Știința ciudată din filme îndrăgite #1(timp de citire: 11 minute)

Nu de puține ori, în timp ce mă uitam la un film science-fiction, am exclamat: „Ei bine, asta chiar e aiurea!” Aiurea într-un film SF? Neașteptat, dar da, cu siguranță se poate. Un film sau o carte science-fiction, universul fantastic imaginat de autor(i), are – după cum le place acestora să spună – o logică internă, specifică universului creat și, de multe ori, respectă chiar scrupulos legile fizice cunoscute. În cel mai bun caz, fizica este extinsă sau se folosesc elemente din fizica teoretică, iar în cel mai rău caz, fizica este răstălmăcită. Așa ajung concepte din mecanica cuantică – adică a particulelor subatomice – să fie translatate la nivel atomic, ba chiar în astrofizică (vezi Star Trek: Discovery). E doar un ordin de mărime, ba nu, mai multe, dar e același lucru? Ei bine… nu.

Avem găuri negre (Star Trek, Interstellar ș.a.), avem portaluri (Stargate, Star Trek, Transformers, Rick and Morty, Donnie Darko ș.a.), avem tehnologii hiper-, super- și postlumice (cam toate filmele și romanele space opera), avem spațiu pliabil (Dune), avem organisme vii ce rezistă în spațiu (seria Alien), avem încrucișări de ADN diferit (Alien, Prometheus sau Jurassic Park, unde dintr-un țânțar și o broască ies… dinozauri), specii inteligente fără mâini, telepați, telekinetici, schimbători de formă și alți psihopați. Mai avem și călători în timp, manipulatori de spațiu și timp, indivizi ce transcend imaginarul uman cu una sau chiar două inimi. Să nu uităm de roboți, androizi, ciborgi, borgi, droizi și, mai ales, inteligențe artificiale (una dintre ele, contra unei sume modice, ar putea scrie/rescrie acest articol mai bine și mai repede). Ce mai avem? Nave spațiale, specii extraterestre (de cele mai multe ori oameni cu trompă sau caracatițe rasiste), imperii, protectorate, colonii, mineri, șerifi spațiali, bărbați în negru și femei fatale. Și, la final, dar nu cei din urmă, avem și zei.

Lumea science-fiction este un uriaș creuzet în care mulți au căzut și din care puțini au ieșit cu mințile întregi. Nu că alte genuri de literatură ar fi mai ferite de nonsensuri sau de artificii infantile. Dar, cum fantasticul, la sânul căruia SF-ul s-a culcușit alienist, ne este nouă cel mai drag, vom vorbi în continuare doar despre drăcăleniile din filmele și cărțile SF.

Sunetele se transmit cu ușurință în spațiu?

Voi deschide lista cu unul dintre cele mai enervante efecte din filmele de tip space opera: sunetele scoase de nave, lasere, rachete sau muribunzi în spațiu. Excepțiile, precum Odiseea spațială 2001, Interstellar sau Gravity: Misiune în spațiu, sunt exact ceea ce am spus: excepții. În rest, mai ales în filmele cu accente fantasy, cum sunt îndrăgitele Star Trek și Star Wars, spațiul interstelar pare plin de aer – mai rarefiat, dar totuși aer. Altfel nu-mi explic cum se pot transmite sunetele atât de clar.

Gravity: Misiune în spațiu

Știința spune altceva

În realitate, sunetul nu se poate propaga în spațiu deoarece acesta are nevoie de un mediu material (gaze, lichide, solide) pentru a se transmite. Sunetul constă în unde mecanice care se propagă prin comprimarea și dilatarea particulelor dintr-un mediu. În vidul cosmic, particulele sunt atât de puține și distanțate încât nu există suficientă materie pentru a permite undelor sonore să se propage. De aceea, spațiul este tăcut – o liniște absolută, indiferent câte explozii spectaculoase au loc în filme.

Cu toate acestea, undele electromagnetice, precum lumina și razele X, pot călători prin vid, fiind esențiale pentru observarea și înțelegerea universului. Unele filme science-fiction „trădează” realitatea tocmai pentru a oferi spectatorului o experiență audio-vizuală captivantă – explozii zgomotoase și șuierături dramatice, elemente care nu ar putea exista într-un spațiu cosmic autentic, dar care adaugă emoție și energie narațiunii.

