Pols d'estels

La pel·lícula de Christopher Nolan que conta la peripècia d’uns astrònoms amb la missió de salvar la humanitat és el film més interessant de l’any 2014 per l’argument, per la reflexió que fa sobre el possible futur de la vida a la Terra però sobretot per l’acurada precisió en l’aplicació de les lleis de la relativitat general d’Einstein. Ja fa temps que tenia pendent parlar d’aquest film en el bloc però, fa uns dies vam estar parlant amb el professor del departament d’Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València José Antonio Font Roda, el camp d’investigació del qual és justament relativitat i gravitació.

1. Les freqüents relliscades presents en superproduccions cinematogràfiques, l’escàs rigor amb que la ciència i la tecnologia són il·lustrades en la gran pantalla, la falta de precisió… poden donar la imatge que ciència i cinema són dos mons incompatibles i antagònics. Què n’opina vostè?

És possible que així siga encara que d’altra banda crec que es pot arribar a un tipus de conclusió similar si s’analitza el tractament que altres àrees del coneixement han tingut en el cinema, com per exemple la història, l’antropologia, o les ciències jurídiques. Possiblement si un expert en dret analitza una pel·lícula que tracte sobre judicis i advocats arribe a la mateixa conclusió — dret i cinema són dos mons incompatibles — per no esmentar el que pot arribar a ocórrer en terrenys més relliscosos com és el cas de la història. Minimitzar els errors i augmentar la veracitat de les pel·lícules requereix temps (formació i revisió) i diners (assessorament professional), la qual cosa no té per què ser prioritari en una producció cinematogràfica.

2. En les darreres setmanes ha copsat les cartelleres una pel·lícula de ciència ficció, Intestellar, que està tenint gran rebuda tant entre el públic com entre els crítics del cinema. Com a especialista en astrofísica, quina és la seua valoració de la pel·lícula? Malgrat ser una ficció, és realista en termes científics? En definitiva, hi pesa més la ciència o la ficció?

La meua valoració de la pel·lícula “Interstellar” és bastant positiva doncs conté un bon nombre d’aspectes científics que de forma natural la fan molt interessant per als que ens dediquem professionalment a la investigació en relativitat i gravitació. Hi ha aspectes com la representació del forat negre en rotació amb un disc d’acreció al seu voltant o l’ús de la dilatació temporal gravitatòria que són realistes, en el sentit que són el resultat d’aplicar les lleis de la teoria de la relativitat general.

Hi ha altres aspectes relativistes més difícils d’entendre i més especulatius que també poden ser interessants i que sembla que s’han utilitzat implícitament en el desenllaç final de la pel·lícula quan l’astronauta Cooper (interpretat per Matthew McConaughey) es troba atrapat a l’interior del forat negre, en el teseracte. En el nostre espai quadridimensional el temps només flueix en una direcció (cap avant) al contrari del que ocorre en la pel·lícula, la qual cosa és una picada d’ullet a teories de més dimensions com ara les branes de la teoria M.

Malgrat que la ciència té un pes molt important en la pel·lícula, la ficció té, a la meua manera de veure, un pes encara major. Per exemple, la presència d’un forat negre supermassiu en les proximitats de Saturn és pura ficció. De la mateixa forma, la mera existència de forats de cuc a través dels quals es puga viatjar és més que dubtosa (la seua creació comporta un canvi de la topologia espacial de l’espai-temps) i, de fet, la nostra comprensió actual de la natura nega fins i tot la seua existència. Un forat de cuc no és més que un concepte purament matemàtic del que no existeix confirmació observacional, és simplement una solució matemàticament vàlida de les equacions de camp d’Einstein de la teoria de la Relativitat General. Científics notables com Stephen Hawking o Kip Thorne pensen que és possible no solament que existisquen els forats de cuc sinó que es puga viatjar a través d’ells en les dues direccions (d’entrada i eixida), encara que açò requereix l’existència de matèria “exòtica” (en el sentit de no ordinària com la que constitueix la natura) per a estabilitzar aquest tipus de “túnels” de l’espai-temps. Aquesta matèria exòtica es caracteritza per tenir densitats d’energia negatives, l’existència de la qual podria ser viable, almenys teòricament, per un efecte quàntic denominat efecte Casimir. D’altra banda, en algunes teories més recents que modifiquen la Relativitat General incorporant dimensions extres (més de quatre), s’han trobat solucions matemàtiques admissibles de les equacions de camp tipus “forat de cuc” en els quals es pot viatjar sense necessitat d’utilitzar la hipòtesi de matèria exòtica. La validesa real de totes aquestes possibilitats està encara pendent de ser confirmada.

