Варп-двигатель: об возможных опасностях перемещения быстрее скорости света и не только???

Доброе утро, дорогие подписчики! В предыдущем посте мы не успели рассказать о возможных опасностях, которые могут возникнуть при использовании звездолётов с варп-двигателями. Это было бы несправедливо, поэтому сегодня мы исправим эту ошибку и подробно расскажем об этом интересном способе перемещения в космосе.

Принцип работы WARP-двигателя, известного из научно-фантастического сериала Star Trek, основан на деформации пространства и времени.. В 1994 году Мигель Алькубьерре провёл расчёты, которые показали, что если каким-то образом сжать пространство перед кораблём и расширить его за кормой, то корабль сможет двигаться с любой скоростью! Для этого нужно создать вокруг корабля область с отрицательной энергией.

Такая концепция не противоречит принципам теории относительности, поскольку ограничение на максимальную скорость движения действует только в плоском пространстве-времени. В искривлённом пространстве теоретически можно двигаться с любой скоростью, так как в этом случае движется само пространство, а не корабль. Локально, относительно пространства, корабль будет стоять на месте, как на конвейерной ленте.

Однако на пути к созданию варп-двигателя возникло множество проблем.

Первая из них — это энергопотребление. По предварительным оценкам Алькубьерре, для создания варп-пузыря потребуется энергия, равная массе, в 10 раз превышающей массу всей наблюдаемой Вселенной! При этом вся эта энергия должна иметь отрицательную плотность или, соответственно, быть представлена в виде отрицательной массы, создающей гравитационное отталкивание.

Появление областей с отрицательной плотностью энергии в решениях уравнений общей теории относительности и других подобных аномалий называется нарушением энергетических условий. Однако это не всегда является препятствием для новых открытий.

Пока что единственными лабораторными экспериментами, в которых учёные наблюдали отрицательную энергию, были квантовые эксперименты, такие как эффект Казимира. Этот эффект проявляется в аномальном притяжении незаряженных пластин-зеркал, сближаемых на расстояние всего несколько микрометров. Причиной притяжения является давление виртуальных фотонов, которые образуются внутри и снаружи пластин с разной интенсивностью.

Однако плотность энергии в квантовых эффектах слишком мала, чтобы создать мощную антигравитационную силу, необходимую для формирования сверхсветового варп-пузыря. Тем не менее, её может быть достаточно для создания миниатюрного варп-пузыря в лаборатории, и в этой области работают сразу несколько исследовательских групп.

Оценка энергопотребления для формирования сверхсветового варп-пузыря оказалась высокой из-за ограничений на условия появления отрицательной энергии в квантовых экспериментах. После волны отрицательной плотности энергии всегда должна следовать волна положительной плотности, что накладывает серьёзные ограничения на количество используемой энергии. Применение полноценного материала с отрицательной массой, известного как "экзотическая материя", может снизить общий эквивалент массы-энергии до нескольких масс Солнца, что всё равно остаётся непрактичным.

Физик Ван Де Брок оптимизировал решение Алькубьерре, уменьшив энергопотребление за счёт увеличения внутреннего объёма пузыря при уменьшении его внешнего размера.

В 2013 году инженер NASA Гарольд Уайтт объявил, что ему удалось уменьшить требуемое значение общего эквивалента массы энергии до 700 кг отрицательной массы, что примерно соответствует массе АМС Voyager-1, для пузыря диаметром 10 метров, движущегося со скоростью 10 скоростей света. Это стало возможным благодаря созданию быстрых колебаний плотности энергии пузыря, которые, при условии определённых математических моделей, позволяют взаимодействовать с дополнительными измерениями и "размягчать ткань пространства", что эффективно деформирует его для сверхсветового перемещения.

Позже, в 2021 году появилось несколько новостей о том, что сразу несколько исследовательских групп нашли решения уравнений общей теории относительности для варп-двигателей, не нарушающих энергетические условия, то есть не требующих отрицательной энергии для работы. Автор одной из статей, Эрик Ленц, исследовал особый гипотетический тип варп-двигателей — варп-двигатели Натарио, или варп-двигатели с нулевым расширением. Создав особую несферическую геометрию варп-поля, он смог найти конфигурацию, которая не требует отрицательной энергии для сверхсветового полёта. Однако практически сразу же коллектив Джессики Сантьяго и Мэтта Виссера заявил, что Ленц ошибся в своих расчётах.?

Дело в том, что величина энергии, заключённой в варп-пузыре, для разных наблюдателей — внутри пузыря и за его пределами — будет разной. Поэтому необходимо убедиться, что для всех наблюдателей величина энергии будет положительной. В случае метрики Ленца оказалось, что она всё же нарушает энергетические условия, и научные дебаты продолжаются до сих пор.

Алексей Бобрик и Джованни Мартир, представители второго научного коллектива, смогли найти аналогичное решение для субсветовых варп-двигателей, которые не превышают скорость света. Это решение удовлетворяет энергетическим условиям для всех наблюдателей, как внутри, так и снаружи пузыря. Однако, хотя количество энергии, необходимой для создания варп-пузыря, остаётся огромным, существуют значительные возможности для его оптимизации и снижения затрат.

Но это не все трудности, с которыми сталкиваются будущие варп-путешественники. Если стенки варп-пузыря будут достаточно тонкими (как предполагалось в первой модели Алькубьерре, толщина стенок должна составлять всего несколько планковских длин), генерируемое ими излучение Хокинга, подобное тому, что исходит от горизонтов событий черных дыр, может быть настолько интенсивным, что температура в центре пузыря достигнет планковской температуры. Это сравнимо с температурой Большого взрыва, если он был.

