『インターステラー』のブラックホール構築がいかにして驚くべき科学的発見につながったか

『インターステラー』のブラックホール構築がいかにして驚くべき科学的発見につながったか

フランクリンは、コンピューターが指示通りに何でもやってくれることを知っていた。それが問題であり、誘惑でもあった。「現実のルールを破ってしまうという罠に陥るのはとても簡単です」と、アカデミー賞を受賞した特殊効果会社ダブルネガティブのシニアスーパーバイザーであるフランクリンは言う。「しかも、そのルールは実際にはかなり厳格なのです。」

そこで彼はソーンに、物理法則が現実世界を支配するのと同じように、エフェクトソフトウェアを導く方程式を生成するよう依頼した。彼らはワームホールから着手した。ワームホールの周りの光が古典的な振る舞い、つまり直線的に進まないとしたら、どうなるだろうか?それを数学的にどのように記述できるだろうか?

ソーンはフランクリンに、綿密な調査に基づいたメモの形で回答を送った。何ページにもわたり、豊富な情報源に基づき、数式だらけのそのメモは、もはや科学雑誌の記事のようだった。フランクリンのチームはこれらの数式に基づいて新しいレンダリングソフトウェアを開発し、ワームホールを作り出した。その結果は驚くべきものだった。それはまるで宇宙を映し出す水晶玉、時空に開いた球状の穴のようだった。「SFはいつも物事を飾り立てたがります。まるでありきたりな宇宙に満足できないかのように」と彼は言う。「私たちがソフトウェアから得たものは、最初から説得力のあるものだったのです。」

マコノヒーは『インターステラー』で別の世界を探検する(上)。ソーンによるブラックホールが光を歪める様子を示す図。

図はキップ・ソーン提供

ワームホールでの成功に刺激を受けたエフェクトチームは、ブラックホールでも同じアプローチを試みる勇気をもらった。しかし、ブラックホールは、その名の通り、光にとって致命的だ。映画製作者は、画像内の光や反射をレンダリングするために、レイトレーシングと呼ばれる手法をよく用いる。「しかし、レイトレーシングソフトウェアは、光が直線に沿って進むという、おおむね妥当な仮定を前提としています」と、Double NegativeのCGスーパーバイザー、ユージニー・フォン・トゥンツェルマンは言う。これは全く異なる物理法則だった。「全く新しいレンダラーを書かなければなりませんでした」と彼女は言う。

個々のフレームのレンダリングには最大100時間かかり、アインシュタインの重力レンズ効果によって引き起こされる歪んだ部分を処理する計算に過負荷がかかりました。最終的に、この映画は800テラバイトのデータ量に達しました。「この作品でペタバイトの閾値を超えるかもしれないと思いました」とフォン・トゥンツェルマンは言います。

「クリスは、ブラックホールが球体であるという説を本当に説得したかったんです」とフランクリンは言う。「私は『ほら、円盤みたいに見えるでしょう』と言いました。見えるのは、星の光が歪む様子だけです」。それからフランクリンは、ブラックホールの周りを周回する物質の塊である降着円盤について読み始めた。フランクリンは、この周回する残骸の輪を使って球体を定義できると考えた。

フォン・トゥンツェルマンは、一風変わったデモを試みた。彼女は平らで多色のリング(降着円盤の代わり)を生成し、それを回転するブラックホールの周りに配置した。すると、実に奇妙なことが起こった。「ブラックホールの周りの空間の歪みが、降着円盤も歪ませていることがわかりました」とフランクリンは言う。「そのため、黒い球体の周りの土星のリングのように見えるのではなく、光がこのような不思議なハローを作り出しているのです。」

最終的なエフェクトを初めて見た時、ソーン氏は「なぜだろう、当然だ」と悟った。Double Negativeチームはレンダラーのバグに違いないと考えていた。しかしソーン氏は、自分が提供した数式に内在する現象を、彼らが正しくモデル化していたことに気づいた。

それでも、実際にブラックホールを作るまで、ブラックホールがどのような姿をしているのか正確には誰も知りませんでした。一時的にブラックホールの周りに閉じ込められた光は、ブラックホールの影の近くに予想外に複雑な指紋パターンを作り出しました。そして、輝く降着円盤がブラックホールの上、下、そして前方に現れました。「こんなことは予想していませんでした」とソーンは言います。「ユージェニーはただシミュレーションをして、『ほら、これが私の出した結果よ』と言ったんです。本当に驚きました。」

最終的に、ノーラン監督は物語を進展させる優雅な映像を手に入れた。ソーン監督は、大衆に真実かつ正確な科学を教える映画を手に入れた。しかし同時に、彼は予想外のものも手に入れた。それは、科学的発見だ。「これは私たちの観察データです」と彼は映画の映像について語る。「これが自然の振る舞い方です。以上です」。ソーン監督は、この映画から少なくとも2本の論文が書けるだろうと述べている。

ソーンが最も好きな天体物理学について語るとき、ブラックホールの衝突、回転する星に引きずり込まれる空間、時間の歪みなど、彼は多くの比喩を使う。彼は、ぶつかり合う二つの竜巻や、風になびくわらのように投げ出される光線について話す。しかし、比喩は人を欺くことがある。人々はそれがどのようなものかしか理解していないのに、それを理解したと思い込むことがあるのだ。しかし、ソーンの描く後光が差す回転するブラックホールや銀河を貫くワームホールは、単なる比喩ではない。『インターステラー』の視聴者のほとんどは、これらのイメージ、ワームホール、ブラックホール、奇妙な光を見て、「わあ、美しい」と思うだろう。ソーンもそれらを見て、「わあ、その通りだ」と思う。そしてある視点から見ると、それもまた美しいのだ。

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