3. Explosions i sons a l’espai, viatges a la velocitat de la llum, planetes amb gravetat terrestre… són alguns dels errors i imprecisions més freqüents a les pel·lícules ambientades en l’espai. En el cas d’Interstellar, ha vist alguna errada o incertesa? I quins són els encerts més destacats? Forats negres, forats de cuc, dilatació temporal… està això ben representat a la pel·lícula?

La pel·lícula, en la seua major part, ha tractat de mantenir el rigor científic encara que s’ha permès alguna llicència artística, supose que per dotar a la trama de certa coherència narrativa. Entre aquestes llicències, que no caldria anomenar errors, estan les ja esmentades anteriorment (la presència del forat negre supermassiu en les proximitats de Saturn i l’existència de forats de cuc pels quals poder viatjar) a les quals cal afegir l’esment a les branes en el desenllaç de la pel·lícula, la qual cosa obliga a l’espectador a acceptar com a vàlida la possibilitat que el temps puga fluir en els dos sentits possibles, que és el que li succeeix a l’astronauta Cooper quan es troba atrapat en el teseracte. Potser alguns dels errors més aparents de la pel·lícula siguen l’existència de gel en els núvols de l’atmosfera d’un dels planetes que visiten els astronautes, l’absència de colors en el disc d’acreció del forat negre mostrant el desplaçament Doppler de l’espectre electromagnètic cap al roig i el blau, o la hipotètica presència de planetes “habitables” en les proximitats del disc d’acreció que ha d’emetre radiació electromagnètica de molt alta freqüència (raigs X).

En contrapartida, la pel·lícula té molts encerts científics. Entre aquests podem citar els quatre següents:

a) Creuar l’horitzó d’esdeveniments d’un forat negre. L’horitzó d’esdeveniments o de successos és la superfície que defineix el forat negre, ja que separa causalment el seu interior (d’on res pot escapar ja que seria necessari assolir una velocitat d’escapament superior a la velocitat de la llum) del seu exterior. Creuar l’horitzó (i no morir en l’intent) és viable depenent de la massa del forat en qüestió. Si el forat negre no té rotació l’horitzó està situat a una distància que és directament proporcional a la massa del forat negre i a la constant de la gravitació de Newton i inversament proporcional al quadrat de la velocitat de la llum. Si el forat negre té una massa igual a la del nostre Sol, el seu horitzó té una grandària d’uns 3 km. Si és un forat negre supermassiu de, diguem, una massa d’1 milió de sols (s’estima que el forat negre central de la Via Làctia té una massa d’uns 4 milions de sols), el seu horitzó té una grandària d’uns 3 milions de km. En el primer cas, les forces gravitacionals de marea que patiria l’astronauta en els seus peus mentre cau cap al centre del forat negre serien moltíssim més intenses que les que patiria el seu cap, de manera que en creuar l’horitzó l’astronauta patiria un procés d'”espaguetització” del que no n’eixiria sa i estalvi. No obstant açò, en el segon suposat, la magnitud de les forces de marea en l’horitzó de successos d’un forat negre supermassiu és similar a les forces que patim en la Terra, per la qual cosa l’astronauta no notaria res especial en creuar l’horitzó.

b) La representació del forat negre supermassiu en rotació. Per a reproduir un forat negre és necessari descriure el moviment de la matèria i de la radiació en l’exterior del seu horitzó de successos, ja que són els observables que podem intentar detectar. Per a açò es pot analitzar el moviment de partícules prova en el camp gravitatori generat pel forat negre. Aquestes partícules segueixen unes corbes denominades geodèsiques, que matemàticament no són més que equacions diferencials ordinàries que poden resoldre’s amb certa facilitat. En funció de les característiques del potencial gravitatori del forat negre i del moment angular de les partícules prova, és fins i tot possible trobar òrbites circulars estables. Aquest tipus d’òrbites són les que presumiblement es mostren en la pel·lícula, en forma d’un disc de matèria al voltant del forat negre. La reproducció ha de ser, sense dubte, fidel donat que no presenta excessives dificultats numèriques ni de visualització amb el tipus de programari del que es disposa en l’actualitat. De fet, ja l’any 1991 es va presentar aquest tipus de visualització realista d’un disc d’acreció al voltant d’un forat negre com a resultat d’un càlcul numèric pioner realitzat pel Prof. Jean-Alain Marck (Observatoire de Paris-Meudon) i que pot trobar-se, per exemple, en el següent vídeo:

