Путешествие быстрее скорости света: если варп-двигатель возможен, то почему его не создали

В 1994 году физик-теоретик Мигель Алькубьерре решил выяснить, возможен ли варп-двигатель, который позволяет путешествовать в космосе быстрее скорости света. Удивительно, но ученый нашел способ сделать его возможным, но до сих пор неясно, сможет ли такой двигатель когда-нибудь действительно работать, пишет в статье для Space астрофизик Пол Саттер.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Хотя технология варп-двигателя является теоретической, как уже писал Фокус, физики считают, что она уже существует и ее даже можно обнаружить. Ученые предполагают, что варп-двигатели могут использовать потенциальные инопланетяне.

Варп-двигатель — как он работает?

Хотя согласно текущим законам физики, перемещаться быстрее скорости невозможно, это ограничение применяется только к локальным измерениям. Можно управлять пространством-временем таким образом, чтобы сверхсветовое движение стало достижимым. Например, расширение Вселенной раздвигает галактики быстрее скорости света, но поскольку каждая галактика находится в своем локальном участке пространства, все хорошо, пишет Саттер.

Идея Алькубьерре состояла в том, чтобы использовать похожий трюк. Его решение варп-двигателя для общей теории относительности использует область идеально плоского пространства. Согласно теории, варп-двигатель, установленный на космическом корабле, создает варп-пузырь. Перед этим пузырем находится область сжатого пространства, а за ним — область расширенного пространства. Сжатие пространства позволяет пузырю и космическому кораблю внутри него двигаться быстрее скорости света.

По словам Саттера, удивительно, но обитатели пузыря не почувствуют ничего странного. Фактически, с их точки зрения, они вообще не будут двигаться. Вместо этого их пункт назначения просто приблизится к ним. Но есть одна проблема: чтобы создать пространство-время с такой точной геометрией, мы должны использовать отрицательную массу, которая, по-видимому, не существует во Вселенной и нарушит все, что мы знаем о движении, инерции и энергии.

Отрицательная энергия

Несмотря на то, что во Вселенной нет отрицательной массы, о которой мы знаем, есть отрицательная энергия, пишет Саттер. Если взять две металлические пластины и держать их очень близко друг к другу, квантовые поля внутри них будут ограничены. Они могут иметь только определенные разрешенные длины волн. Это ограничение, известное как эффект Казимира, приводит к возникновению силы притяжения между пластинами и областью отрицательной энергии.

Но такого крошечного количества отрицательной энергии недостаточно для питания варп-двигателя, и он может не сработать. Может ли существовать ли варп-двигатель? Это скорее вопрос квантовой гравитации, но такую теорию, объединяющую теорию относительности (она лучше всего объясняет гравитацию) и квантовую механику, физики еще не создали.

В то же время ученые пытаются последние десятилетия выяснить, что может произойти с квантовыми полями в крайне странной гравитационной среде. Это привело к некоторым интересным, но иногда противоречивым идеям о природе варп-двигателей.

Проблемы с варп-двигателем

Как пишет Саттер, одни расчеты предполагают, что квантовые поля на краю варп-пузыря, которые как бы охватывают границу между его внутренними частями и внешним космосом, по сути, взрываются до бесконечности, как только вы включаете варп-двигатель. Другие расчеты показывают, что это применимо только в ограниченных случаях и что если вы достаточно медленно наращиваете мощность варп-двигателя, то все будет в порядке.

Еще одни расчеты обходят все это стороной и показывают, сколько отрицательной энергии на самом деле нужно для создания варп-двигателя. Оказывается, что для создания одного макроскопического варп-пузыря диаметром примерно 100 метров понадобится в 10 раз больше отрицательной энергии, чем есть положительной энергии во Вселенной. И это большая проблема.

Но другие расчеты показывают, что это огромное количество применимо только к традиционному варп-пузырю, как его определил Алькубьерре. Возможно, можно изменить форму пузыря так, чтобы спереди была крошечная "шея", которая выполняет работу по сжатию пространства, а затем она раздувается до оболочки, чтобы содержать варп-пузырь. Это сводит к минимуму любые квантовые странности, так что для питания варп-двигателя понадобится столько же отрицательной энергии, сколько энергии выделяет звезда.

По словам Саттера, еще одни расчеты показывают, что даже если вы получите некоторую отрицательную энергию или отрицательную массу, как только вы начнете двигаться, вы столкнетесь с проблемами. Отрицательная масса немедленно начнет вытекать из края пузыря со скоростью, превышающей скорость света. В итоге происходит то, что экзотическая материя, образующая варп-пузырь, не может поспевать за самим пузырем, поэтому он просто разрывает себя на части.

Хотя с одной стороны кажется, что создать варп-вдигатель невозможно, однозначно так сказать нельзя. Размышления о том, насколько возможен даже теории варп-двигатель помогают исследовать некоторые удивительные связи между общей теорией относительности и квантовой механикой, резюмирует Саттер.

Фокус также писал о том, что что случится, если космический корабль с варп-двигателем полетит в черную дыру.

Еще Фокус писал о том, что ученые обнаружили доказательства существования возле Юпитера еще одного водного мира в Солнечной системе.