez. Zacznijmy od “rozpakowywania” protonu. Jest to kwestia, na którą współczesna fizyka nie jest w stanie jednoznacznie odpowiedzieć. Jest to problem tzw. kwantowej grawitacji, co sprowadza się do tego, że ogólna teoria względności dobrze opisuje grawitację gwiazd, mechanika kwantowa dobrze opisuje zachowania cząstek, lecz nie wiemy nic o grawitacji cząstek. Jedną z teorii, która stara się rozwiązać ten problem jest teoria strun, która przewiduje istnienie wyższych wymiarów, które w podobny sposób można by “rozwinąć”. Należy jednak pamiętać, że ta teoria nie została W ŻADEN sposób potwierdzona i jest tylko pewnym pomysłem jak może działać świat. Na plus dla serialu można zaliczyć wspomnienie o ogromnych energiach, których wymagałby taki proces, a które to energie są bardzo dużą przeszkodą dla nas w badaniu zjawisk kwantowej grawitacji.
Drugim fizycznie ciekawym aspektem sophonów jest ich sterowanie przez San-Ti. Serial tłumaczy to zjawiskiem splątania kwantowego, które jest jak najbardziej prawdziwe i którego uczymy się używać do tzw. kwantowej teleportacji. W bardzo dużym skrócie zjawisko to polega na tym, że łączymy dwie cząstki ze sobą i każda z nich natychmiastowo reaguje na to, co dzieje się z drugą, nawet jeśli dzieli je wielka odległość. Pojawia się tu jednak kilka problemów, gdyż mechanika kwantowa bardzo ogranicza możliwości sterowania takimi cząstkami. De facto jedyny sposób wpływu na splątanie i uzyskania z niego jakichś informacji, to wykonanie pomiaru jednej z cząstek, a pomiar taki bezpowrotnie niszczy splątanie. Dochodzi również problem z przesyłem informacji, gdyż splątana partnerka owszem, natychmiast reaguje na wykonany pomiar, jednak wykorzystanie jej w jakimkolwiek celu, wymaga przesłania wiadomości o wyniku pomiaru. Splątanie jest jednak tematem, który na pewno powróci jeszcze w wielu utworach Sci-Fi, rozgrzewa debaty już od czasów Einsteina (“Paradoks EPR”) i wiele rzeczy można tu jeszcze zbadać. (Borek)
Na koniec coś o zakończeniu, czyli projekt “Staircase”. W mojej osobistej opinii jest to jedno z najbardziej realistycznych wydarzeń w tym serialu, w związku z tym jak wielką porażką się okazał. Same założenia są jak najbardziej wykonalne. Wielki żagiel, na który miało oddziaływać ciśnienie promieniowania wytwarzanego w czasie detonacji jądrowych, w samym zamyśle jest jak najbardziej fizyczny. Plus również za zrobienie dziury w środku żagla, która miała umożliwić aby eksplozje były centralne i zniwelować odchylenia z kursu. Problemy pojawiają się, kiedy zaczniemy uświadamiać sobie precyzję, której wymagał cały projekt. Tradycyjnie sondy są zaopatrywane w zestaw małych silniczków, które są w stanie korygować odchyły z kursu w czasie rzeczywistym. (Berg) W tym przypadku najmniejsze odchylenie z kursu byłoby tylko pogłębiane przez każdą kolejną detonację. Niesamowicie trudne byłoby również odpowiednie ułożenie ładunków. Nie ma podanych informacji o tym na jakich orbitach się one znajdują, lecz na pewno są w ciągłym ruchu w stosunku do Ziemi i statku. Na nich również nie widać silników korekcyjnych, zatem każdy z ładunków musiał zostać umieszczony na swojej orbicie z niebywałą precyzją, tak aby wszystkie znalazły się w odpowiednim miejscu dokładnie w momencie planowanego przelotu sondy. Nie ma tutaj mowy ani o przesunięciu startu np. przez złą pogodę (co czasem się zdarza w rzeczywistości), ani o tym, że sonda porusza się szybciej niż przewidywano (co zostało zasugerowane w serialu). Warto również zastanowić się co się działo z resztkami pojemników, w których znajdowały się ładunki. Takie kosmiczne śmieci potrafią być absolutnie zabójcze dla sond i satelitów, a żadne z nich nie osiągają tak zawrotnych prędkości jak przedstawione w serialu. Jak zatem widać sam pomysł ma pewne podłoże w fizyce, jest jednak zwyczajnie niewykonalny.
Problem Trzech Ciał to serial, który do fizyki podchodzi z dużym dystansem i jak najbardziej ma do tego prawo! Jest to serial fabularny, a nie naukowy. Każda okazja jest jednak dobra do nauczenia się czegoś nowego. W końcu nigdy nie wiadomo czy ta wiedza nie przyda nam się w przyszłości w procesie rekrutacji naszego mózgu do misji międzygwiezdnej!
Fot. Unsplash
Bibliografia:
Berg, Przemek. “Kosmos. Kosmiczne przyspieszenie, czyli czym napędzać rakiety. Klasyczne silniki rakietowe osiągnęły kres możliwości. Przyszłością misji kosmicznych ma być jądrowy napęd termiczny. Podbój kosmosu.” Projekt Pulsar, 19 April 2023, https://www.projektpulsar.pl/kosmos/2209614,1,kosmiczne-przyspieszenie-czyli-czym-napedzac-rakiety.read. Accessed 31 May 2024.
“Binary star.” Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Binary_star#Configuration_of_the_system. Accessed 31 May 2024.
“Black hole information paradox.” Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole_information_paradox#Relevant_principles. Accessed 31 May 2024.
Borek, Michał. “Nobel z fizyki 2022.” Nauka To Lubię, 4 October 2022, https://naukatolubie.pl/nobel-z-fizyki-2022/. Accessed 31 May 2024.
“Ciało doskonale czarne – Wikipedia, wolna encyklopedia.” Wikipedia, https://pl.wikipedia.org/wiki/Cia%C5%82o_doskonale_czarne. Accessed 31 May 2024.
Gdak, Rafał. “Przez nasze ciała przenika miliardy neutrin. Do tej pory było trudno je wykryć.” Spider’s Web, 4 August 2017, https://spidersweb.pl/2017/08/nowy-detektor-neutrin.html. Accessed 31 May 2024.
“Gwiazda wielokrotna.” Wikipedia, https://pl.wikipedia.org/wiki/Gwiazda_wielokrotna. Accessed 31 May 2024.
“Odbicie fali – Wikipedia, wolna encyklopedia.” Wikipedia, https://pl.wikipedia.org/wiki/Odbicie_fali. Accessed 31 May 2024.
“Paradoks EPR.” YouTube: Home, 9 November 2017, https://pl.wikipedia.org/wiki/Paradoks_EPR. Accessed 31 May 2024.
“Siła pływowa.” Wikipedia, https://pl.wikipedia.org/wiki/Si%C5%82a_p%C5%82ywowa. Accessed 31 May 2024.
“Super-Kamiokande.” Wikipedia, 9 November 2017, https://en.wikipedia.org/wiki/Super-Kamiokande#Description. Accessed 31 May 2024.
“Trapezia.” Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Star_system#Trapezia. Accessed 31 May 2024.“Wielki Zderzacz Hadronów – Wikipedia, wolna encyklopedia.” Wikipedia, https://pl.wikipedia.org/wiki/Wielki_Zderzacz_Hadron%C3%B3w#Budowa_i_dzia%C5%82anie. Accessed 31 May 2024.
