The Science of Interstellar (Kip Thorne): filmin bilimi, özeti ve okuma rehberi

The Science of Interstellar, Amerikalı kuramsal fizikçi Kip Thorne'un, Christopher Nolan'ın önsözüyle Kasım 2014'te W. W. Norton & Company'den çıkan kitabıdır. Thorne, Yıldızlararası (Interstellar) filminin hem bilim danışmanı hem de yürütücü yapımcılarından biriydi; kitap, filmde gördüğümüz kara delik, solucan deliği, zaman yavaşlaması ve ileri boyut fikirlerinin arkasındaki fiziği filmi yapan kişinin ağzından anlatır. Bu yazıda kitabın içeriğini, ne kadar sağlam bilime dayandığını ve kimin için uygun olduğunu bulacaksınız.

Kitap ne anlatıyor?

Kitabın temel sorusu şudur: Bir bilim kurgu filmi, bilinen fizik yasalarına sadık kalarak ne kadar ileri gidebilir? Thorne bu soruyu filmin sahnelerini birer fizik problemine çevirerek yanıtlar. Okur önce evrenin, uzay-zamanın ve görelilik kuramının temel kavramlarını öğrenir; ardından bu kavramların film için neden gerekli olduğunu görür. Kitap yedi kısımdan ve filmin nasıl doğduğunu anlatan ek bir bölümden oluşur; Nolan'ın önsözü başa eklenmiştir.

Anlatım, denklem yığmak yerine görsel örneklere, çizimlere ve film karelerine dayanır. Thorne her konuda filmin gösterdiği ile gerçek fiziğin söylediği arasındaki farkı açıkça belirtir; filmde bilimsel olarak yanlış olan bazı ifadeleri de kitapta ele alır. Bu dürüstlük, kitabı bir reklam metni olmaktan çıkarıp gerçek bir bilim kitabına dönüştürür.

Kitabın kurgusu da buna uygundur: Her büyük film fikri (bir kara deliğin çevresinde dönen bir dünya, bir kestirme geçit, zamanın farklı akması) önce gerçek fiziğin hangi başlığına oturduğu söylenerek açılır, sonra o başlığın temeli verilir. Okur filmi bir bilmece gibi çözerken kendini fiziğin içinde bulur.

Kitabın özeti

Bu bölüm kitabın sonunu da anlatır. Kitap, sahne sahne değil konu konu ilerler; ana fikirler şöyle özetlenebilir:

• Zemin hazırlığı: Evren, uzay-zaman, fizik yasaları, görelilik ve gelgit kuvvetleri (bir cismin farklı noktalarına uygulanan çekimin farkından doğan germe ve sıkıştırma) anlatılır. Sonraki bölümlerin dili bu kavramlarla kurulur.
• Gargantua: Filmdeki dev dönen kara delik tanıtılır. Thorne, böyle bir kara deliğin çevresindeki ışığın nasıl büküldüğünü ve bunun film için nasıl bilgisayarda görselleştirildiğini anlatır. Burada ana fikir, filmdeki görüntünün bir sanatçı tasarımı değil, genel görelilik denklemlerinin çözümünden çıkmış bir görüntü olduğudur.
• Dünya'daki kriz: Filmin kurgusal "kuruma" felaketi ve insanlığın Dünya'dan ayrılma gerekçesi ele alınır.
• Yıldızlararası yolculuk: Filmdeki uzay yolculuğu için gerekli teknolojilerin neler olabileceği tartışılır; ışıktan hızlı seyahat bu çerçevenin dışında tutulur.
• Solucan delikleri ve kütleçekim dalgaları: Uzak bir yıldız sistemine kestirme yol sağlayan solucan deliği fikri ile Thorne'un asıl uzmanlık alanı olan kütleçekim dalgalarının gözlemi bir arada işlenir. Bu iki konu, uzay-zamanın esnek bir yapı olduğu fikrinde buluşur: Ona hem kestirme bir geçit açılabilir hem de içinden dalgalar geçebilir.
• Kara delik çevresinde gezegenler: Böyle bir çevrede bir gezegenin oluşup oluşamayacağı ve orada zamanın nasıl akacağı ele alınır. Okur, kütleçekimin zamanı yavaşlattığı fikrinin filmin hikâyesine nasıl bağlandığını bu bölümde görür.
• İleri fizik: Ek boyutlar, kütleçekim sabitindeki olası değişimler ve farklı tekillik türleri (BKL ve kütle şişmesi tekillikleri) gibi kuramsal sınır konuları anlatılır.
• Final: Kahramanın Gargantua'ya dalışı, dört boyutlu uzay ve filmin "tesseract" sahnesi açıklanır. Thorne bu bölümde bilinenle varsayımı özenle ayırır, çünkü kara deliğin içi gözleme kapalıdır.
• Ek bölüm: Filmin nasıl doğduğu anlatılır; bu, bir bilim insanıyla sinemacıların birlikte çalışmasının öyküsüdür.

Yazar ve yazıldığı dönem

Kip Thorne, 1 Haziran 1940'ta ABD'nin Utah eyaletindeki Logan'da doğdu. Caltech'te 1991-2009 arasında Richard P. Feynman Kuramsal Fizik Profesörü olarak çalıştı; sonrasında aynı kürsünün emekli profesörü oldu. Popüler bilim alanındaki bir önceki büyük kitabı Black Holes and Time Warps (1994) bu alanda Phi Beta Kappa Bilim Ödülü'nü aldı. 2017'de Rainer Weiss ve Barry Barish ile birlikte, LIGO dedektörüne yaptığı kararlı katkılar ve kütleçekim dalgalarının gözlenmesi nedeniyle Nobel Fizik Ödülü'nü paylaştı.

Film projesi, Thorne'un yapımcı Lynda Obst ile birlikte kavramsal geliştirmeye katılmasıyla başladı. Thorne, çalışma sırasında iki ilke koydu: Hiçbir şey kanıtlanmış fizik yasalarını çiğnememeli, spekülatif unsurlar da senaristin hayal gücünden değil bilimden doğmalıydı. Thorne'un Nolan'ı ışıktan hızlı yolculuğu filmden çıkarmaya ikna etmesi yaklaşık iki hafta sürdü. Kitap, bu ortak çalışmanın birinci elden kaydıdır ve film vizyona girdiği Kasım 2014'te yayımlandı.

Kitaptaki bilim: Ne kanıtlı, ne varsayım?

Zaman yavaşlaması gerçektir. Güçlü bir kütleçekim alanındaki saat, uzaktaki bir saate göre yavaş işler. Bu etki laboratuvarda ölçülmüştür: 1971'deki Hafele-Keating deneyinde Dünya'nın çevresinde uçurulan atom saatleri göreli kuramın öngörüsünü doğruladı, GPS uyduları da bu etki yüzünden sürekli düzeltme gerektirir. Filmdeki zamanın "yıllara denk gelen saatler" biçiminde akması abartılmış ama fizik temelli bir uç örnektir; ayrıntısı için Interstellar'daki zaman yavaşlaması gerçek mi? yazımıza bakabilirsiniz.

Gelgit etkileri gerçektir. Bir kara deliğe yakın bir cismin kara deliğe bakan tarafı, uzak tarafından daha güçlü çekilir; bu fark cismi gerer. Küçük kütleli bir kara deliğe yaklaşan cisim olay ufkuna varmadan bu yüzden parçalanabilir, oysa çok büyük kütleli bir kara deliğin ufkunda gelgit etkisi daha zayıftır. Bu fark, kitabın ilk bölümlerindeki gelgit kavramının neden sonraki konuların anahtarı olduğunu gösterir.