Una breu explicació proporcionada pel propi Kip Thorne de la visualització del forat negre d'”Interstellar” pot veure’s en el vídeo:

c) Dilatació temporal gravitatòria. L’efecte de la dilatació temporal gravitatòria va ser predit per la teoria d’Einstein de la Relativitat General i ha sigut confirmat experimentalment situant rellotges atòmics a diferents altures sobre la superfície de la Terra. Bàsicament ve a dir que quan major és el potencial gravitatori, més lentament passa el temps. En la pel·lícula dos dels protagonistes baixen al planeta Miller mentre que un tercer es queda en la nau. Com el potencial gravitatori és inversament proporcional a la distància, el protagonista que es queda en la nau sent un potencial gravitatori menor que els dos que baixen al planeta. Per a saber si els càlculs de la dilatació temporal que cita la pel·lícula són correctes, caldria conèixer a quina altura es troba la nau respecte del planeta i quina és la dependència de l’acceleració de la gravetat amb l’altura en aquest planeta. Possiblement els càlculs siguen correctes ja que no presenten major complicació.

d) Ones gegants. Les ones gegants del planeta Miller són un efecte cridaner que es produeix com a conseqüència de les forces gravitacionals de marea que experimenta el planeta a causa de la proximitat del forat negre. Aquest efecte és anàleg a les ones dels nostres oceans terrestres, originades per les forces de marea de la nostra Lluna (i del Sol). El fet que en el planeta Miller siguen molt més grans que en la Terra es deu al fet que l’efecte gravitatori que origina la presència del forat negre és molt major que la petita pertorbació que el camp gravitatori de la Lluna origina en la Terra.

El lector interessat a aprofundir en l’explicació de tots i cadascun dels conceptes físics que es discuteixen en “Interstellar” està d’enhorabona, ja que  Kip Thorne mateix, assessor científic de la pel·lícula a més de productor executiu, acaba d’editar un llibre de divulgació en el qual es proporcionen totes aquestes explicacions. El llibre es titula “The Science of Interstellar” (WW Norton, 2014) i, a dia d’avui, es troba tan sols disponible en anglès.

4. Nolan ha treballat colze a colze amb l’astrofísic Kip Thorne, que l’assessorà sobre l’enfocament científic de la pel·lícula, per exemple en temes com la teoria del forat de cuc, o pont Einstein-Rosen. Creu que aquesta col·laboració ha estat clau en el resultat final d’Interstellar? Considera que caldria treballar sempre amb un comitè assessor en les pel·lícules que tracten aspectes científics?

Sens dubte les idees de Thorne (i d’alguns altres) pel que fa a la possibilitat matemàtica de l’existència de forats de cuc pels quals viatjar entre dos universos paral·lels, són essencials en la pel·lícula. La col·laboració entre Thorne i Nolan en aquest aspecte em sembla d’allò més natural doncs uneix el rigor científic del primer en la descripció i visualització de l’espai-temps d’un forat negre amb el domini cinematogràfic del segon en l’ús d’imatges visuals d’impacte i en la forma d’explicar una història. Potser puga interessar al lector saber que totes les idees científiques subjacents als viatges per forats de cuc i les seues potencials implicacions van ser recopilades per Thorne en un llibre de divulgació titulat “Agujeros negros y tiempo curvo: el escandaloso legado de Einstein” editat per Crítica l’any 2000. Sembla ser que aquest llibre va ser, de fet, el punt de partida de la pel·lícula.

Comptar amb un comitè assessor per a realitzar pel·lícules que tracten aspectes científics és sens dubte una bona idea i, en el cas d'”Interstellar”, ha sigut clau per a ajudar a obtenir un resultat final excel·lent ja que la sinergia entre Nolan i Thorne ha d’haver sigut completa. Dit açò, l’assessorament científic no té per què garantir un èxit de taquilla si la pel·lícula no compleix la seua principal missió que és, al meu entendre, la d’entretenir explicant una bona història.

