Варп-двигатель для межзвездных путешествий – фантастика или реальность?

Проблема космических путешествий заключается в огромном количестве времени, которое потребуется, чтобы путешествовать между ними. Используя лучшие средства движения, которые у нас есть сейчас, нам потребовались бы десятки тысяч лет, чтобы достичь ближайшей звезды. Главной проблемой является ограничение космической скорости, открытое Эйнштейном.

Обойти теорию относительности Эйнштейна, преодолев скорость света

Это говорит о том, что ничто не может двигаться быстрее скорости света - 299 792 458 метров в секунду.

В 1994 году физик Мигель Алькубьерре предложил способ двигаться быстрее, если совершить поездку на пузыре в пространстве-времени с помощью диска Алькубьерра. Математические выкладки и научная база для создания настоящего варп-двигателя не противоречат Общей теории относительности. Он заинтересовался этим способом межзвездных путешествий после того, как увидел его в действии — при преодолении гигантских расстояний в научно-фантастических произведениях.

Как и авионика, ядерные исследования, космические исследования, электромобили и многоразовые ракетные ускорители, Alcubierre Warp Drive, похоже, суждено стать одной из тех концепций, которым придется пробиваться в гору. Но если эти другие исторические случаи являются какой-либо индикацией, в конечном итоге это может пройти точку невозврата и внезапно показаться совершенно возможным!

 

В «метрике Алькубьерра» можно использовать волну для создания искривленного пузыря, который искажает пространство-время, сжимая пространство перед ним, пока его задняя часть растягивается. Теоретически, перемещение варп-пузыря может намного превышать скорость света.

Если бы транспортное средство находилось внутри такого пузыря, оно быстро переместилось бы вместе с ним. Его собственная скорость будет иметь гораздо меньшее значение, чем скорость пузыря. Поскольку сам корабль будет нормально путешествовать через свою текущую область пространства-времени внутри пузыря, никакие релятивистские эффекты не будут задействованы. Подумайте о мухе внутри движущегося автомобиля, обеспечивающего свое собственное движение вперед, назад и из стороны в сторону.

Сущность процесса

Варп-двигатель расширяет и сжимает пространство-время вокруг корабля и его пузыря. Аппарат в принципе не ускоряется и не движется. Движется материя вокруг него и таким образом толкает его вперед. Сжатие пространства-времени перед космическим аппаратом будет тянуть его, а расширение позади него будет продолжать это движение вперед. Эйнштейн показал, что пространство-время может искривляться массой или энергией, следовательно, им можно манипулировать и другими способами. Причина, по которой этот корабль мог бы двигаться быстрее света, — в том, что Общая теория относительности гласит, что ничто в пространстве не может преодолеть предел скорости, однако нет никакого предела скорости для расширения или сжатия самого пространства. Мы ничего не движем в пространстве — мы движем само пространство.

Теория деформации Алькубьерра работает не на том, чтобы толкать что-либо быстрее света. Вместо этого его искривляющее движение создает пузырь, который буквально деформирует пространство: сжимая его спереди и растягивая его сзади. Если бы вы находились на космическом корабле, путешествующем внутри такого пузыря, вы бы все равно двигались со скоростью света, но вы бы по существу путешествовали на расстояния, которые были сжаты короче, как если бы вы ехали на гребне волны через пространство-время. ©Wikipedia 

Работа Алькубьерре была обнадеживающей и впечатляющей, но в ней было и немало дыр. В оригинальной работе он теоретизировал, что для обеспечения такого корабля достаточной мощностью понадобилось бы очень много отрицательной энергии. Проблема заключается в том, что отрицательная энергия неуловима, даже многие физики сомневаются в ее существовании, не говоря уже о том, что нам удастся произвести огромные ее объемы.

Визуализация варп-поля согласно двигателю Алькубьерре / © AllenMcC

Фантастические мечты

В некоторых моделях — например, в концепции Гарольда Уайта — космический аппарат на варп-двигателе может двигаться в 10 раз быстрее света. На такой скорости мы смогли бы добраться до ближайшей экзопланеты — альфы Центавра B b — всего за шесть месяцев, несмотря на то, что она находится более чем в четырех световых годах от Земли. Самые быстрые современные аппараты могут достигать скорости чуть выше 32 тысяч километров в час: путешествие до альфы Центавра B b на такой скорости займет 142 тысячи лет. Тридцать две тысячи километров в час — это около 0,003% скорости света.

Концепт межзвездного космического корабля NASA с варп-двигателем IXS Enterprise / © NASA/Mark Rademaker.

Путешествие на такой скорости позволило бы человечеству преодолеть космологический горизонт и исследовать не только свою Вселенную, но и Мультивселенную. Теоретически у скорости варп-двигателя есть предел, но даже эти теоретические пределы дали бы нам возможность перемещаться в новые галактики за долю доли секунды. В качестве преимущества корабль смог бы ускоряться и замедляться, а пассажиры бы не испытывали замедления времени.

Космические деформации реальны

Негативная материя, вероятно, является лучшим сценарием, если быстрее космического полета оказывается невозможным. К сожалению, все еще есть некоторые недостатки. Неясно, существует ли вообще отрицательная материя в нашей вселенной (есть предположение, что она может быть доминирующей формой материи в отдаленных областях космоса, которые, по-видимому, почти полностью лишены галактик; положительная материя будет постепенно «отталкиваться» в отдельные регионы, где образуются нормальные галактики и звезды).

