Interstellar có thực sự chính xác về khoa học không

Ra mắt năm 2014, Interstellar nhanh chóng trở thành một trong những bộ phim khoa học viễn tưởng được bàn luận nhiều nhất về mức độ chân thực. Tác phẩm của Christopher Nolan đưa khán giả đến gần hố đen, lỗ sâu, hiện tượng giãn nở thời gian và những giới hạn khắc nghiệt của du hành vũ trụ, nhưng vẫn kể câu chuyện giàu cảm xúc về gia đình và sự sống còn của nhân loại.

Điểm đặc biệt là bộ phim có sự cố vấn của nhà vật lý lý thuyết Kip Thorne, người từng đoạt giải Nobel Vật lý. Vì thế, nhiều cảnh phim dựa trên các phương trình tương đối rộng thay vì chỉ dùng trí tưởng tượng. Tuy nhiên, Interstellar không phải một tài liệu khoa học; một số chi tiết được mở rộng hoặc giả định để phục vụ kịch bản.

Chi tiết trong phim	Mức độ phù hợp với khoa học hiện nay	Lý do
Hố đen Gargantua	Rất cao	Hình ảnh dựa trên mô phỏng vật lý tương đối rộng
Giãn nở thời gian	Cao	Là hệ quả đã được kiểm chứng của thuyết tương đối
Lỗ sâu gần Sao Thổ	Có cơ sở lý thuyết	Chưa có bằng chứng lỗ sâu tự nhiên tồn tại
Hành tinh Miller	Có thể xảy ra về mặt toán học	Môi trường thực tế sẽ cực kỳ nguy hiểm và khó ổn định
Con người vượt qua chân trời sự kiện	Rất đầu cơ	Vượt quá hiểu biết hiện tại về bên trong hố đen
“Tesseract” và chiều không gian cao hơn	Mang tính giả tưởng	Chưa có bằng chứng thực nghiệm hỗ trợ

Hình ảnh hố đen được xây dựng đáng tin cậy

Gargantua là điểm sáng khoa học nổi bật nhất của bộ phim. Hình ảnh hố đen không được mô tả như một quả cầu đen đơn giản, mà đi kèm đĩa bồi tụ gồm khí và vật chất nóng quay quanh nó. Ánh sáng từ phần đĩa phía sau bị bẻ cong bởi trường hấp dẫn mạnh, khiến nó xuất hiện cả bên trên và bên dưới hố đen.

Hiệu ứng này xuất phát từ thấu kính hấp dẫn, một hiện tượng đã được dự đoán trong thuyết tương đối rộng và quan sát trong thiên văn học. Các nhà làm phim đã sử dụng những phương trình mô phỏng đường đi của ánh sáng quanh hố đen. Kết quả là Gargantua có hình dạng khác với nhiều hình ảnh minh họa phổ biến, nhưng lại gần với cách một hố đen quay nhanh có thể được quan sát từ xa.

Kip Thorne cho biết nhóm hiệu ứng hình ảnh từng phát hiện những đặc điểm mới trong quá trình mô phỏng, sau đó dùng chúng để nghiên cứu trực quan về hố đen. Tất nhiên, hình ảnh điện ảnh đã được tinh chỉnh để dễ quan sát hơn. Một hố đen thật có thể tạo ra hiệu ứng ánh sáng phức tạp hơn nhiều và không nhất thiết trông cân đối như trên màn ảnh.

Giãn nở thời gian và hành tinh Miller

Khi phi hành đoàn đặt chân lên hành tinh Miller, mỗi giờ trôi qua tương đương khoảng bảy năm trên Trái Đất. Sự chênh lệch khổng lồ này được giải thích bằng giãn nở thời gian do hấp dẫn. Trong trường hấp dẫn cực mạnh gần hố đen, thời gian của người ở gần đó trôi chậm hơn so với người ở xa.