5. Sovint es dóna una imatge del científic en clau masculina i fidel a determinats arquetips: savi boig, aprenent de bruixot, aventurer heroic i màrtir…  En el cas d’Interstellar, com són representats els i les científiques? Hi ha presencia femenina activa, o la dona segueix en el paper d’ajudant servil?

Sí, tots estem familiaritzats amb la imatge estereotipada del geni o del científic brillant. És un clixé que fa temps que ha sigut socialment acceptat i que sens dubte ha de ser atractiu per al gran públic (vegeu, per exemple, el gran èxit de la sèrie de televisió “The Big Bang Theory“, sèrie que potser haja ajudat a atraure a més d’un alumne o alumna a la Facultat de Física). En el cas d'”Interstellar” aquest estereotip no em sembla que haja sigut massa explotat doncs tan sols es pot aplicar a algunes poques escenes com, per exemple, quan es veure al personatge de Michael Caine discutir sobre les seues idees sobre la gravetat a l’interior dels forats negres o quan Murph, la filla de l’astronauta Cooper (interpretada per Jessica Chastain) aconsegueix, aparentment, resoldre el problema d’unificar la mecànica quàntica amb la relativitat general, obtenint una teoria de gravetat quàntica vàlida fins i tot en regions de l’espai-temps amb singularitats de curvatura (gravetat infinita) com ocorre a l’interior dels forats negres. Hi ha un breu clímax en el qual Murph, amb gran alegria, crida Eureka i actua de manera excèntrica llançant al vent els folis amb tots els seus càlculs. Aquesta escena exemplifica el clixé del científic (o científica) boig en tota la seua esplendor.

La presència femenina en la pel·lícula és molt activa, doncs dos dels personatges principals interpretats per actrius són claus en el desenvolupament de la trama i en el seu desenllaç, l’astronauta Amelia Brand (interpretat per Anne Hathaway) i la científica Murph qui, finalment, resol el problema i aconsegueix salvar la humanitat, que és del que es tracta habitualment en les grans superproduccions d’Hollywood.

6. Les comparacions són odioses, però inevitables. La revista Jot Down titulava «2014: Una odisea del espacio». Què té Interstellar que no tinga Apollo 13, Gravity o 2001: Una odisea del espacio? O, pel contrari, creu que alguna d’aquestes produccions (o altra que vostè propose) mereixen millor valoració que Interstellar?

“Gravity” em va encantar, ofereix una representació que imagine molt real del que ha de sentir un astronauta en un passeig espacial, i les imatges són espectaculars. “2001: Una odissea de l’espai” la vaig veure fa molts anys i és òbviament una obra mestra del cinema, fins i tot una pel·lícula de culte. Si be no recorde molts detalls de “2001” ni possiblement haja entès mai el desenllaç, si recorde la inquietud que em va produir Hal, l’ordinador que en un moment donat decideix prendre control de la nau espacial. Una de les escenes que no he oblidat és aquella en la qual el protagonista, l’astronauta Dave Bowman, decideix finalment desconnectar Hal. La recorde com una escena carregada de tensió i que transcorre molt lentament. A mesura que Dave es va acostant a Hal se sent la veu d’aquest sol·licitant repetides vegades a l’astronauta que no ho faça (“Just, what do you think you’re doing Dave?“). És una escena magnífica, rematada amb el toc mestre del geni Kubrick en fer que Hal comence a cantar una melodia poc familiar en el moment en què està sent desconnectat i les seues bateries s’apaguen. Aquesta cançó es titula “Daisy Bell”, i va ser la cançó utilitzada per IBM en 1961 quan programadors d’aquesta companyia van aconseguir fer cantar per primera vegada a un superordenador, concretament al model IBM 7094. Gràcies a Internet podem recordar com sonava aquesta actuació històrica:

I també com la canta Hal, fins a emmudir:

Òbviament les escenes finals de “2001” s’associen també amb un viatge en el temps, i potser es puguen relacionar amb un viatge temporal a través d’un túnel de l’espai-temps, un forat de cuc tal vegada, com en “Interstellar”. No oblidem que “2001” es va estrenar en una època (finals dels anys 60) que, en certa manera, va marcar l’inici de l’època daurada en la investigació en forats negres (tota la dècada dels anys 70) fent que aquests es posaren molt de moda. El propi terme “forat negre” va ser encunyat per John Archibald Wheeler l’any 1967 (un any abans de l’estrena de “2001”) i ràpidament va tenir una gran acceptació no solament entre la comunitat científica sinó també entre el públic en general. Wheeler, per cert, va ser el director de la tesi doctoral de Kip Thorne a la Universitat de Princeton, el famós assessor científic d'”Interstellar”.

