Подорож швидше за швидкість світла: якщо варп-двигун можливий, то чому його не створили

У 1994 році фізик-теоретик Мігель Алькуб'єрре вирішив з'ясувати, чи можливий варп-двигун, який дає змогу подорожувати в космосі швидше за швидкість світла. Дивно, але вчений знайшов спосіб зробити його можливим, але досі незрозуміло, чи зможе такий двигун коли-небудь справді працювати, пише у статті для Space астрофізик Пол Саттер.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Хоча технологія варп-двигуна є теоретичною, як уже писав Фокус, фізики вважають, що вона вже існує і її навіть можна виявити. Вчені припускають, що варп-двигуни можуть використовувати потенційні інопланетяни.

Варп-двигун — як він працює?

Хоча згідно з поточними законами фізики, переміщатися швидше за швидкість неможливо, це обмеження застосовується тільки до локальних вимірів. Можна керувати простором-часом таким чином, щоб надсвітловий рух став досяжним. Наприклад, розширення Всесвіту розсовує галактики швидше за швидкість світла, але оскільки кожна галактика перебуває у своїй локальній ділянці простору, все добре, пише Саттер.

Ідея Алькуб'єрре полягала в тому, щоб використовувати схожий трюк. Його рішення варп-двигуна для загальної теорії відносності використовує область ідеально плоского простору. Згідно з теорією, варп-двигун, встановлений на космічному кораблі, створює варп-бульбашку. Перед цією бульбашкою знаходиться область стисненого простору, а за нею — область розширеного простору. Стиснення простору дає змогу бульбашці та космічному кораблю всередині неї рухатися швидше за швидкість світла.

За словами Саттера, дивно, але мешканці міхура не відчують нічого дивного. Фактично, з їхньої точки зору, вони взагалі не будуть рухатися. Натомість їхній пункт призначення просто наблизиться до них. Але є одна проблема: щоб створити простір-час із такою точною геометрією, ми маємо використати від'ємну масу, якої, очевидно, не існує у Всесвіті і яка порушить усе, що ми знаємо про рух, інерцію та енергію.

Негативна енергія

Незважаючи на те, що у Всесвіті немає від'ємної маси, про яку ми знаємо, є від'ємна енергія, пише Саттер. Якщо взяти дві металеві пластини і тримати їх дуже близько одна до одної, квантові поля всередині них будуть обмежені. Вони можуть мати тільки певні дозволені довжини хвиль. Це обмеження, відоме як ефект Казимира, призводить до виникнення сили тяжіння між пластинами і областю негативної енергії.

Але такої крихітної кількості негативної енергії недостатньо для живлення варп-двигуна, і він може не спрацювати. Чи може існувати варп-двигун? Це скоріше питання квантової гравітації, але таку теорію, що об'єднує теорію відносності (вона найкраще пояснює гравітацію) і квантову механіку, фізики ще не створили.

Водночас науковці намагаються останні десятиліття з'ясувати, що може статися з квантовими полями у вкрай дивному гравітаційному середовищі. Це призвело до деяких цікавих, але подекуди суперечливих ідей про природу варп-двигунів.

Проблеми з варп-двигуном

Як пише Саттер, одні розрахунки припускають, що квантові поля на краю варп-бульбашки, які начебто охоплюють межу між її внутрішніми частинами і зовнішнім космосом, по суті, вибухають до нескінченності, щойно ви вмикаєте варп-двигун. Інші розрахунки показують, що це може бути застосовано тільки в обмежених випадках і що якщо ви досить повільно нарощуєте потужність варп-двигуна, то все буде в порядку.

Ще одні розрахунки обходять усе це стороною і показують, скільки негативної енергії насправді потрібно для створення варп-двигуна. Виявляється, що для створення однієї макроскопічної варп-бульбашки діаметром приблизно 100 метрів знадобиться в 10 разів більше негативної енергії, ніж є позитивної енергії у Всесвіті. І це велика проблема.

Але інші розрахунки показують, що ця величезна кількість може бути застосована тільки до традиційної варп-бульбашки, як її визначив Алькуб'єрре. Можливо, можна змінити форму міхура так, щоб спереду була крихітна "шия", яка виконує роботу зі стиснення простору, а потім вона роздувається до оболонки, щоб містити варп-бульбашку. Це зводить до мінімуму будь-які квантові дивацтва, тож для живлення варп-двигуна знадобиться стільки ж негативної енергії, скільки енергії виділяє зірка.

За словами Саттера, ще одні розрахунки показують, що навіть якщо ви отримаєте деяку негативну енергію або негативну масу, щойно ви почнете рухатися, ви зіткнетеся з проблемами. Негативна маса негайно почне витікати з краю міхура зі швидкістю, що перевищує швидкість світла. У підсумку відбувається те, що екзотична матерія, яка утворює варп-бульбашку, не може встигати за самою бульбашкою, тому вона просто розриває себе на частини.

Хоча з одного боку здається, що створити варп-двигун неможливо, однозначно так сказати не можна. Роздуми про те, наскільки можливий навіть теорії варп-двигун допомагають дослідити деякі дивовижні зв'язки між загальною теорією відносності та квантовою механікою, резюмує Саттер.

Фокус також писав про те, що що трапиться, якщо космічний корабель з варп-двигуном полетить у чорну діру.

Ще Фокус писав про те, що вчені виявили докази існування біля Юпітера ще одного водного світу в Сонячній системі.