Но, если стенки пузыря можно сделать достаточно толстыми (первые модели Алькубьерре использовали квантовые эффекты, а отрицательная плотность энергии напрямую связана с расстоянием между пластинами Казимира или толщиной стенки варп-пузыря; новые модели этим не ограничены), то эта проблема может быть решена.

Ещё одной проблемой является проблема горизонта: из-за сверхсветового движения корабль не сможет обмениваться информацией с внешним миром и не будет контролировать своё движение. Гипотетически, возможно, стоит построить "варп-магистрали", по которым будут перемещаться корабли будущего, избегая риска оказаться вне галактического шоссе или в отдалённом уголке Вселенной.

Также стоит рассмотреть возможность использования корабля с варп-двигателем для отправки сообщений в прошлое или путешествий во времени. Казалось бы, создание машины времени и сверхбыстрого космического корабля в одном флаконе — это прекрасная новость!?

Однако физики не очень любят, когда в уравнениях появляется возможность отправки чего-либо в прошлое, поскольку это может означать, что мы неправильно понимаем физику. В частности, возникают известные парадоксы путешествий во времени: например, отправившись в прошлое, путешественник может решить убить своего дедушку, но в этом случае он не появится на свет сам, а значит, не сможет отправиться в прошлое и совершить убийство.

Это так называемый "парадокс убитого дедушки", который был обыгран во многих кинофильмах, включая известную серию фильмов "Назад в будущее". Марти МаккФлай отправляется в прошлое и случайно становится лишним уравнением между своим отцом и матерью 30 лет назад, которая влюбляется в него. Гипотетически, если верна многомировая интерпретация Эвверета, корабль может быть отправлен в идентичную параллельную реальность, где существуют идентичные копии каждого из людей. В этом случае парадокс не возникает, поскольку параллельная реальность в будущем никак не будет взаимодействовать с оригинальной временной линией.

Тем не менее, пока этот вопрос остаётся открытым для обсуждения. Стивен Хокинг считал, что человечество, вероятно, найдёт способ сверхсветового перемещения, но он не позволит людям перемещаться в прошлое, так как этому препятствуют какие-то неизвестные нам законы физики. Вспоминая Хокинга, нельзя не упомянуть выдвинутую им гипотезу защищенности хронологии, которая предполагает, что сама Вселенная препятствует ситуациям, способным создать замкнутую времениподобную кривую — траекторию путешествия в прошлое, замкнутую саму на себя, которую может создать варп-двигатель.

Как известно, космические путешествия могут быть опасными, особенно на больших скоростях. Хотя межзвездная среда довольно разрежена, она всё же содержит газ и излучение, которые скапливаются перед и за кораблём в процессе его движения. Чем дальше продвигается корабль, тем больше частиц собирается в так называемом варп-пузыре.

Когда корабль останавливается и переходит на досветовую скорость, эти частицы высвобождаются в виде мощного гамма-излучения, способного уничтожить целую звёздную систему. Мощность такого оружия, вероятно, не имеет ограничений и зависит только от дальности полёта. Теоретически, можно уничтожить целую галактику, даже не заметив приближения корабля со сверхсветовой скоростью, поскольку никакая информация не может двигаться быстрее скорости света в плоском пространстве-времени. Отражение подобной атаки также становится невозможным.

Если представить, что кто-то овладел такими технологиями, для уничтожения противника ему не нужны никакие термоядерные установки, лазеры и прочие фантастические изобретения, доступные «цивилизациям нулевого уровня», то есть нам. Достаточно лишь набрать необходимое количество частиц и направить их в цель. Это идеальное оружие для сверхцивилизаций.??

Чтобы избежать незапланированного удара в ходе межзвездного конфликта, можно либо выйти из варп-режима в стороне от звёздной системы, или увеличить толщину стенки варп-пузыря и периодически входить и выходить из него. Это нужно для того, чтобы освобождать warp-поле своей "машины смерти" от остаточных частиц.

Однако самая большая проблема для гипотетических варп-путешественников заключается в «уловке-22»: пока не существует способа ускорить варп-двигатель до сверхсветовых скоростей.

Как только варп-пузырь будет создан, он начнет двигаться за счет деформации пространства. Но для его существования часть отрицательной энергии должна находиться за пределами пузыря. По мере движения корабля сквозь искривленное пространство эта энергия останется позади, что приведет к изменению геометрии варп-поля и его разрушению.

Для сверхсветового перемещения варп-пузыря, то есть зоны деформированного пространства-времени, необходимо перемещать с его скоростью часть внешней оболочки, находящуюся вне зоны, где возможно сверхсветовое движение. Это означает, что варп-пузырь физически не может начать двигаться, пока впереди него не окажется эта «внешняя оболочка», которая физически не может преодолеть световой барьер. Проще говоря, мы физически не можем начать двигаться.?

Возможным решением является создание «тоннеля» из отрицательной энергии по пути следования корабля. Однако это означает, что первые путешествия к звездам должны быть проделаны на досветовой скорости, так как для размещения установок для его генерации потребуется доставить в пункт назначения множество систем без возможности генерации варп-поля.

Как видите, перед варп-путешественниками стоит много проблем, но когда-то даже сама мысль о полете человека в воздух казалась фантастикой. В начале XX века возможность межпланетных полетов также оспаривалась многими учеными. Сегодня многие ученые пытаются зарегистрировать микроскопические варп-пузыри в лаборатории и провести с ними первые эксперименты, например, пропуская через них лазерное излучение интерферометров и фиксируя возможные отклонения в интерференционной картине. Уже сейчас мы видим лазейки, которые, возможно, через сотни лет позволят нам летать от звезды до звезды за время в недели, а не годы.

Но это будущее нужно приближать нам всем, иначе оно не наступит никогда.

Источник: vk.com

Комментарии: