Любителям научной фантастики хорошо знаком принцип путешествия быстрее скорости света с помощью двигателя искривления (Warp drive). Подобный двигатель и его разновидности (Варп-двигатель, Трансварп и т.п) используется во вселенной “Звёздного пути” для исследования космоса быстрее скорости света. Фактически, этот сериал стал прародителем идеи создания такого двигателя в реальности.
В 1994 году физик-теоретик Мигель Алькубьерре, оперируя уравнениями гравитационного поля Эйнштейна-Гильберта, разработал математическую модель движения быстрее скорости света, которая не нарушает физических принципов и постулатов современных теорий (в особенности, уравнений Эйнштейна).
Идея получила название – «Пузырь Алькубьерре».
Она описывала метод изменения геометрии пространства-времени, при помощи которого сжимается пространство перед космическим кораблём и расширяется пространство позади корабля.
Благодаря подобному методу создается потенциал, в котором расширенное пространство позади корабля будет стремиться в сторону сжатого пространства для создания равновесия в локально искривлённом пространственно-временном измерении. Это будет порождать эффект гравитационной волны, но в локальном исполнении, где искривлённое пространство позади постоянно будет стремиться в сторону искривлённого пространства впереди корабля.
Чем сильнее расширено пространство позади корабля и сжато впереди, тем больше потенциал стремления расширенного пространства в сторону сжатого, при этом скорость расширения и сжатия пространства ничем не ограничена. Это означает, что космический корабль, работающий по такому принципу, будет неподвижен в самом пространстве, а двигаться будет локально искривлённое пространство относительно обшей структуры пространства-времени, создавая подобие пузыря. Всё, что находится в этом пузыре, будет перемещаться относительно обычного пространства времени из-за возникновения описанного выше потенциала.
Ограничения в скорости передвижения пространства внутри пространства – отсутствуют, скорость может быть сколь угодно большая, и зависит она от потенциала искривления подобным методом локального пространства-времени.
Подобный метод действительно математически описан, соответствует уравнениям Эйнштейна, а следовательно, теоретически возможен.
Однако, требования к количеству энергии для искривления пространства слишком нереалистичны. Требуется эквивалент энергии массы Юпитера для путешествия в 10 раз быстрее скорости света. При этом сама энергия для расширения пространства должна быть отрицательной.
Подобной отрицательной энергии, или её эквивалента, в природе может не быть в принципе.
Более подробно ознакомившись с работай Алькубьерре, я пришёл к выводу, что подобное описание движения не исходят из самих уравнений Эйнштейна, а попросту подогнано к ним. То есть сначала предложена сама концепция, а затем она адаптирована к решениям уравнений Эйнштейна. Это означает, что подобное математическое описание в равновероятной степени может не существовать в нашей реальности.
Но допустим, всё это работает. Что тогда требуется для создания подобного варп-поля?
Требуется соорудить вокруг корабля кольцо, генерирующее отрицательную энергию для расширения пространства позади корабля.
А существует ли она? В математике - существует. А в реальности? Возможным кандидатом является тёмная энергия, благодаря которой происходит расширение вселенной с ускорением.
Материю, обладающую свойствами отрицательной массы, удалось создать в 2016-2017 годах, но это лишь проявление свойства. Однако это уже лучше, чем ничего.
Вот только гигантские потребности в энергии делают принципиально невозможным создание этого двигателя, даже если у нас будет всё необходимое.
Подобные трудности не смутили инженера Гарольда Уайта, вдохновленного расчётами Алькубьерре. И в 2003-2006 годах он представил обновленную концепцию идеи с возможностью экспериментально подтвердить теорию. Расчёты Уайта показали, что при утолщении пузыря Алькубьерре потребность в энергии падает на порядки, до эквивалента массы крупного астероида. Однако, если наше четырехмерное измерение вложено в многомерное, то пузырь Алькубьерре будет уже подпространственным способом движения, что требует деформации только верхнего «слоя» четырехмерного пространства, а не всего пространство-временного континуума. Это ещё больше срезает потребность в энергии, буквально до её эквивалента в массе, составляющей несколько сот килограммов.
