Кристофер Нолан решил пойти другим путём. Для работы над «Интерстелларом» он пригласил Кипа Торна — выдающегося физика-теоретика, который впоследствии получил Нобелевскую премию. Результат этого сотрудничества превзошёл все ожидания: фильм стал не просто фантазией художника, а первой в истории человечества максимально точной научной визуализацией сингулярности. Нолан наглядно доказал, что реальная Вселенная и законы физики могут быть гораздо более зрелищными, поэтичными и пугающими.

Математика вместо кистей

Сотрудничество амбициозного режиссёра и выдающегося учёного началось с жёсткого договора. В книге «The Science of Interstellar» Кип Торн описал два незыблемых правила, которым должен был следовать Нолан: ничего в фильме не должно противоречить уже доказанным человечеством законам физики, и все сценарные допущения (вроде пятимерного пространства) должны исходить из реальных, пусть и не подтверждённых пока наукой гипотез.

Когда команда по спецэффектам попыталась использовать стандартное, проверенное годами ПО для рендеринга, компьютеры просто-напросто не справлялись и выдавали критические ошибки. Позже выяснилось, что оно не было рассчитано на подобные задачи и не могло просчитывать гравитационное линзирование — феномен, при котором колоссальная масса чёрной дыры искривляет и заворачивает лучи окружающего света.

Инженерам и программистам предстояло решить непростую задачу и написать абсолютно новый софт с нуля. Оливер Джеймс в сотрудничестве с Кипом Торном создали уникальный движок на C++. Программа получила название DNGR (Double Negative Gravitational Renderer) и содержала более 40 000 строчек кода. Вместо стандартного метода отслеживания отдельных световых лучей инженеры внедрили инновационную трассировку пучков лучей — программа просчитывала целые эллиптические световые связки.

На просчёт некоторых отдельных, самых сложных кадров с Гаргантюа уходило до 100 часов на один кадр, а суммарный объём данных для симуляции превысил 800 терабайт. Финальные кадры обрабатывались на гигантской рендер-ферме из 32 000 процессорных ядер. Именно этот технологический вызов позволил создать изображение с феноменальной точностью, которое позже мировое научное сообщество признало полноценной и корректной моделью чёрной дыры.

Как устроен самый красивый монстр в кино

Гаргантюа завораживает своими исполинскими размерами и геометрией — она заслуженно стала визитной карточкой фильма. Её изображение является прямым следствием искривления пространства-времени. Визуально она устроена из двух ключевых элементов:

Двухсторонний нимб: Вокруг Гаргантюа вращается аккреционный диск. Физически он плоский, как кольца Сатурна. Однако из-за того, что чудовищная гравитация дыры загибает пролетающие мимо лучи света, мы видим этот диск одновременно и сверху, и снизу. Гравитация буквально выворачивает заднюю часть кольца и поднимает её над горизонтом событий в виде сияющей арки.

Асимметрия света и смещение Доплера: Если присмотреться, левая сторона Гаргантюа кажется гораздо ярче, шире и имеет едва заметный голубоватый оттенок, в то время как правая — более тусклая и уходит в красноту. Это не случайность. Аккреционный диск вращается с релятивистской скоростью. Левая его часть мчится прямо на камеру, сжимая световые волны и усиливая их яркость (эффект Доплера), а правая — стремительно улетает от нас, растягивая свет и делая его более блеклым. В реальности этот контраст должен был быть еще более агрессивным, но Нолан попросил чуть приглушить этот эффект, чтобы не дезориентировать зрителя в кинотеатре.

Геометрия высших измерений: Почему кротовая нора — это сфера, а не дыра?

Когда Купер попадает в НАСА, первое, о чём ему рассказывает доктор Брэнд, — это кротовая нора, которую, как полагали учёные в фильме, открыли «они». Именно через неё «Эндюранс» и попадает в другую галактику. Отдельно стоит отметить сцену с Ромилли, где он объясняет Куперу принцип работы норы с помощью обычного листа бумаги и карандаша. Эта наглядная демонстрация стала культовой — её копировали везде, от «Мстителей» до «Рика и Морти». Но если в сцене с карандашом Нолан дал зрителю лишь базовую экспозицию, то на экране он реализовал логику четырёхмерного пространства.

В массовом сознании, взращенном на фантастике 90-х, кротовая нора в космосе — это некое плоское отверстие, воронка или двухмерный провал, в который залетает корабль. Кип Торн объяснил Нолану, что это в корне неверно, если мы говорим о нашей трёхмерной реальности. Вернёмся к листу бумаги Ромилли: в двухмерном мире местом прокола и входа в туннель будет обычный круг. Наш мир — трёхмерный. Чтобы сложить его и пробить пространственный туннель, пространство нужно согнуть через четвёртое измерение (гиперпространство). Соответственно, трёхмерным проявлением этого прокола в нашей реальности обязана быть идеальная сфера. С какой бы стороны вы ни подлетели к этому объекту, вы увидите круг. А трёхмерный круг, видимый со всех 360 градусов — это сфера.

Как это устроено визуально

В результате вместо тёмного портала, засасывающего смерча или другой привычной фантастики зрители увидели на орбите Сатурна зеркальную сферу колоссальных размеров. Кротовая нора в «Интерстелларе» не имеет собственного цвета или физической поверхности — она полностью состоит из искривлённого пространства и работает по принципу сложнейшей линзы:

Внешняя кромка (Ободок гравитации): По краям сферы пространство сжато и искажено. Свет от звёзд нашей Солнечной системы, пролетая мимо, загибается вокруг неё, создавая эффект галлюциногенного зеркального гало. Ткань космоса вокруг выглядит так, словно её размыли пальцем на холсте.

Сердцевина (Окно в чужой мир): Самое завораживающее кроется внутри сферы. Там зритель видит не темноту, а перевёрнутую, искажённую панораму совершенно другой, далёкой галактики, которая ждёт героев в конце пути. По сути, нора работает как сферический панорамный иллюминатор.

Создание кротовой норы в некоторых моментах оказалось даже более головоломной задачей, чем визуализация Гаргантюа. Кип Торн предоставил математикам модифицированную метрику Морриса-Торна. Сложность заключалась в том, что необходимо было одновременно просчитывать два разных пространства. DNGR должна была взять карту звёздного неба чужой галактики, запустить лучи света сквозь виртуальный туннель, рассчитать, как они преломляются гравитацией на выходе в нашей Солнечной системе, и корректно отобразить это для камеры корабля «Эндюранс». Когда корабль пролетает сквозь нору, картинка буквально выворачивается наизнанку: наша родная галактика за секунды сжимается в зеркальный шар позади, а новая расправляется вокруг, занимая весь экран.

За горизонтом событий

Падение Купера в Гаргантюа — это кульминационная точка. Физика нашего мира заканчивается на линии горизонта событий: никто не знает, что находится внутри чёрной дыры, потому что ни один сигнал оттуда не может вернуться. Именно в этой зоне абсолютной неизвестности Кристофер Нолан и Кип Торн решились на смелый эксперимент — попытку визуализировать многомерную геометрию, принципиально недоступную для трёхмерного человеческого восприятия.

В любой классической чёрной дыре Купер и ТАРС были бы уничтожены спагеттификацией — процессом, при котором колоссальная разница гравитации у ног и у головы вытягивает объект в тонкую струну из атомов. Чтобы обосновать выживание героя, Кип Торн использовал лазейку в математике. Поскольку Гаргантюа — это сверхмассивная чёрная дыра, её масса в 100 миллионов раз превышает массу Солнца. А так как приливные силы обратно пропорциональны квадрату массы, гравитационный градиент у горизонта событий здесь оказывается невероятно мягким. Купер пересекает его без какого-либо вреда для здоровья.

