
Russian: 
 
Искусственная гравитация, это важный элемент сюжета
в большинстве произведений научной фантастики.
Но сколько из них действительно
содержат рабочую схему?
 
 
Знаете или нет, искусственная гравитация
важна для большинства звёзд sci-fi.
Подумайте над этим.
Джин-Люк Пикард потерял бы своё обаяние, если он
летал бы вокруг, как воздушный шарик.
И, в сторону драму, дороговизна
и сложность создания сцен с невесомостью
это еще один толчок к изобретению
какого-нибудь механизма искусственной гравитации
на кораблях
Интонация здесь на "изобретению".
Большинство искусственной гравитации, которая... просто есть
работает либо от каких-то грав. генераторов
либо от "грав. покрытия",
конфликтуя с известной нам физикой. "Звёздные войны", "Звёздный
крейсер Галактика", "Звёздный путь", "Андромеда",
"Чужой" Ридли Скота, "Прометей"
они все это используют.
Но, за исключением "Звёздного пути", никто
даже не пытается дать весомое объяснение.
Неважно, думаете ли вы о гравитации
в Ньютоновском или в Эйнштейновском представлении
проблема сохраняется.

English: 
[MUSIC PLAYING]
Artificial gravity, it's
an essential plot element
in most science fiction stories.
But do any of those
stories actually
get artificial gravity right?
[MUSIC PLAYING]
Whether you realize it or
not, artificial gravity
is essential to
most sci-fi stars.
Think about it.
Jean-Luc Picard loses
some gravitas if he's
floating around like a balloon.
And drama aside, the
high cost of shooting
realistic zero-g scenes
for TV and movies
is just another
rationale for inventing
some kind of mechanism
for artificial gravity
on spaceships.
The emphasis here
is on inventing.
Most artificial gravity
that's just there,
either through some kind
of gravity generators
or fictitious "gravity
plating" seems
to conflict with known physics.
"Star Wars," "Battlestar
Galactica," "Star
Trek," "Andromeda,"
the Ridley Scott "Alien,"
"Prometheus" series, all
of them use this trope.
But with the exception of
"Star Trek," none of them
even bother with a
detailed explanation.
Whether you want
to think of gravity
in the Newtonian or
the Einsteinian sense,
the problem persists.

English: 
There's simply no known way
to produce the equivalent of 1
Earth g on stacked, flat
surfaces, like decks of a ship,
in any localized
region of space.
You'd need either
enormous amounts of mass,
so much that you'd basically
have a planet and not
a starship.
Or you need something exotic,
like gravitationally repulsive
negative mass,
which doesn't exist.
And no, for technical
reason, I don't
think dark energy would be
a solution to this problem.
In this episode, we're
going to stick to franchises
that use the only
semi-realistic way we
know of to get
artificial gravity,
namely rotating your spaceship.
All right, so how exactly does
rotation simulate gravity?
Think about carnival rides.
I'm thinking of something
called the Gravitron, maybe
the Starship 3,000.
Basically, you enter a
closed, circular room,
which is then spun up
to a high angular speed.
And in the process,
the wall starts
pushing hard against your back.
Why does that happen?
From an overhead
perspective, your body
wants to fly off in a
tangent, not move in a circle.
And the reason the wall is
pushing on you is to turn you,
i.e. to move you in a circle.
But what do things look
like from the perspective
inside the rotating room?
In there, it doesn't look
like anything is spinning.