Но ещё больше потребности в энергии можно снизить путём решения уравнений Эйнштейна, где согласуется концепция увеличения внутреннего объёма. Это создает такие структуры в пространство-времени, где объём внутри пузыря Алькубьерре будет на порядки больше, чем забирает этот самый пузырь Алькубьерре снаружи. Тем самым, потребности в энергии для движения такого маленького снаружи, но огромного внутри, пузыря упадут пропорционально его внешнему объёму, что в принципе может составить всего несколько гигаватт энергии.
Но это уже просто реальная выдумка, мракобесие в уравнениях Эйнштейна. Но факт в том, что получившийся аппарат математически не противоречит теориям Эйнштейна.
Однако в макромасштабах для создания поля подобного искривления отрицательная энергия не нужна в принципе. Следовательно, физически проверить подобный принцип возможно на интерферометре.
Расчёты Гарольда Уайта так понравились специалистам в “НАСА”, что они выдали ему грант в размере 50 тысяч долларов на проведение эксперимента.
В 2011 году для эксперимента по обнаружению поля искривления был сконструирован Интерферометр Уайта—Джудэя. Он представлял собой миниатюрную модель интерферометра, с помощью которого обнаружили гравитационные волны.
Варп-поле на установке создаётся «положительной» материей в кольце при пропускании через него электрического тока определённой величины.
Как говорилось ранее, если наше пространство действительно встроено в пространство с большим количеством измерений, то для получения эффекта на макромаштабах не потребуется больших энергий для обнаружения эффекта искривления с помощью электрического поля.
По итогу, были получены измерения с результатами, стабильно отличающимися от нуля, что косвенно подтверждает расчёты Гарольда Уайта. Согласно этим результатам, для путешествия в 10 раз быстрее скорости света потребность в энергии эквивалента массе меньше тонны.
К слову, результаты эксперимента всё же сложно интерполировать, они требуют создании более точного интерферометра для подтверждения.
Однако скорое открытие гравитационных волн подтвердило математическую концепцию уравнений Эйнштейна, описывающих не только искривление пространства под влиянием массы, но и наличие распространяющихся в пространстве независимых от источника искривления волн ряби пространство-времени. Это уже не потребовало создания более мощного Интерферометр Уайта—Джудэя, и доказало верность концепции.
В 2019 году молодой исследователь Джозеф Агнью, беря во внимание последние открытия и достижения науки и техники, презентует доклад в Американском институте аэронавтики и астронавтики, в котором обосновывает теорию о том, что собранных доказательств и открытий за последнее время достаточно, чтобы начать реализовать концепцию варп-двигателя уже сегодня.
Что касается самого двигателя, то я считаю, что в фактически одиночку, и даже одной страной создать его невозможно (как это рассказано во вселенной “Звездного Пути”). А вот получить работающую технологию до 2063 года (в сериале – это дата изобретения варп-двигателя) при широком исследовании этого вопроса и принципиальной возможности самого метода - задача решаемая и сроки для её решения вполне реальны.
Рабочая технология варп-двигателя – это экспериментально подтверждаемая работоспособная теория, хотя бы на квантовом уровне (например, как квантовая телепортация). Но в создании кораблей с варп-приводом имеется очень много нерешённых вопросов, которые до 2063 года решить маловероятно без прорыва в фундаментальном понимании гравитации.
Рекомендации:
Реальная фантастика: Искусственная гравитация
Реальная фантастика: Телепортация человека
__________________________________________________________________________________________
Ссылки на источники, кликай на название:
Сверхбыстрое межзвездное путешествие в Общей Теории Относительности (С. В. Красников, 1998 г.)
Квантовые неравенства не запрещают пространственно временных сокращений (о сверхсветовом движении), (С. В. Красников, 2002 г.)
Механика деформированного поля (Гарольд Уайт, 2011 г.)
Оптимизация энергопотребления деформированного поля (Гарольд Уайт, 2011 г.)
Что быстрее-свет или гравитация? ( С. В. Красников, 2014 г.)
Гидродинамика отрицательной массы ( 2016 г.)
Гиперболичность скалярно-тензорных теорий гравитации (Мигель Алькубьерре среди авторов исследования, 2018 г.)
Справочник по вселенной Звездного Пути
Первый полет Феникса (Звездный путь, видео)