Визуализация невозможного: Время как пространственная координата

Как показать трёхмерному человеку пространство пяти измерений — Балк, созданное цивилизацией будущего? Торн и Нолан сошлись на идее Тессеракта — трёхмерной проекции четырёхмерного куба, запертой внутри чёрной дыры. В Балке время является такой же осязаемой физической координатой, как длина или ширина. Человек из будущего может пройтись по времени пешком, как по коридору. Чтобы Купер мог взаимодействовать с этим миром, Тессеракт перевёл сложный концепт на понятный ему язык: время было визуализировано как бесконечная трёхмерная сетка, сотканная из мгновений в комнате его дочери Мёрф.

Каждая нить в этом пространстве — это конкретный момент из прошлого, настоящего или будущего. Купер может перемещаться вдоль этих нитей, смотреть в комнату из разных временных точек, но не может войти туда физически, поскольку его трёхмерное тело заперто в геометрии куба. Единственное, что способно пробить эту многомерную стену — это гравитация. С её помощью он и передаёт информацию: через песок на полу отправляет координаты НАСА, а затем кодирует данные из Гаргантюа в секундную стрелку часов, которые подарил дочери перед отлётом.

Гигантские декорации вместо зелёного экрана

Студия Double Negative спроектировала, а инженеры возвели на киностудии колоссальную физическую декорацию пятого измерения. Это был гигантский многоэтажный лабиринт из твёрдых балок, струн, книжных полок и элементов комнаты Мёрф. На эти конструкции с помощью мощных проекторов непрерывно транслировались заранее отрендеренные паттерны искажённого времени, видеофрагменты и световые полосы.

Мэттью Макконахи подвешивали на тросах внутри этой сложной геометрической ловушки. Актёр признавался, что опыт был пугающим: физически он находился внутри огромной, тёмной математической матрицы, где свет и стены жили своей жизнью. Именно эта осязаемость пространства позволила добиться невероятного реализма — блики на скафандре Купера, его тактильное взаимодействие со «струнами времени» и подсознательный ужас перед бесконечностью были настоящими, а не нарисованными на пост-продакшене.

Заключение. Когда Голливуд двигает науку вперёд

«Интерстеллар» сделал для популяризации астрофизики больше, чем любой другой фильм в истории. Кристофер Нолан доказал, что массовая аудитория готова воспринимать сложные научные концепты, если они грамотно вплетены в сильную человеческую драму.

Но главным триумфом стало то, что по результатам рендеринга Гаргантюа и кротовой норы Кип Торн и Оливер Джеймс написали полноценную научную работу. В 2015 году в престижном рецензируемом физическом журнале Classical and Quantum Gravity вышла их совместная статья под названием «Gravitational Lensing by Spinning Black Holes in Astrophysics, and in the Movie Interstellar». Благодаря амбициям режиссёра и вычислительным мощностям голливудского рендеринга учёные-астрофизики впервые смогли во всех деталях увидеть, как ведут себя световые паттерны, когда камера находится непосредственно внутри мощнейшего гравитационного поля вращающейся сингулярности.

Благодарю за прочтение!

В следующей статье мы оставим компьютерные симуляции позади, спустимся на мрачные нижние палубы «Ностромо» и разберём, почему аналоговый, индустриальный кошмар в «Чужом» до сих пор пугает сильнее современного CGI.

Делитесь в комментариях, какая сцена из «Интерстеллара» сильнее всего впечатлила вас, и оставляйте свои отзывы на фильм!

И вот, я запустил видео в хронологическом порядке на экране бортового компьютера. Где-то подобное я уже видел. Космонавт общается с семьей... Точно, в фильме Интерстеллар! Чувствую себя Мэттью Макхонаки.

Первое видео.

Жена рассказывает о жизни сына, себя, дальних родственников. Старается держаться спокойно, но её глаза полны слез.

Второе видео.

Говорит что любит меня, но при этом злится. Очень ощущалось противоречие её чувств. В комнату заходит сын, подходит к экрану. Говорит, что ненавидит меня. Проклинает за то, что добровольно оставил их. Чувствую, что больше не могу сдержать слез, реву как последняя размазня. А ведь когда-то мне казалось, что Макхонаки переигрывал свою роль. Я и представить себе не мог, что когда-нибудь сам в него превращусь.

