В поисках технологии для движения быстрее света

Мы постоянно встречаем это в научной фантастике: корабли с варп-двигателями позволяют персонажам рассказа, романа, фильма или телесериала исследовать новые планеты и даже галактики. Эти аппараты могли бы даже летать быстрее скорости света, пусть и Общая теория относительности учит нас, что никто не может двигаться быстрее света. Не так ли? В конце концов, у света нет массы, значит, он может перемещаться со скоростью 299 792 458 метров в секунду.

Все это верно. Ничто не может превысить вселенский скоростной предел. Однако, возможно, у нас все еще есть возможность построить варп-двигатель, не нарушив при этом никаких физических законов.

В 1994 году физик-теоретик Мигель Алькубьерре из Мексики написал статью, в которой представил математические выкладки и научную базу для создания настоящего варп-двигателя, который бы не противоречил Общей теории относительности. Он заинтересовался этим способом межзвездных путешествий после того, как увидел его в действии — при преодолении гигантских расстояний в научно-фантастических произведениях.

Варп-двигатель расширяет и сжимает ткань пространства-времени вокруг корабля и его пузыря. Аппарат в принципе не ускоряется и не движется. Движется ткань вокруг него и таким образом толкает его вперед. В качестве примера: представьте, что вы стоите на конвейерной ленте — передвигаетесь, но сами при этом не идете. Ткань ленты движет вас 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.

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 больше отрицательной энергии, чем вообще есть во Вселенной, а именно благодаря ей расширяется пространство. 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.

Наших наблюдений того, что могло бы оказаться отрицательной энергией, мягко говоря, недостаточно. Предположительно, то, что мы считаем пустым пространством, отнюдь не пустое — у него есть плотность энергии, которую также называют нулевой. Согласно квантовой механике пустое пространство наполнено появляющимися и исчезающими частицами энергии. Если нам удастся остановить их появление, мы получим отрицательную энергию.

Ученые пытались создать ее в лаборатории, сдавливая две металлические пластины (которые были настолько плоскими, что были идеально гладкими почти на атомном уровне) на расстояние, гораздо меньшее толщины человеческого волоса. Остававшееся пространство было настолько маленьким, что в нем не могли существовать частицы, из-за чего сила вокруг пластин увеличивалась и проявляла свойства отрицательной энергии. Конечно, этих наблюдений недостаточно — это всего лишь небольшой опыт, результаты которого далеки от того, чтобы делать окончательные выводы.

Если нам в будущем все-таки удастся выяснить, как получить больше отрицательной энергии, возможно, ее не понадобится столько, сколько предполагал Алькубьерре. Последние уточнения его работы, проведенные учеными NASA, значительно уменьшили количество энергии, которое понадобилось бы варп-двигателю, при помощи колебания частей аппарата на высоких частотах. Это упростило бы его движение через пространство-время и уменьшило объемы необходимой энергии. Современные теории о том, сколько отрицательной энергии может понадобиться для работы варп-двигателя, варьируются от 65 экcаджоулей до энергии нескольких отрицательных и позитивных солнечных масс. 65 эксаджоулей — примерно то, сколько энергии используют США за год. Это все еще много, но вполне реально. Если нам удастся использовать темную энергию, то понадобится не более массы Юпитера. Единственная проблема — мы толком не понимаем, что такое темная энергия и как она работает. И она в итоге может оказаться экзотическим материалом, необходимым для работы варп-двигателя.

Для сравнения: для межзвездных путешествий на традиционных ракетах не только понадобятся сотни тысяч лет, но и топливный резервуар больше Вселенной. И это не говоря о том, что еще необходимо найти материал, который сможет выдержать столь длительное путешествие.

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.

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. Проще говоря, удалось бы избежать ситуации, когда вы прибыли в пункт назначения и обнаружили, что настолько далеко переместились вперед во времени, что все на Земле, кого вы знали, уже давно мертвы.

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 вы начнете движение, будет уже невозможно, а экипаж может погибнуть по целому ряду причин. И все же математические выкладки и экспериментальные данные показывают, что у варп-двигателей может быть шанс.

Если нам действительно удастся создать эту технологию, пройдет еще ни один век, пока мы научимся ее применять. Подобно червоточинам, возможности, которые могут предоставить варп-двигатели, невероятны, но добиться их реализации будет нелегко.

Источник