Căști luminoase, ecrane dubioase

Cunoașteți vorba: baba suferă la frumusețe? Nu? Ei bine, în zilele noastre îmi e teamă că este o zicală misogină. Așa că o voi schimba în: astronauții suferă la frumusețe.

Desigur, este de domeniul evidenței că luminile ar trebui îndreptate în față, lăsând chipurile astronauților în umbră. Din curiozitate, am testat această tehnică. Am luat o lampă de cort, din aceea care se agață de un cârlig, și mi-am lipit-o de față. O perioadă e ok, însă după un timp începi să obosești, ochii lăcrimează, pierzi detalii, te enervezi și o stingi. Pot înțelege necesitățile teatrale: ca spectator, trebuie să văd mimica actorului, sentimentele de groază, de uimire, de dragoste, de…

De ce nu este realistă iluminarea căștii pe interior?

Iluminarea interioară a căștii unui astronaut este o idee total nepractică. În realitate, o lumină plasată în interiorul căștii ar cauza reflexii pe vizor, făcând imposibilă vizibilitatea spațiului exterior. O suprafață transparentă iluminată din interior acționează ca o oglindă, reflectând lumina înapoi către purtător. Astronauții au nevoie de o vizibilitate cât mai clară pentru a percepe detaliile mediului înconjurător, iar astfel de reflexii ar putea să-i împiedice să observe pericole, obiecte sau indicatoare esențiale pentru misiunea lor.

Marțianul

În plus, lumina directă pe față provoacă disconfort ocular: oboseală, lăcrimare și dificultăți de concentrare. În spațiu, unde condițiile de lumină sunt deja extreme (treceri bruște între întuneric absolut și lumină intensă), o astfel de sursă suplimentară de lumină ar putea fi nu doar iritantă, ci chiar periculoasă.

Sigur, regizorii aleg această soluție pentru că expresiile faciale ale actorilor sunt esențiale pentru a transmite emoție. Dar, din punct de vedere tehnic, un astronaut cu vizorul iluminat din interior nu ar vedea nimic din „frumusețea” spațiului cosmic.

Am văzut astfel de căști în Alien (următoarea imagine), Marțianul (de unde este prima imagine), dar și în alte filme.

Alien: Covenant

Alien: Covenant

Când în realitate un astronaut arată cam așa:

Cu lanterne laterale, care nu-i bat în ochi.

Masă, nu greutate

În multe filme se face confuzia dintre masă și greutate. Să ne lămurim. Masa unei nave cosmice reprezintă suma cantității de materie conținută de obiectele din navă, inclusiv aerul. Pe de altă parte, greutatea este o măsură a forței gravitaționale care acționează asupra navei. Relația dintre ele este:

Greutatea = Masa × Gravitația

O navă în spațiul cosmic, unde gravitația este nulă sau foarte, foarte mică, nu are greutate, dar nu își pierde masa. Masa rămâne constantă indiferent de forța gravitațională, pentru că aceasta este o proprietate intrinsecă a materiei.

De foarte multe ori, acest aspect este trecut cu vederea în filmele science-fiction. Astfel, vedem nave cosmice extrem de subțiri și lungi, ba mai mult, cu mase uriașe concentrate la capete, ceea ce ar fi complet nepractic din punct de vedere ingineresc. O astfel de distribuție a masei ar duce la instabilitate structurală și la probleme serioase de manevrare. Exemple elocvente sunt navele Discovery One din Odiseea spațială 2001 și fregata imperială Nebulon-B din Star Wars.

De ce este importantă masa în spațiu?

Masa unui obiect determină inerția acestuia, adică rezistența sa la schimbarea stării de mișcare. Chiar dacă o navă nu are greutate în spațiu, masa mare înseamnă că este nevoie de o cantitate considerabilă de energie pentru a o accelera, decelera sau schimba direcția. Legea a doua a lui Newton, F = m × a (forța este egală cu masa înmulțită cu accelerația), se aplică și în vidul spațial.

În plus, distribuția inegală a masei poate cauza vibrații sau oscilații necontrolate, mai ales în timpul manevrelor. De aceea, inginerii spațiali din viața reală proiectează nave cu forme echilibrate, compacte și simetrice, evitând structurile fragile și disproporționate pe care le vedem adesea în filme.