Về nguyên tắc, hiện tượng này hoàn toàn phù hợp với thuyết tương đối rộng. Những phiên bản yếu hơn đã được đo bằng đồng hồ nguyên tử trên máy bay, vệ tinh và ở các độ cao khác nhau trên Trái Đất. Hệ thống định vị GPS cũng phải hiệu chỉnh sai lệch thời gian do cả vận tốc lẫn hấp dẫn, nếu không vị trí sẽ nhanh chóng bị lệch đáng kể.

Điều gây tranh luận là việc hành tinh Miller có thể duy trì quỹ đạo ổn định rất gần Gargantua. Để tạo ra mức giãn nở thời gian như phim, hố đen phải quay cực nhanh và hành tinh phải nằm sát vùng quỹ đạo đặc biệt. Kịch bản này không bị loại trừ hoàn toàn về mặt toán học, nhưng điều kiện cần thiết cực kỳ khắc nghiệt. Sóng hấp dẫn, bức xạ từ đĩa bồi tụ và lực thủy triều có thể khiến sự sống trên hành tinh trở nên gần như bất khả thi.

Sóng biển khổng lồ không đơn giản là thủy triều

Những bức tường nước cao hàng trăm mét trên hành tinh Miller thường được gọi là sóng thủy triều. Cách gọi này chưa thật chính xác. Sóng biển thông thường hình thành do gió, động đất hoặc các nhiễu động khác, còn thủy triều là sự dâng hạ mực nước trên quy mô lớn do lực hấp dẫn của các thiên thể.

Một hố đen khổng lồ có thể tạo ra lực thủy triều mạnh, nhưng để biến thành các bức tường nước ổn định cần nhiều điều kiện bổ sung về địa hình, độ sâu đại dương, tốc độ quay và cấu trúc quỹ đạo. Có cách giải thích cho rằng hành tinh bị biến dạng bởi lực hấp dẫn và nước bị dồn thành những đợt phình lớn theo chu kỳ. Dù vậy, bộ phim không trình bày đầy đủ cơ chế vật lý của hiện tượng này.

Mối nguy hiểm lớn hơn nằm ở môi trường quanh Gargantua. Đĩa bồi tụ thường phát ra bức xạ năng lượng cao, đặc biệt là tia X và tia gamma. Nếu hành tinh nằm đủ gần để tạo ra chênh lệch thời gian lớn như phim, phi hành đoàn có thể phải đối mặt với mức bức xạ vượt xa khả năng bảo vệ của một bộ đồ không gian thông thường.

Lỗ sâu có thể là cánh cửa giữa các vì sao

Lỗ sâu trong phim xuất hiện gần Sao Thổ và kết nối hệ Mặt Trời với một vùng xa xôi trong thiên hà. Trong toán học của thuyết tương đối rộng, lỗ sâu là cấu trúc có thể nối hai khu vực khác nhau của không-thời gian. Ý tưởng này không hoàn toàn vô căn cứ, nhưng chưa từng được quan sát trực tiếp.

Khó khăn lớn nhất là một lỗ sâu tự nhiên có thể sụp đổ nhanh chóng. Để giữ nó mở đủ lâu cho tàu vũ trụ đi qua, một số mô hình lý thuyết cần “vật chất lạ” có mật độ năng lượng âm. Vật lý lượng tử từng cho thấy những hiệu ứng năng lượng âm ở quy mô rất nhỏ, nhưng con người chưa biết cách tạo ra hay kiểm soát một cấu trúc khổng lồ như vậy.

Bộ phim cũng xem lỗ sâu như một mặt cầu có thể tiếp cận từ nhiều hướng, thay vì một đường hầm hai chiều đơn giản. Cách biểu diễn này giúp khán giả hình dung một vật thể bốn chiều trong không gian ba chiều. Nó có giá trị trực quan, nhưng không nên được hiểu là hình dạng đã được xác nhận của lỗ sâu.