Kara delik görüntüsü gerçekten hesaplandı. Filmin görsel efekt ekibi DNEG, Gargantua'yı genel göreliliğin denklemleriyle çizdi. Bazı kareler 100 saate varan sürede işlendi ve toplam veri 800 terabayta ulaştı. Çalışma üç bilimsel makaleyle sonuçlandı; bunlardan biri Classical and Quantum Gravity dergisinde yayımlandı (Oliver James, Eugénie von Tunzelmann, Paul Franklin ve Thorne tarafından yazılan, dönen kara deliklerin kütleçekimsel merceklenmesini anlatan makale). Thorne, filmdeki çökme (akresyon) diskini seyrek ve Güneş'in yüzeyi kadar sıcak olarak tarif eder; bu sayede disk görünür ışık verir ama öldürücü radyasyon yaymaz. Gerçek bir kara deliğin fotoğrafı 10 Nisan 2019'da Event Horizon Telescope ekibi tarafından M87 galaksisinin merkezindeki kara delik için yayımlandı; ayrıntı için M87* sayfamıza bakın. Filmdeki görüntünün ne kadar gerçekçi olduğunu ayrı bir yazıda tartıştık.

Kütleçekim dalgaları gözlendi. Thorne'un asıl alanı olan bu konu kitapta yer alır. LIGO, 14 Eylül 2015'te iki kara deliğin birleşmesinden gelen dalgayı yakaladı (sonuç 11 Şubat 2016'da duyuruldu). Kuramsal arka plan için kütleçekim dalgaları sayfasına bakın.

Solucan deliği ise hâlâ kuramsaldır. Genel görelilik denklemlerinin solucan deliği çözümleri vardır, ama doğrudan gözlenmiş bir solucan deliği yoktur ve kararlı bir geçidin nasıl var olabileceği açık bir sorudur. Aynısı kara deliğin içi, tekillikler ve filmin son bölümündeki dört boyutlu uzay için de geçerlidir: Bunlar bilinen kuramların sınırında, gözlemle sınanamayan alanlardır. Okur kitabı okurken "bu bölüm ölçülmüş bilgi mi, kuramsal tahmin mi?" sorusunu sormalıdır; Thorne da bu ayrımı gözetmeye çalışır. Konunun genel çerçevesi için genel görelilik ve kara delikler kuramı sayfaları yararlıdır.

Etkisi ve ödülleri

Kitap, filmin bilimini merak eden geniş bir kitleyi popüler fiziğe çeken bir kapı işlevi gördü. Filmin kendisi 87. Akademi Ödülleri'nde en iyi görsel efekt Oscar'ını kazandı; beş dalda aday olmuştu. Görsel efekt çalışması üç bilimsel makaleye dönüştü; bilim insanıyla sinemacının bu kadar yakın çalıştığı örnekler seyrektir. Kitabın etkisi de bu başarıyla birlikte okunur: Film sorular doğurdu, kitap o soruların yanıtlarını bir arada sundu.

Uyarlamaları

Kitap bir uyarlama konusu değil, bir film kitabıdır: Konusu Yıldızlararası (Interstellar) filmidir. Nolan'ın yönettiği film ABD'de 5 Kasım 2014'te gösterime girdi; dünya çapında 730 milyon doların üzerinde hasılat elde etti. Kitabı okumadan önce ya da sonra filmi izlemek ikisini de zenginleştirir.

Kimlere uygun, nereden başlanır?

Kitap, filmi izlemiş ve "bu doğru mu?" diye merak eden lise ve üniversite düzeyindeki okura uygundur. Matematik gerektirmez ama dikkatli okuma ister; kavramlar birbirine yaslandığı için bölümleri sırayla okumak en iyisidir.

• Yeni başlayanlar: Önce filmi (tekrar) izleyin, ardından Gargantua ve zaman yavaşlaması bölümlerini okuyun. Sitedeki kara delikler sayfası ön hazırlık olarak yeterlidir.
• Fiziğe yatkın okurlar: Solucan delikleri, ek boyutlar ve tekillik bölümleri en çok emek isteyen kısımlardır; M-teorisi ve ek boyutlar yazısı bu bölüme iyi bir yardımcıdır.
• Başka bir bakış isteyenler: Aynı konuya daha genel bakan okumalar için Stephen Hawking'in Benim Kısa Tarihim ve Michio Kaku'nun Olanaksızın Fiziği kitapları uygundur.

Kısaca: Bu kitap, bir bilim kurgu filminin ne kadar fiziğe dayanabileceğini, fiziği yapan kişinin gözünden okumanın en iyi yoludur.