Russian: 
Просто нет способа создать эквивалент 1g
на собираемых, плоских поверхностях, вроде палуб корабля
в каком-то ограниченном регионе космоса
Вам нужны либо ОГРОМНЫЕ запасы массы,
столько, что у вас получается планета, а не корабль.
Или вам нужно что-то экзотичное,
например, репульсирующая гравитацию отрицательная масса, которая не существует.
И нет, по техническим причинам,
я не думаю, что тёмная энергия будет решением проблем.
В этом эпизоде, мы посмотрим только на те франшизы,
которые используют только полу-реалистичный путь создания гравитации,
а именно: вращение корабля.
Ладно, как именно это работает?
Подумайте о атракционе.
Я думаю он наз-ся Гравитрон или
Космосудно 3000
Короче, вы входите в закрытую, круглую комнату,
которая потом вращается на высокой скорости.
И в процессе, стены начинают
сильно давить на вашу спину.
Как это происходит?
Смотря сверху, ваше тело
хочет вылететь по касательной, а не вращаться в круге.
А  стена толкает вас, поворачивая,
чтобы вы оставались в круге.
Но давайте взглянем по-другому:
ИЗНУТРИ комнаты.
Там, не похоже, чтобы что-то вращалось.

Russian: 
Вместо этого, вы чувствуете какую-то невидимую силу
толкающую вас наружу.
И стена толкает вас, чтобы вы
не вылетели наружу, типа как
пол на Земле толкает вверх
ваши ноги, чтобы вы не упали внутрь Земли.
 
Кратко: из комнаты кажется что
есть круговая, давящая наружу
"гравитация".
Теперь, если вы в космосе, то Земная гравитация,
тянущая вас ещё и вниз, ОТСУТСТВУЕТ.
И эта сила от стены будет
ЕДИНСТВЕННОЙ приложенной к вам.
Поставьте ваши ноги на стену, станьте прямо, БУМ,
искусственная гравитация.
Оказывается есть простая формула
получаемой гравитации
от этого вращения.
Это просто радиус круга, помноженный
на квадрат его углового вращения в радианах за секунду.
Если вы подгоните эти параметры,
то сможете сделать эту силу такой же,
как сила притяжения
которая действует на ваши ноги
при 1g Земной гравитации.
Теперь запомните это, сейчас мы проверим физику
в следующих примерах: "2001", "Мир-Кольцо",
"Halo", и "Вавилон 5". Все используют центробежную
искусственную гравитацию.

English: 
Instead, it appears that there's
some mysterious force that
wants to hurl you outward.
And the reason the wall
is pushing against you
is to prevent that outward
fall, kind of like how
the ground here
on Earth pushes up
on your feet to keep you from
falling inward toward Earth's
center.
So bottom line, from the
perspective of the room,
it's as though there's a
radially outward directed
"gravity."
Now, if you were out in
space, Earth's real gravity,
which also pulls you down,
wouldn't be in the picture.
And this force from
the wall on you
would be the only force on you.
Put your feet up against a
wall, stand up straight, boom,
artificial gravity.
It turns out that
there's a simple formula
for how big the effective
surface gravity produced
by this rotating
structure would be.
It's just the radius of the
rotating structure multiplied
by the square of its rotational
speed in radians per second.
If you adjust the radius and
rotation rate of the room,
you can make that force
from the wall on your feet
just as big as the
force from the ground
currently on your
feet and thus simulate
Earth's 1 g of surface gravity.
Now, keep all this in mind
as we gut check the physics
of the following sci-fi
examples-- "2001," "Ringworld,"
"Halo," and "Babylon 5"-- all
which use rotation-induced
artificial gravity.

Russian: 
Я знаю, что выбор не богат.
Я просто фокусируюсь на наиболее знаменитых,
дающих хороший пример такой гравитации в действии.
Начнём с культовой сцены:
Фрэнк Пул бежит во вращающемся командном модуле
в "Космической одиссее 2001".
Его рост: 1.8 метра
Используя его для вычислений, мы понимаем, что модуль
радиусом около 8 метров, +- сколько-то.
Чтобы создать 1g
или 10м/с(в квадрате)
наша формула говорит, что круг
должен вращаться на 1.1 радиана за секунду.
Радиан - это чуть больше 57 градусов,
так что, это 10,5 оборотов в минуту или 10.5 RPM
К сожалению, даже несколько RPMов
на таком маленьком судне создадут много побочных эффектов,
которые "2001" проглядела.
Воспользуемся аналогией:
Скажем, вы с другом катаетесь на карусели,
которая вращается против часовой стрелки.
Скажем, вы бросите мяч своему другу.
Смотря сверху, мяч полетит прямо, а ваш друг,
всё ещё вращаясь, уйдёт с его курса
так что вы промажете.
Но ИЗНУТРИ кажется,
что в полёте мяч просто завернёт
в право без всякой видимой причины.
Это отклонение от прямолинейного  движения

