Невообразимые размеры известной нам Вселенной делают совершенно непрактичными даже теоретические путешествия между звёздами.
Реальность такова, что максимальная скорость, которая возможна в соответствии с известными законами физики, имеет очень маленькую величину по сравнению с космическими расстояниями.
Скорость света в вакууме — это фундаментальная постоянная, равная 299 792 458 м/с и являющаяся абсолютной величиной скорости перемещения во Вселенной.
Освоение ближайших к Земли звёздных систем в пределах 14 световых лет при скорости в 99% от световой будет происходить со скоростью, с которой мы сегодня осваиваем свою Солнечную систему.
Потенциально расселиться по всей галактике разумные цивилизации смогут за несколько миллионов лет. Во всяком случае, так говорят симуляции, проводимые с целью изучения возможности колонизации галактики.
Согласно исследованиям Джонатана Кэрролла-Нелленбека, цивилизация способна заселить всю галактику в течение миллиарда лет при очень консервативных правилах:
- Скорость перемещения кораблей - 30 км/сек.
- Запуск нового корабля-колонизатора каждые 100 000 лет.
- Максимальная дальность полёта корабля - 10 световых лет.
- Максимальная длительность полёта – 300 000 лет.
- Максимальное время жизни колонии, которая стала недосягаема для кораблей - 100 миллионов лет.
Симуляция даёт четкий ответ, что при таких условиях галактика относительно быстро заселяется:
Однако в этом случае колонии будут представлять из себя самостоятельное и независимое образование, а не единый кластер.
Даже на скоростях в 99% от скорости света перелёт будет длиться десятилетиями в один конец (для колонистов на планете), а объединение ресурсной базы звёздных систем для увеличения общей производительности может быть и вовсе невозможным.
Таким образом, ограничение на перемещение со скоростью света влечёт разрозненность в освоении космического пространства, где каждый будет сам за себя, а колонизированные звёздные системы фактически будут изолированы друг от друга, ожидая годами и десятилетиями корабли из других звёздных систем.
Общий вывод следующий: если не удастся найти способ перемещения в пространстве быстрее скорости света в 10-1000 раз, то будущее человечества предрешено: никуда мы не полетим, даже если захотим.
Если мы обратимся к научно-фантастической литературе и фильмам, то там освоение космического пространства ведётся на скоростях, превышающих скорость света. В последнее время начали появляться фантастические произведения, где космические корабли летят 100 и более лет до некоей земной колонии, пока экипаж находится в гибернации.
Но в этом случае путешественники навсегда прощаются со своей прежней жизнью, родными, друзьями и социумом. Не каждый человек способен это психически перенести, и может навсегда остаться травмированным от подобного путешествия.
И это не самая главная проблема, которую сулит космическая экспансия на досветовых скоростях.
Наша цивилизация станет разрозненной, потеряет целостность, и со временем начнётся постоянная борьба за обладание ресурсами и делёжка космического пространства между независимыми мирами.
Избежать этой участи возможно только в случае изобретения методов сверхсветового перемещения.
1. Перемещение всё ещё ограничено скоростью света, но возможно стабильное существование червоточин, связывающие разные точки во вселенной.
В этом случае, добравшись до звёздной системы на досветовой скорости, можно будет построить устройства перехода на основе теории червоточин, связав тем самым обе звёздные системы, независимо от расстояния.
2. Разработка сверхсветовых приводов, позволяющих кораблю перемещаться быстрее скорости света.
Сегодня оба теоретических подхода прорабатываются.
Большой вклад в развитие теории червоточин внесли советские и российские физики:
Сергей Сушков — выдвинул теорию самоподдерживающейся кротовой норы благодаря поляризации вакуума;
Сергей Красников — теоретически описал стабильные пустые кротовые норы, возникшие в ранней Вселенной;
Николай Семёнович Кардашёв — популяризировал идею, что в центре галактик находятся не массивные чёрные дыры, а стабильные устья кротовых нор.
Теоретическое описание сверхсветовых приводов было сделано в работах физика-теоретика Мигеля Алькубьерре — так называемый «Варп-двигатель».
Позже Алексей Бобрик и Джанни Мартир представили классификацию варп-двигателей, а Эрик Ленц представил новую математическую конфигурацию пузырей пространства-времени в виде солитонов, существование которых допускается без экзотической материи и прочих отрицательных энергий.
Более подробно об этом я писал тут:
Однако все вышеперечисленные пути достижения сверхсветового перемещения требуют сосредоточение гигантского количества энергии в очень ограниченном объёме пространства, причём зачастую эта энергия экзотична и пока нами не встречалась.
Однако, даже если подобные методы сверхсветового передвижения возможны, встаёт другой вопрос: где взять столько энергии? Например, формирование варп-пузыря для корабля размером с современный авианосец по самым оптимистичным оценкам потребует энергии, равной эквиваленту массы Юпитера.