Третье видео.

Жена молчит, в страхе озираясь по сторонам. Слышны громкие удары во входную дверь. Что за чертовщина? Кто-то явно пытается проникнуть внутрь. Посмотрев в камеру, жена начинает умолять меня, чтобы я развернул корабль. Молит, чтобы ни прикаких условиях я не посещал дыру. Ролик резко обрывается, после чего на экране мелькает несколько неразборчивых кадров.

Четвертое видео. Последнее.

На экране показывается...

Инжернер Том зашел в мой отсек.

– Шеф, мы почти добрались! Смотрите, уже отсюда интерферометр показывает, что нам...

Я его почти не слышал. Ситуация вышла из под контроля. Всё происходящее превращалось в дурной сон. Давили на голову последние слова жены.

– Есть возможность развернуть корабль? - тихо спросил я.

Том вскинул брови.

– Ты шутишь? Мы почти у цели. Произошла техническая неполадка, что-ли? Топлива до Земли нам все равно не хватит.

– А временно отклониться от курса?

Том развел руками.

– Слушай, шеф, не знаю что на тебя нашло, но отклоняться от курса нет никакого смысла. Если мы отклонимся, то рано или поздно топливо иссякнет. Либо будем болтаться в открытом космосе, либо добираемся до черной дыры. В последнем варианте у нас есть хотя бы гипотетический шанс выжить. А сидеть в бестопливном корабле – это смерть при жизни. Десятка лет не пройдет, как мы сойдем с ума и переубиваем друг друга.

Полностью опустошенный, я махнул рукой. Двигаемся по намеченному курсу. Мне уже всё равно.

«Дверь заперта. Почему она её не открывает? Делаю несколько громких ударов в дверь. Начинает с кем-то общаться. С сыном? Он сейчас в школе. Если не с ним, то с кем? Точно. Она мне изменяет. Думала, я не пойму и не узнаю. Сейчас она у меня попшляшет»

Ударом руки разламываю дверь. Кажется, я стал сильнее. Жена с ужасом оборачивается от экрана компьютера. Поднимаю её вместе с креслом и выкидываю в окно. Определенно, мои мышцы стали крепче и сильнее. Странно, я чувствую, будто бы все свои действия я вижу со стороны. Как такое возможно?

Повернувшись, я случайно увидел себя на экране. Фронтальная камере компьютера ещё работала. С экрана на меня смотрело странное существо с темной хитиновой оболочкой на теле. Глаза были белыми, а на месте носа с губами у меня были небольшие щели. На остатках своих человеческих мыслей я осознал, что если бы я посмотрел на корабле четвертое видеосообщение от жены, то развернул бы корабль несмотря ни на что. Если бы меня тогда не отвлек придурок Том – все было бы совсем иначе. А сейчас я всё больше и больше теряю человеческий облик, превращаясь... А собственно говоря, в кого?

И тут в моей голове что-то щелкнуло, после чего я все вспомнил. Воспоминания ярко вспыхнули в голове, вызвав мурашки по коже.

Я лежу на операционном столе. Всё вокруг было хромированным, меня окружила куча разных приборов. Надо мной склонились странные силуэты, общавшиеся между собой на неизвестном языке. Я не мог пошевелиться. То ли от состояния ужаса, то ли от какого-то инопланетного наркоза.

И вдруг мою руку пронзает боль. Странный треугольный шприц вонзился в вену на моей руке. После этого на меня накатывает приступ сильной тошноты, а затем сознание раздваивается.

Обнаруживаю себя возле дома. Понятия не имею, что за дрянь ввели мне пришельцы, но после неё и началась моя трансформация в пришельца. Не только внешняя, но и внутренняя. Будто бы в меня ввели сыворотку ненависти по отношению к землянам. Я долго пытался вспомнить, на что наткнулся со своим экипажем в черной дыре, но всё бестолку. Как я очутился на корабле НЛО, - вспомнить не могу. Воспоминания обрываются.