Alcubierre Warp Drive растягивает пространство-время в волне, заставляя материю пространства перед космическим кораблем сокращаться и пространство позади него увеличиваться. Корабль может плыть по волне, чтобы разогнаться до высоких скоростей и путешествовать во времени. Диск Alcubierre, также известный как метрика Alcubierre или Warp Drive, представляет собой математическую модель пространства-времени, демонстрирующую особенности, напоминающие о вымышленном «приводе деформации» из Star Trek, который может путешествовать «быстрее, чем свет» Refit-Enterprise by Dennis Bailey.

Даже если объекты не могут двигаться быстрее скорости света, кажется, что само пространство (в соответствии с тем, что в настоящее время известно об общей теории относительности) может. Пространство может расширяться быстрее скорости света, унося очень далекие галактики от Солнечной системы быстрее, чем свет, даже если они находятся в состоянии покоя относительно своих локальных соседей в космосе. Кажется, что пространство-время можно расширить или сжать с любой скоростью. В этом случае космическое путешествие быстрее света стало бы возможным, просто расширив пространство позади и сузив пространство перед ним.

Это может быть достигнуто путем применения огромного количества отрицательной энергии (отрицательной массы, отрицательной гравитации) за пределами «искривленного пузыря» нормали, окружающей объект. Мексиканский физик Мигель Алькубьерре продемонстрировал, что концепция возможна, по крайней мере, в принципе, но на практике она требует невероятно большого количества отрицательной энергии.

Вертикальное измерение представляет, насколько данный объем пространства-времени расширяется или сжимается в модели Алькубьерре. Положительные значения [красный] подразумевают расширение в пространстве-времени, вызванное отрицательной плотностью массы-энергии в теории общей теории относительности Эйнштейна. Когда пространство-время расширяется позади корабля, оно продвигает корабль вперед (1). Внутри варп-пузыря нейтральное пространство-время оставит корабль в покое. Пассажиры будут испытывать атмосферу невесомости (2). Отрицательные значения [синий] подразумевает сокращение в пространстве-времени, вызванное положительной (то есть «нормальной») плотностью массы-энергии. Сжатие уравновешивает расширение пространства-времени, когда пузырь движется вперед. В совокупности это позволяет кораблю «путешествовать» по фронту гравитационных волн(3).

Недавнее открытие гравитационных волн учеными LIGO стало доказательством правильности предсказаний Эйнштейна. Экспериментально доказано, что пространство-время может «искажаться» и изгибаться в присутствии огромных гравитационных полей, и это распространяется по всему миру. Источник изображения: solarseven / Shutterstock

Проблемы

Самая большая проблема, которую необходимо преодолеть, - это ошеломляющее количество энергии, которое может потребоваться при создании пузыря: энергетический эквивалент массы Юпитера. (Это на самом деле представляет собой улучшение по сравнению с более ранними оценками, которые требовали эквивалента массе всей вселенной.) Ученые надеются, что однажды экзотическая материя может обеспечить средства для получения необходимой энергии благодаря достижениям в квантовой физике, квантовой механике и метаматериалах. НАСА, с другой стороны, уже изучает создание пузырьков деформации , рассматривая использование объекта, не большего, чем космический корабль Voyager. «То, что это делает, - это переводит идею из категории абсолютно невозможного в, возможно, правдоподобное», - сказал Гарольд Уайт из Eagleworks Laboratories NASA: Advanced Propulsion.

Помимо источников энергии, проблемой также считаются частицы, ускоренные во время путешествия, которые ненароком могут быть запущены при торможении и уничтожать целые миры. Более того, есть вероятность, что замедлиться, как только начнется движение, будет уже невозможно, а экипаж может погибнуть по целому ряду причин.

Кроме того, есть проблема - излучение Хокинга. В теории, оно должно убить каждого, кто окажется внутри пузыря.

Мы еще не знаем, как создать варп-пузырь, и, если бы мы могли, и поместили в него транспортное средство, мы не знаем, как его вернуть, как только он достигнет желаемого пункта назначения. И все же математические выкладки и экспериментальные данные показывают, что у варп-двигателей может быть шанс.

Исследования продолжаются

Бесконтактный варп-привод, приводимый в действие источником отрицательной энергии, несомненно, находится на расстоянии многих поколений от своего изобретения. Основные функциональные компоненты этого привода еще не обнаружены, и даже в настоящее время их невозможно эффективно использовать. Подобно червоточинам, возможности, которые могут предоставить варп-двигатели, невероятны, но добиться их реализации будет нелегко. Больше открытий о темной энергии может привести к созданию поля пространства-времени, в котором все три энергетические условия могут быть нарушены. До тех пор люди должны будут использовать ракеты.

Путешествие на такой скорости позволило бы человечеству преодолеть космологический горизонт и исследовать не только свою Вселенную, но и Мультивселенную. Теоретически у скорости варп-двигателя есть предел, но даже эти теоретические пределы дали бы нам возможность перемещаться в новые галактики за долю доли секунды.

Путешествие на такой скорости позволило бы человечеству преодолеть космологический горизонт и исследовать не только свою Вселенную, но и Мультивселенную. Теоретически у скорости варп-двигателя есть предел, но даже эти теоретические пределы дали бы нам возможность перемещаться в новые галактики за долю доли секунды.

Пространственно-временная матрица

Линии пространства / времени изогнуты в направлении передней части космического корабля в форме воронки, а линии пространства / времени набухают (расширяются), как воздушный шар, надутый сзади. Таким образом, транспортное средство отталкивается сзади с отрицательной кривизной, а спереди с положительной кривизной спереди. Пространство само по себе является космическим кораблем.