Respecte a “Apollo 13” no puc fer cap comentari, doncs no l’he vista.

7. Tornant a la pel·lícula de Nolan, què és allò que més li impressionà en veure-la, allò que voldria destacar? (siga de la trama, dels efectes especials, de la forma de representar l’espai…)

A risc de ser repetitiu, destacaria en general l’ús que es fa de moltes idees i conceptes de la teoria de la Relativitat General i, en particular, del concepte del forat de cuc, concepte central en la trama de la pel·lícula. Des d’un altre punt de vista em va cridar poderosament l’atenció com retrata Nolan les contradiccions de l’espècie humana, com simultaneja la seua grandesa i la seua misèria, no solament per la forma d’actuar, èticament reprotxable, del científic principal encarregat de la missió (interpretat per Michael Caine) sinó, sobretot, per l’escena en la qual l’astronauta interpretat per Matt Damon s’oblida que d’ells depèn el futur de la humanitat i només cerca la seua pròpia salvació intentant acabar amb Cooper. El transfons moral en l’escena de la baralla a mort entre aquests dos “triats” crec que mereix ser destacat.

8. Si ens desprenem de l’espectacularitat d’una superproducció, què queda en el fons d’aquesta pel·lícula? Quina tesi planteja aquesta distopia? Amb quin ensenyament moral hem d’eixir del pati de butaques?

Encara que el missatge de la pel·lícula és — com no — optimista, superar les dificultats per a aconseguir l’idíl·lic “final feliç” que ens proposa Nolan sembla un objectiu tan fóra del nostre abast que no puc ser una altra cosa que pessimista sobre aquest tema. En el fons de la pel·lícula hi ha un missatge de profunda preocupació sobre la supervivència de la nostra espècie, unit al fet que aquesta sembla que passa perquè som capaços d’eixir del nostre planeta a la recerca d’altres mons habitables. Aquesta part més filosòfica que tracta la pel·lícula, en el que té a veure amb l’esgotament dels recursos en la Terra, no em sembla en absolut desgavellada. Els recursos del nostre planeta són limitats i la població ve creixent a un ritme exponencial des de finals del segle XVIII. És evident que tal situació és insostenible. D’altra banda, el trasllat massiu dels habitants del nostre planeta a altres mons sembla un assumpte gens trivial. Si la solució passa per que algú — una civilització avançada, un ser superior — col·loque un forat de cuc al nostre abast (a poc més de 8 unitats astronòmiques de distància de la Terra) sembla que el futur és poc encoratjador. En qualsevol cas, estic convençut que si existeix una solució, només la investigació en ciència i tecnologia podrà conduir-nos a ella. Potser aqueixa siga la conclusió més ferma que un haja de portar-se a casa.

Mes informació:

La entrevista d’Íngrid Lafita a José Antonio Font Roda per a Mètode: «Interstellar»: ciència i llicències.

Entrevista a José Antonio Font Roda sobre Interstellar a Ecos del Cosmos, programa d’astronomia de la Ràdio de la Universitat de València. Podcast: Ecos del Cosmos, 12 de desembre 2014

La física de Interstellar, La Ciencia de la Mula Francis.

Imatge:

1-5. Els viatges a través dels forats de cuc per l’univers i els forats negres supermassius són algunes de les meravelles que es poden veure en la pel·lícula “Interstellar.” De ‘Interstellar’ Science: Is Wormhole Travel Possible? Crèdit: Karl Tate, Infographics Artist.

6. Una tempesta de pols s’acosta a Stratford, Texas, en 1935, durant els Dust Bowl (conca de pols), o els Dirty Thirties (els bruts trenta). Tempestes similars a les dels anys 30 són habituals a la Terra en Interstellar. Wikimedia Commons.