2090 год. Гарвардский университет.

Наверное, никогда ещё актовый зал Гарварда не был переполнен таким количестом студентов. Ещё бы, ведь сегодня, впервые за всю историю существования университета, студентам будет показан самый настоящий труп инопланетянина. Не подделка, не макет. Самый настоящий пришелец.

Профессор Дэвид Дэвидсон закатывает препарированный труп. Многозначительно оглядывает студентов испытующим взором, после чего начинает лекцию.

«Друзья мои, наконец-то этот миг настал. Событие вселенского масштаба! Прямо перед нами лежит доказательство наличия сложноорганизованной жизни за пределами нашей планеты. Парадокс Ферми разрешен, нам больше не нужно терзать себя бесплодными уфологическими теориями. Важнейший исторический момент, друзья мои»

Профессор откашлялся.

«Переходим ко второй части выступления. Лежащий перед нами пришелец не так уж и прост. В его тканях мы обнаружили огромное количество токсинов неизвестного генеза. Особенно много этих веществ содержится в головном мозге. Это вещество настолько токсично, что прикоснувшись к нему без перчаток начнется необратимый процесс заражения через кожу. Основной симптом - неконтролируемое желание убийства всех вокруг. Мы проводили серию экспериментов, которые показали... Впрочем, что-то я отклонился от темы. Как показали наши исследования, инкубационный период этой гадости длится всего-навсего двадцать минут...»

Дверца актвового зала с грохотом открылась, после чего вошли несколько студентов.

– Молодые люди, у нас вообще-то лекция идёт...

Парни будто бы пропутили вопрос мимо ушей.

– Слышьте, а где тут физкультурный зал? Мы-то здесь новенькие.

В актовом зале воцарилась напряженная тишина.

– Да и хрен с ней, с вашей физкультурой. Больно надо.

– Да погоди, погоди, у них походу интересная тема намечается - одернул его друг. – Че ты наезжаешь?

Студенты подошли к лежащему инопланетянину.

– Смотри, трупак пришельца! Жесть вообще.

– Сейчас потрогаю. Походу, из каучука мастерили...

Профессор вскрикнул.

– Богом молю, пришельца нельзя трогать без перчаток! Это строжайше запрещено.

Самый наглый из компании подошёл к профессору вплотную.

– А то что? Чо ты мне сделаешь? Мои родители платят бабки не за то, чтобы очкарик вроде тебя промывал мне мозги.

– Кстати о мозгах, тебе их сильно не хватает - заржал один из парней. Держи Кевин. Будешь у нас внеземным разумом. Только руки потом помой. Эти умельцы какой-то вонючий слайм в мозги захерачили.

Профессор перешёл на иступленный крик.

– Что вы натворили, кретины! Я же просил не трогать!

Актовый зал погрузился в хаос. Студенты бегали в разные стороны, спотыкаясь друг о друга. Кое-как нашли эвакуационный выход, выбежав из университета. Завизжали сирены. Громкоговоритель обьявил о чрезвычайной опасности, призывая всех направляться к выходу.

– Во дела - присвистнул Кевин. Зато пришелец теперь наш.

– Вообще круть. Сломали систему

– Надо тащить его домой. Я беру за ноги, Алекс - за руки.

Где-то вдали послышался громкий звук лопастей черного военного вертолета. Он все приближался и приближался, пока не стал видимым в окне. Компания замерла.

– Кевин, зырь сюда! Я думал такие вертухи только в теориях заговора бывают.

– Ага, очень интересно. Вас не смущает, что этот хрен по тросу вниз спускается?

Стекло в окне с грохотом разлетелось по полу актового зала. Неполадку от компании упал небольшой темнозеленый предмет.

– Кевин, это че такое они нам кинули?

– Да хрен его знает. Похоже на гранату из контры. А что?