English: 
I know this list
is not exhaustive.
I'm just focusing on
well-known sci-fi franchises
that offer salient examples of
artificial gravity in action.
Let's start with
the iconic scene
of Frank Poole jogging around
the rotating command module
in "2001: A Space Odyssey."
Poole's height is 1.8 meters.
Using him as a ruler, the radius
of the module he's running in
looks to be about 8
meters, give or take.
To produce 1 Earth g
of effective gravity
at its surface or 10
meters per second squared,
our earlier formula
says the ring
would need to rotate at
1.1 radians per second.
Since a radian is a little
more than 57 degrees,
that's about 10.5 revolutions
per minute or 10.5 RPM.
Unfortunately, in real
life, even a few RPMs
in such a small craft would
create a lot of weird effects
that "2001" overlooks.
An analogy will help you
see what I mean here.
Say you and a friend
are on a merry-go-round
that spins counterclockwise
as viewed from above.
Say you throw a
ball to your friend.
Viewed from above, the ball
will go straight as your friend
rotates away from where
the ball was headed,
so you miss your target.
But viewed from
the merry-go-round,
the same scenario manifests
as the ball's path
curving to the right
for no apparent reason.
That apparent departure
from straight line motion

English: 
in rotating reference frames
is called the Coriolis effect.
An object's Coriolis
acceleration
will be proportional to its
speed, relative to the rotating
frame and the rotation
rate of the frame itself.
In this case, we're
talking about the ring.
At 10.5 RPMs, the
effect is big enough
that Poole's arms would
flail as he punched.
Poole himself would feel 20%
heavier at his leisurely 2
meters per second jogging
speed and feel pressed down
into the ground.
If he's actually running
against the ring's rotation,
he would tend to curve upward
and could levitate just
by sprinting,
instead of jogging.
Now, you might say
that this isn't
necessarily inconsistent
with what we see in "2001."
But there are other more
subtle physiological effects
whose effects we should see.
For example, any time you
stand up from a chair,
your head has an upward speed
of about 1 meter per second.
On the rotating
ship, standing up
would therefore
make your head want
to curve forward from
the Coriolis effect,
knocking you over.
Even turning your head
left to right too quickly
would make you dizzy
because the fluid
in the ear that moves forward
and in the ear that moves back
would curve in
opposite directions,
sending mixed signals to
your vestibular system.

Russian: 
во вращающихся структурах называется эффектом Кореолиса.
Ускорение Кореолиса для объекта
будет пропорционально его скорости относительно вращающегося компонента
и скорости вращения самого компонента
В данном случае мы говорим о кольце
на 10 RPM эффект достаточно силён,
чтобы руки Пула трепыхались при каждом шаге.
Сам Пул бы почувствовал, что тяжелеет на 20% при беге
на скорости в 2 м/с, и что его прижимает к полу.
Если бы он бежал ПРОТИВ вращения,
его бы то и дело задирало вверх и он бы смог левитировать
просто бегая спринтом, вместо бега трусцой.
Вы можете сказать, что это
не обязательно противоречит тому, что мы видим в "2001".
Но есть и другие, более тонкие физиологические эффекты
чьё действие мы должны были увидеть.
Например, каждый раз, когда вы встаете со стула
ваша голова имеет скорость около 1 м/с.
На вращающемся корабле,
ваша голова понесётся вперёд
по кривой из-за эффекта Кореолиса,
роняя вас на пол.
Даже быстрое вращение головой влево-вправо
вызовет головокружение из-за того, что жидкость в ухе,
которое движется вперёд и в ухе, что движется назад
растекутся в противоположные стороны
посылая разные сигналы в ваш вестибулярный аппарат.

English: 
So even though "2001"
gets the overall concept
of artificial gravity correct,
given its small radius
and high rotation rate, it
ends up sweeping major Coriolis
effect under the rug,
especially the part
where Poole would be constantly
falling down while running.
But remember the
formula from before.
You can minimize these
problems with a bigger ring,
since that'll require less
rotation to get the same 1
g of surface gravity.
So let's look at an extreme
example of a big ring,
Larry Niven's "Ringworld."
The ring habitat in that
novel has the same radius
as Earth's entire orbit
around the sun, around 93
million miles.
And it even has radially
inward-pointing walls
to hold in an atmosphere.
To achieve 1 g, Ringworld's
rotational velocity
would be small enough
that, just like on Earth,
Coriolis effects would only be
noticeable at very high speeds.
And to Niven's credit, he
also correctly had hurricanes
on Ringworld rotate vertically
because the deflections
would go like this.
There would be no
Coriolis effects sideways.
But Ringworld has a different
problem, namely composition.
To sustain 1 g,
the ring would need
to complete the equivalent
of one Earth orbit
around the sun in
only nine days.
That's slow for
Coriolis purposes,

Russian: 
Итак, "2001" правильно понимает концепцию
искусственной гравитации, но из-за  маленького радиуса
и высокой угловой скорости, прячет серьёзный эффект Кореолиса
под ковриком, особенно часть
где Пул бы вечно падал во время бега.
Но помним формулу.
Мы можем минимизировать эти проблемы с бОльшим кольцом
т.к. тогда потребуется меньше вращений, чтобы получить
тот же 1g притяжения.
Давайте зайдём в крайность:
"Мир-кольцо" Ларри Нивена.
У мира-кольца в этой новелле тот же радиус,
что и у всей орбиты Земли вокруг Солнца (около
93 миллионов миль)
И даже имеет направленные к центру стены,
чтобы удерживать атмосферу.
При 1g, угловая скорость кольца
будет достаточно маленькой, прямо как на Земле,
эффекты Кореолиса будут заметны только на очень высоких скоростях.
И к правоте Нивена, ураганы на кольце
вращаются  вертикально, потому что преломления ветра
пойдут вот так.
Нет последствий эффекта Кореолиса.
Но у мира-кольца есть другая проблема - сама структура.
Для 1g кольцо должно
обернуться на эквивалент одной Земной орбиты
вокруг Солнца лишь за 9 дней.
Это медленно для Кореолиса,

Russian: 
но ОЧЕНЬ быстро в смысле механической прочности
кольца.
Так что что-либо сделанное из известных нам атомов будет разорвано.
И если вы используете какой-то
выдуманный, супер прочный материал
вы не выиграете титул самой реалистичной искусственной гравитации.
Итак, больше - лучше из-за Кореолиса.
Но, если сильно большое, то механическая нагрузка
уничтожит ваше кольцо.
Так, есть франшизы
с золотой серединой?
Да, видеоигра "Halo".
С радиусом 5.000 километров (80% радиуса Земли),
кольцо должно обращаться 19 раз за день
для 1g или 0.015 RPM.
Эффект Кореолиса на таком RPM
незаметен при обычной человеческой деятельности.
И, похоже, кольцо такого размера и угловой скорости
не должно саморазрушаться.
Кэвин Грэйзер, планетарный учёный в NASA,
который был научным советником при "Звёздном крейсере Галактика"
и фильме "Гравитация" сделал расчёты.
И установил, что мезаническую нагрузку
может выдержать простая сталь.
Так что, гравитационно "Halo" проходит тест.
Но вот с производственной частью есть проблемы.

English: 
but it's really fast in
terms of mechanical stresses
in the ring.
So anything made out of ordinary
atoms would be ripped apart.
And once you have
to use some kind
of fictional, super
strong material,
you're not gonna win a most
realistic artificial gravity
title.
So bigger is better for
reducing the Coriolis effect.
But if you go too big,
the mechanical stresses
will destroy your ring.
So do any franchises
have a ring size
that finds a good balance
between these two?
Interestingly, yes,
the video game "Halo."
At a radius of 5,000 kilometers
or about 80% of Earth's radius,
a halo insulation would need
to rotate 19 times a day
to produce 1 g or
about 0.015 RPM.
The Coriolis effect
at such RPMs would
be undetectable in
ordinary human activity.
And apparently, a halo
at that size and rotation
could actually stay
mechanically intact.
Kevin Grazier, a planetary
scientists formerly at NASA,
who was also the science adviser
for "Battlestar Galactica"
and the movie
"Gravity," did the math.
And he estimated that you
could handle the stresses
with a material as
mundane as steel.
So gravitationally,
"Halo" checks out.
But it's hard to see how we'd
ever build a halo insulation.

English: 
Grazier also estimated that
each halo has as much mass
as the entire asteroid
belt. So new question,
do any sci-fi franchises get
all the physics right but
with a structure that's
compact enough that it's not
entirely crazy to imagine
humanity one day building it?
Well, the closest
thing I could think of
was the space station
on "Babylon 5."
The key is that "Babylon
5" abandons the ring shape
altogether and makes
a cylinder instead,
one about 8 kilometers long
and half a kilometer in radius
spinning around its
longitudinal axis.
To get 1 g, that cylinder would
need to rotate at 1.3 RPMs.
The show once quoted a rim
speed of 60 miles an hour,
which would only half an RPM.
But that would only
give you 1 moon g.
So it's a boo-boo.
Anyway, 1.3 RPMs,
that would give you
Coriolis forces that are 10
times smaller than the ones
you see in "2001."
So that's mostly unnoticeable
in day-to-day activity,
unless you sprinted or
moved very, very abruptly.
"Babylon 5" actually gets a
lot of other qualitative things
right about
rotation-induced gravity,
like the way that its
fighter ships, the Starfurys,
launch just by dropping
outward or the fact
that objects or people
that are at rest

Russian: 
Грейзер также установил, что каждое кольцо бы содержало массу
всего нашего пояса астероидов. Новый вопрос:
Есть ли франшизы с правильной физикой
и достаточно компактной структурой, чтобы
человечество смогло его построить?
Ну, самое близкое -
станция "Вавилон 5"
В "Вавилон 5" вместо кольца есть цилиндр.
Около 8 километров в длину и полкилометра в радиусе
вращаясь вокруг продольной оси.
Чтобы получить 1g нужны 1.3 RPM.
В шоу говорилось, что скорость вращения только 60 миль в час,
но это бы дало только половину нужного RPM.
И мы получили бы лунное притяжение
Так что это ошибка.
В общем неважно. 1.3 RPM, при этом
силы Кореолиса будут в 10 раз слабее чем в
"2001"
Так что они незаметны при обычной активности,
если только вы не бегаете спринтом и/или очень-очень резко останавливаетесь
"Вавилон 5" имеет много качественных замечаний
о центробежной гравитации.
Например, истребители
запускаются, просто падая или
факт, что объекты или люди

Russian: 
находящиеся в центре не падают.
Авторы понимают
что вы должны вращаться, чтобы чувствовать гравитацию.
Я очень хочу сказать, что "Вавилон 5"
это самый реалистичный вариант.
Но из-за некоторых их ошибок,
я отдаю приз "Halo".
Просто я не могу найти ничего
что ошибочно для центробежной гравитации
Но, может, я что-то пропустил.
Дайте мне знать в комментариях.
И не забудьте проголосовать
за самую реалистичную искусственную гравитацию.
 
