Фізики теоретично проаналізували можливість створення варп-двигуна (warp drive) – гіпотетичного об’єкта, який дозволяє подорожувати з близько- і надсвітовими швидкостями (з точки зору зовнішнього спостерігача) за рахунок спотворення простору-часу навколо мандрівника. Виявилося, що, на відміну від надсветових польотів, для подорожей з субсветовой швидкістю оболонку такого апарату можна виготовити зі звичайної матерії. У той же час механізми розгону корабля і велика маса, яка потрібна оболонці, як і раніше залишаються проблемними питаннями. Статтю опубліковано в журналі Classical and Quantum Gravity.
В кінці минулого століття фізик Мігель Алькубьерре з Уельського університету, надихнувшись сюжетом серіалу «Зоряний шлях», описав теоретичну модель подорожей з надсвітовою швидкістю, яка не вимагає використання кротячих нір. Ідея вченого полягала в тому, щоб створити свого роду міхур, який оточує космічний апарат, стискаючи простір-час перед кораблем і розтягуючи позаду. З точки зору зовнішнього спостерігача такі маніпуляції можуть здатися надсвітовим польотом – подібно до того, як в інфляційної моделі Всесвіту перші моменти її життя супроводжувалися швидким розширенням простору, і відстань між точками збільшувалася так, ніби вони розлітаються зі надсвітовою швидкістю, хоча фізичні швидкості тіл були менше швидкості світла.
Теорія warp-двигунів
У загальній теорії відносності джерелом спотворень простору-часу є матерія – тобто її розподіл в просторі визначає те, як саме скривиться геометрія. Цей зв’язок можна використовувати і в зворотний бік – визначити по виду спотворення простору-часу, яким розподілом матерії воно може бути викликане і якими властивостями володіє речовина-джерело.
Для варп-двигуна Алькубьерре такі міркування призводять до того, що пристрій обов’язково має містити в собі області з негативною щільністю енергії – тоді як для відомих різновидів речовини ця величина позитивна. Таким чином, до недавнього часу вважалося, що для подорожей, крім іншого, довелося б спочатку відшукати спосіб створення негативної щільності енергії.
Дослідження warp-двигунів
Олексій Бобрик (Alexey Bobrick) і Джанні Мартир (Gianni Martire) з Нью-Йоркської Лабораторії прикладної фізики перспективних двигунів узагальнили ідею варп-двигуна Алькубьерре на більш широкий клас спотворень простору-часу, ніж спочатку пропонував вчений. У розширеній моделі автори розділили простір на три області – асимптотично плоску зовнішню (тобто практично неспотворену на великій відстані від корабля), викривлену – оболонку апарату, і, знову плоску, внутрішню – простір для самого корабля і пасажирів. При цьому фізики обмежилися розглядом оболонок, які симетричні щодо осі руху апарату і нерухомі з точки зору спостерігача у внутрішній області, – тобто вимагали існування глобальної системи відліку спокою оболонки.
Дослідники зосередили увагу на підкласі варп-двигунів, в якому оболонка рухається з субсветовой видимої швидкістю (до якої принципово можливо розганяти звичайну матерію) і який допускає існування нерухомих фізичних спостерігачів (тобто матеріальних тіл, а не просто формально покояться точок) у внутрішній області. Для сферично-симетричних спотворень простору-часу вчені розрахували необхідну щільність енергії, виходячи з параметрів викривлення.
Виявилося, що субсвітлові варп-двигуни допускають не тільки негативну, але і позитивну щільність енергії – а значить, принципово їх можна виготовити зі звичного нам матерії. В цьому випадку для спостерігача час всередині корабля буде текти повільніше, ніж в системі відліку, яка рухається зовні оболонки з тією ж швидкістю, проте для оболонки з масою порядку маси Землі і радіусом в 10 метрів уповільнення складе лише соті частки відсотка – тобто за рік внутрішнє і зовнішнє час розійдеться всього на кілька годин.
Крім того, автори знайшли спосіб знизити повну енергію корабля для моделі з осьової симетрією при фіксованій швидкості – для цього вони запропонували робити оболонку сплющеною в напрямку руху. Згідно з розрахунками, скорочення поздовжнього розміру корабля призведе до прямо пропорційного (у стільки ж разів) зміни його повної енергії. Це може полегшити створення варп-двигунів на основі матерії з негативною щільністю енергії – сплющені кораблю буде потрібно менше екзотичного матеріалу.
Варп-двигуни и реальність
Вчені відзначають, що незважаючи на можливість надсвітового руху корабля, на практиці воно майже не відрізняється від надсвітового руху будь-якого іншого фізичного тіла, оскільки на сьогоднішній день не відомі способи прискорювати фізичні об’єкти до надсвітових швидкостей. Можна припустити, що якась гіпотетична частинка вже рухається швидше за світло – і дослідити таке завдання, але не можна прискорити цю частку від звичайної субсветовой швидкості до необхідної надсвітової. Оболонка варп-двигуна – теж матеріальний об’єкт, і для неї, як і для будь-якого іншого тіла, справедливі ті ж міркування – і розганяти надсвітові варп-двигуни відомими фізикам способами не вдасться.
За останній час теоретики не вперше перевіряють екзотичні подорожі на практичну придатність. В реальності ж до таких подорожей далеко – наприклад, в травні 2015 NASA спростували чутки про розробку варп-двигуна.
Читайте також:
Дуже паскудний переклад українською, чому б не перекладати з англійської, а не з кацапячої?