Discovery One din Odiseea spațială 2001

fregata imperială Nebulon-B din Star Wars

La pornire, oprire sau întoarcere, aceste nave cosmice s-ar rupe în bucăți. Partea subțire care leagă uriașele mase de la capete s-ar frânge ca un băț de chibrit. Pentru ca motoarele să nu distrugă puntea de legătură, pornirea ar trebui să fie extrem de lină, făcută cu mare grijă. Chiar și așa, forțele care ar acționa asupra punții la orice schimbare de accelerație sau direcție ar fi enorme. Mult mai logic ar fi ca aceste nave uriașe să fie construite pe verticală, cu o distanță mică între motoare și puntea din față. Motoarele ar trebui uniform așezate, astfel încât rezistența la forțele de torsiune, tăiere și forfecare să fie cât mai mare.

Inerția și erorile legate de ea

Tot legat de masă avem forțele inerțiale și dezastrul necunoașterii acestora. În Passengers există un moment în care – să o zicem pe șleau – „se ia curentul” din cauza unor asteroizi buclucași. Ei bine, imediat se oprește gravitația artificială, iar Jennifer Lawrence abia scapă cu viață din apa piscinei în care înota. Scena este frumoasă și plină de suspans, dar… gravitația artificială este obținută prin rotația brațelor navei spațiale.

Nava spațială, aflată în vid, unde nu există atmosferă care să o frâneze, și în lipsa unei gravitații exterioare care să-i încetinească mișcarea, ar continua să se rotească la nesfârșit datorită inerției. Aceasta este definită drept tendința unui obiect de a-și păstra starea de mișcare rectilinie uniformă sau de rotație în absența unor forțe externe. Mai simplu spus, dacă nicio forță externă (de exemplu, frecarea sau gravitația) nu acționează asupra navei, rotația acesteia nu se va opri spontan.

În realitate, oprirea gravitației artificiale ar necesita o forță care să încetinească sau să oprească rotația navei, lucru ce nu se întâmplă „doar” pentru că s-a oprit alimentarea electrică. Rotația brațelor este un proces pur mecanic, nu dependent de „curent”. Astfel, eroarea din scenă este de natură fizică: inerția navei ar face imposibilă oprirea instantanee a gravitației.

Passengers

Este posibil ca, în Passengers, o parte din gravitația locală să fie obținută și din accelerația navei. Cele trei brațe se învârt asemenea unor pale de ventilator în spirală, creând gravitație artificială prin forța centrifugă. Suma celor două efecte – accelerația liniară și rotația – ar putea menține o gravitație locală reglabilă.

Însă chiar și așa, scena rămâne puțin credibilă. Întâlnirea cu un obiect masiv ar putea genera un șoc, ceea ce ar duce la o frânare de urgență, perturbând rotația brațelor și implicit gravitația artificială. Problema este că asupra navei se exercită forțe uriașe, iar oprirea bruscă a unei mase atât de mari nu ar fi doar improbabilă, ci și catastrofală.

Mai degrabă, nava s-ar rupe în bucăți, similar cu scena din Cerul de la miezul nopții (The Midnight Sky), unde designul navei este atipic: masa este grupată în zona centrală pentru echilibru, dar propulsoarele rămân fragil legate de restul structurii. Această separare între secțiuni critice face ca nava să fie vulnerabilă la forțele de torsiune și forfecare generate în urma unui șoc sau a unei decelerări bruște.

De ce este rotația critică pentru gravitația artificială?

Gravitația artificială creată prin rotație depinde de viteza de rotație și de raza la care se află punctele de referință (de exemplu, podeaua navei). Formula forței centrifuge este:

F = m × ω² × r

Unde:

• m este masa obiectului,
• ω este viteza unghiulară a rotației,
• r este raza rotației.

Dacă brațele s-ar opri brusc, forța centrifugă ar deveni zero, iar astronauții ar experimenta imponderabilitatea. Însă oprirea unei astfel de rotații într-o navă masivă ar necesita o forță imensă și, mai mult decât atât, ar transmite șocuri structurale de-a lungul întregii nave. Aceste șocuri ar putea duce la fisuri, desprinderi sau chiar colaps structural, mai ales în cazul designurilor alungite sau segmentate.

Va continua.