Я знаю я только слегка углубился в топик
Так что, я отвечу на любые сообщения
в следующем эпизоде "Пространство-Время"
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

English: 
near the center of the central
axis don't fall toward the rim.
They get correct
that you already
have to be rotating to feel
the artificial gravity.
So I really want to say
that "Babylon 5" has
the most realistic depiction of
artificial gravity in sci-fi.
But to be fair, in light
of some of its errors,
I gotta give my vote to "Halo."
Truth is I can't
actually find anything
that the game gets wrong per
se in its rotational artificial
gravity.
But hey, maybe I overlooked
some flaw in "Halo."
I'm sure you guys
will let me know
in the comments, along
with your own votes
for what the most realistic
artificial gravity in sci-fi
is.
I know that I just scratched
the surface of the topic.
So I'll report any
blanks that you all
fill in for us on the next
episode of "Space Time."
Last week, we asked whether
space and time are an illusion.
You guys had great
comments and questions.
I answered some individually
in the comments.
And yes, Michael-Luca Natt,
it's really me in the comments.
But here, I'm gonna
address them more in groups
because so many
were very similar.
But first, an announcement--
a viewer, not us, started
a sub-Reddit dedicated
to our program
as an alternate form
for episode discussion.
I'll tweet the link.
So follow us on Twitter, but
also add it to the description.
OK, now to the comments.
Some of you asked for more
concrete examples of things
like event disagreement.

English: 
We had some originally, but
had to cut them for time.
Now, next week, we're
going to poll you
all about future episode topics.
And we can do one about basic
relatively if enough of you
vote for it.
But in the meantime,
remember you're not supposed
to get this stuff right away.
You have to erect a
bunch of conceptual
scaffolding your head first.
Good resources for this are in
the description, so use them.
And also look for
books and read.
This sort of thing takes
months to sink in, not minutes.
That's just how it works.
I know it's frustrating,
but it's worth it
once things finally click.
Why exactly am I concluding that
space and time are illusions?
I can't redo the
whole episode here,
but I'll reiterate
part of what I meant.
There are an infinite number
of self-consistent ways
to arrange events according
to when and where they happen.
And in those different
arrangements,
not all events occur
in the same sequence.
Once you accept that
phrases like "the past"
now and "the future" simply
lack objective meaning.
Temporal order is
not a universal fact
and neither are other
"familiar" aspects of time.
So is time an illusion?
I think that's a matter
of semantic taste,
but it certainly isn't
what you think it is.
So how can we agree
about causality
if we disagree about
order of events?
Well, for certain
event pairs, we
do all agree about the order.
Those turn out to be
event pairs for which
a single piece of
matter or light
could have been present at
both events, which corresponds

Russian: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

English: 
to a zero or negative space time
interval between those events.
So in those limited
cases where we
agree about the
sequence of two events,
we're really agreeing
about whether one of them
had the capacity to
influence the other.
And when we disagree
about sequence,
we're really agreeing
that the space time
interval between
them is positive
and that neither event could
have influenced the other.
I did not address the direction
of time in this episode.
That's true.
And it's because that
discussion is way more involved,
especially in the
context of relativity.
Baby steps, people.
Maybe a future episode.
Is there no free will?
That's a loaded,
philosophical question.
But yes, I happen to think that
special relativity suggests
that free will is an illusion.
Does quantum mechanics
bring back free will
since it attaches some inherent
randomness to the future.
Well, remember that
there is no "the future."
But that aside, I happen to
think the answer is still no.
This is also too involved
to explain quickly.
But for starters, do
some background reading
on something called
"decoherence."
On a related note,
DreamsOfMorpheus
asks whether most
physicists hold this view
that the future already exists,
knowing that Brian Greene has
said similar things.
I happen to know Brian.
He taught me in grad school.
So I asked him what he
thinks most people believe.
I think he and I
on the same page.
But you can pause and read his
verbatim response to me below.

Russian: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

English: 
Finally, Aleksander Stepien
said I should get a guest spot
on "Sesame Street."
Hear that, Big Bird?
The people want me.
So let's make it happen.
Tweet @PBS to bring
me on the show
with #PUTGABEONSESAMESTREET.
Everyone could use a good
physics-related existential
crisis, even six-year-olds.
[MUSIC PLAYING]

Russian: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
