Варп-двигатель Алькубьерре
Возможность путешествовать быстрее скорости света.
Мы часто видим их в научно-фантастических фильмах — корабли с варп-двигателями (warp drive), которые позволяют героям исследовать новые планеты и новые галактики. Эти корабли летали бы даже быстрее скорости света, за исключением того, что если Общая теория относительности чему-то и научила нас, так это тому, что ничто не может превышать скорость света. Верно? Ведь свет не имеет массы и поэтому может двигаться со скоростью 299 792 458 метров в секунду.
Да, это действительно так. Ничто не может превышать этот универсальный предел скорости. За исключением того, что можно построить варп-двигатель, не нарушая никаких законов физики.
В 1994 году мексиканский физик-теоретик Мигель Алькубьерре написал статью, в которой была изложена математическая и научная основа для варп-двигателя, которая не нарушает общей теории относительности. Он заинтересовался этим методом межзвездных путешествий, увидев, что он используется в научно-фантастических романах, чтобы путешествовать на огромные расстояния.
Варп-двигатель работает расширяя пространство-время позади себя и сжимая его перед собой, образуя т.н. пузырь Алькубьерре. Сам корабль при этом никуда не движется, а именно пространство вокруг него движется и толкает его вперед. Представьте себе, такую аналогию: вы стоите на конвейерной ленте, где вам не приходится идти, а вместо этого полотно конвейера перемещает вас вперед. Сжатие пространства перед кораблем будет тянуть его вперёд, а расширение пространства позади корабля будет также толкать его вперед. Эйнштейн показал, что пространство-время может быть деформировано массой или энергией, и если пространство-время может быть изогнуто, то им можно манипулировать другими способами. Причина, по которой этот корабль сможет двигаться быстрее скорости света, заключается в том, что общая теория относительности говорит нам, что ничто в космосе не может нарушить ограничение скорости, однако нет ограничения скорости в том, как быстро само пространство может сжиматься или расширяться. Мы ничего не перемещаем в пространстве — мы перемещаем само пространство.
Работа Алькубьерре была обнадеживающей и впечатляющей, но у в неё было много пробелов. В своей оригинальной статье он предположил, что для питания такого космического корабля нам потребуется больше отрицательной энергии, чем имеется энергии во всей Вселенной. Эта отрицательная энергия — именно то, что заставляет пространство расширяться. Проблема в том, что отрицательная энергия неуловима, и многие ученые даже сомневаются в её существовании, не говоря уже о надежде, что мы сможем добыть её огромное количество.
Наши наблюдения за тем, что могло быть отрицательной энергией, очень незначительны. Идея состоит в том, что то, что кажется черным, пустым пространством, на самом деле таковым не является. Существует плотность энергии пустого пространства — то, что мы называем нулевой энергией. Квантовая механика говорит нам, что пустое пространство заполнено частицами энергии, возникающими и исчезающими. Если мы сможем остановить появление этих частиц, мы получим отрицательную энергию.
Ученые пытались создать это в лаборатории, сдвинув две металлические пластины (настолько плоские, что они идеально гладкие почти до атомарного уровня) на расстояние менее, чем толщина человеческого волоса. Полученное пространство было настолько мало, что оно не позволяло частицам существовать, заставляя силу вокруг пластин увеличиваться и, таким образом, проявлять сигнатуру отрицательной энергии. Однако, полученные в этом эксперименте измерения оказались слишком малы, чтобы сделать окончательные выводы о существовании отрицательной энергии.
Если мы выясним, как создать больше отрицательной энергии в будущем, нам может понадобиться не так много её, как сначала теоретизировал Алькубьерре. В более поздних уточнениях к его статье ученые NASA резко сократили количество энергии, необходимое для варп-двигателя, путем вибрирования частей корабля на высоких частотах, что облегчило бы перемещение в пространстве-времени и уменьшило количество необходимой энергии. Современные теории о том, сколько отрицательной энергии нам понадобится, варьируют значениями от 65 эксаджоулей до энергии нескольких отрицательных и положительных солнечных масс. 65 эксаджоулей составляет количество энергии, которое США использует в год. Всё еще много, но определенно лучше и определенно выполнимо в будущем. Если бы мы могли использовать тёмную энергию, нам бы понадобилась только масса Юпитера. Единственная проблема в том, что мы не понимаем, что такое тёмная энергия и как она работает. Она может оказаться экзотическим материалом, который нам нужен.
Для сравнения, попытка межзвездного космического полета с обычными ракетами не только займёт сотни тысяч лет, но и потребует объем топлива больше, чем вся вселенная. Не говоря уже о поиске материала, который мог бы выдерживать такую длительность путешествия.
У некоторых моделей гипотетических космических аппаратов с варп-двигателем скорость будет в 10 раз превышать скорость света. Это позволит совершить полёт к нашей ближайшей экзопланете, Альфа Центавра Bb, за шесть месяцев, хотя расстояние до неё более 4 световых лет. Наши самые быстрые космические корабли могут двигаться со скоростью более 30 000 км в час, а это означает, что нам потребуется 142 000 лет, чтобы достичь Альфа Центавра Bb. 30 000 км в час — это около 0,003% скорости света.
Путешествие на варп-двигателе приведет нас через более высокие измерения, а это означает, что это может дать нам возможность не только исследовать нашу собственную Вселенную, но и мультивселенную.
Существует предел того, насколько теоретически быстро может перемещаться варп-двигатель, но даже эти ограничения скорости позволят нам прибыть в новую галактику за доли секунды. В качестве дополнительного преимущества корабль может ускоряться и замедляться, а пассажиры не будут испытывать замедления времени. Другими словами, вы не прибудете в пункт назначения, чтобы узнать, что вы так далеко впереди во времени, что все, кого вы знаете, уже мертвы на Земле.
Другие проблемы, помимо источников энергии, связаны с частицами, накопленные во время путешествия, которые могут непреднамеренно запускаться во время торможения и разрушать целые миры. На самом деле, может не быть никакого способа замедления, как только судно начнет движение, а экипаж может оказаться мертвым по ряду других причин. Но до сих пор все математические и экспериментальные данные показали возможность существования варп-двигателей.
Если мы найдем способ создать такую технологию, пройдут столетия, прежде чем мы увидим её использование. Как и червоточины, возможности варп-двигателей огромны, но они не дадутся легко.
Однако нам не придется ждать сотни лет, чтобы начать исследовать далекие просторы космоса: у NASA есть цель создать межзвездный корабль до 2100 года.