Khả năng sinh tồn của phi hành đoàn còn nhiều điểm khó tin

Tàu Endurance được thiết kế theo dạng vòng quay để tạo ra trọng lực nhân tạo nhờ lực ly tâm. Đây là một ý tưởng kỹ thuật hợp lý và thường xuất hiện trong các nghiên cứu về tàu vũ trụ đường dài. Tốc độ quay phù hợp có thể giúp phi hành đoàn giảm tác hại của tình trạng không trọng lượng kéo dài, chẳng hạn mất cơ và suy giảm mật độ xương.

Việc tàu quay sau khi bị hư hỏng cũng là một trong những cảnh hành động được đánh giá cao về mặt cơ học. Cooper phải đồng bộ tốc độ quay của tàu nhỏ với Endurance để ghép nối. Sai lệch vận tốc hoặc góc quay có thể khiến cú kết nối thất bại hoàn toàn. Dù cảnh này được cường điệu hóa nhằm tạo kịch tính, nguyên lý điều khiển vẫn dựa trên chuyển động quay và quán tính.

Trái lại, nhiều vấn đề sinh tồn bị giản lược. Chuyến bay liên sao cần nguồn năng lượng khổng lồ, hệ thống tái chế nước và không khí cực kỳ tin cậy, cùng khả năng chống bức xạ trong nhiều năm. Việc hạ cánh trên các hành tinh chưa biết, cất cánh trở lại và di chuyển giữa những môi trường trọng lực khác nhau cũng phức tạp hơn nhiều so với những gì bộ phim thể hiện.

Tesseract nằm ở ranh giới giữa vật lý và giả tưởng

Phần cuối đưa Cooper vượt qua chân trời sự kiện của Gargantua mà vẫn quan sát được không gian bên ngoài. Theo hiểu biết hiện nay, người rơi vào hố đen sẽ không thể gửi thông tin trở lại theo cách thông thường. Với hố đen nhỏ, lực thủy triều có thể kéo dài vật thể thành một dải trước khi nó chạm chân trời sự kiện. Với hố đen siêu lớn, lực thủy triều tại chân trời có thể yếu hơn, nhưng số phận bên trong vẫn chưa được giải đáp.

Tesseract trong phim là một không gian nhiều chiều do những sinh vật tiến hóa trong tương lai tạo ra. Cooper có thể nhìn các thời điểm khác nhau của căn phòng như những vị trí tồn tại đồng thời, rồi tác động lên trọng lực để gửi dữ liệu cho con gái. Ý tưởng này mượn ngôn ngữ của chiều không gian cao hơn, nhưng không phải mô hình đã được vật lý thực nghiệm xác nhận.

Vai trò của trọng lực trong việc truyền tín hiệu có phần thú vị hơn. Trọng lực liên quan đến hình học của không-thời gian và không bị giới hạn theo cách sóng điện từ bị giới hạn trong một số mô hình giả thuyết. Tuy nhiên, khả năng điều khiển trọng lực ở quy mô căn phòng, truyền thông tin xuyên thời gian và giải quyết bài toán hấp dẫn lượng tử vẫn thuộc lĩnh vực suy đoán.

Nhìn tổng thể, Interstellar chính xác nhất khi mô tả các hiệu ứng đã có nền tảng như thấu kính hấp dẫn, giãn nở thời gian, quỹ đạo và trọng lực nhân tạo. Những phần liên quan đến lỗ sâu ổn định, du hành qua hố đen và chiều không gian cao hơn được xây dựng từ các ý tưởng lý thuyết, sau đó mở rộng bằng hư cấu điện ảnh. Có thể xem bộ phim như một cuộc đối thoại giữa khoa học hiện đại và trí tưởng tượng, chứ không phải bản mô phỏng hoàn toàn về tương lai. Để kiểm chứng từng cảnh, hãy bắt đầu bằng việc đối chiếu hình ảnh Gargantua với mô phỏng hố đen từ các phương trình tương đối rộng.