Столько энергии выработает наше Солнце за 15 миллиардов лет. Это больше, чем время жизни нашего светила в период активного существования на главной последовательности эволюции звёзд.
То есть и тут всё упирается в заведомо нереализуемые концепции.
Есть предположение, почему мы до сих пор не встретили или не получили послание от инопланетян — они остаются запертыми в пределах собственных звёздных систем.
- Более того, даже на досветовых скоростях с потреблением энергии тоже не всё так радужно.
Например, чтобы разогнать 1 грамм вещества до скорости в 99% от световой, потребуется энергия в 130,8 килотонн. И это просто огромная величина, которая требует аннигиляции трёх граммов антиматерии и трёх граммов материи.
А теперь спроецируем это на корабль с массой в 100 тонн, и получим количество энергии в 130807,8 Мегатонн. То есть нам нужно аннигилировать 600 тонн вещества в чистую энергию, чтобы теоретически разогнать корабль массой в 100 тонн до 99% световой скорости (при условии, что КПД аннигиляции будет использовано нами на 100%).
Получается, и околосветовая скорость перемещения является не слишком перспективным методом путешествия с точки зрения энергопотребления. А если учесть, что корабль должен перевозить ещё и полезную нагрузку, то возможность такого полёта стремится к нулю…
Понизив предельную скорость, мы увеличим время путешествия, но существенно уменьшим потребность в энергии.
Достижение скорости в 86,6% от световой потребует на единицу массы уже равное количество материи, которое нужно аннигилировать.
Но при этом 50% энергии при аннигиляции высвобождается в виде нейтрино, уносящего энергию, практически не взаимодействуя с веществом. И это ещё один отрицательный фактор, который нужно учесть.
Этот фактор понижает скорость до 74,6% от световой.
Таким образом, кораблю массой в 100 тонн потребуется аннигилировать 110,85 тонны материи для достижения скорости в 74,6% от световой, и это при том, что скорость истечения реактивной тяги будет равна скорости света (в концепции фотонных двигателей).
Но всё же это огромное количество энергии, которая будет эквивалента энергии взрыва 41772 термоядерных царь-бомб.
Разгон до 25% от скорости света потребует аннигилирования 28,4 тонны материи, что уже хоть как-то можно посчитать правдоподобным методом получения энергии в дальних космических путешествиях.
Но это только один разгон до требуемой скорости... А торможение, и обратный путь?
Скорость 25% от световой будет приемлема в рамках Солнечной системы, однако до ближайшей звёздной системы Альфа-Центавра на такой скорости придётся лететь около 17 лет.
Что получается? Перелёты из одной звёздной системы в другую сопряжены не только с большими временными интервалами, но и с гигантскими энергозатратами, а энергия – это ключевой ресурс для любой цивилизации.
При достижении большого прогресса в сфере получения энергии и манипулирования ею человечеством (да и любой другой разумной цивилизации) уже не будет выгодно летать даже за пределы собственной звёздной системы.
При условии того, что перемещаться быстрее скорости света невозможно, энергозатраты на дальние перелёты уже не будут окупаться.
Допустим, будет освоена технология извлечение энергии посредством Излучения Хокинга, и тем самым станет возможно конвертировать материю в энергию со 100%-ной эффективностью, параллельно освоив технологию реплицирования материи из энергии.
Более подробно о самом механизме извлечения энергии из чёрной дыры я писал тут:
На данный момент получены первые практические результаты получения вещества из энергии. И это не какая-то там фантастика, подробнее об этом я писал тут:
В результате высокоразвитая цивилизация будет иметь источник энергии, который можно использовать в репликации материи.
Если КПД общего преобразования будет 50%, то, затратив около 1,8*10 в 17-й степени Джоулей мы получим полграмма вещества, причём любого стабильного изотопа.
Допустим, в системе Альфа-Центавра есть нетипичные для Солнечной системы ресурсы, и они стали очень ценными для человечества.
Есть ли смысл высокоразвитой цивилизации доставлять условный "анобтаниум" за световые годы от родного мира?
Ответ вовсе не очевиден...
Сколько энергии потребуется, чтобы привезти 1 грамм ценного ресурса на корабле, развивающем скорость в 74,6% от световой?
Без учёта массы корабля, только сухая масса груза в 1 грамм потребует на разгон расхода энергии в 1,1 грамма аннигиляции вещества (материи).
- Итого: 1,1 грамм на разгон от Солнца до Альфа-Центавры, и 1,1 грамма — на торможение. И то же самое — на обратный путь.
Получается, что доставка 1 грамма вещества с соседней звездной системы энергетически встанет в эквивалент 4,4 грамма материи. И это без учёта массы самого корабля и топлива.
И не забываем про общее время в пути. Оно составит более 11 лет.
Встаёт вопрос: зачем ждать 11 лет доставку 1 грамма вещества из другой звёздной системы, при этом аннигилировать 4,4 грамма материи для этой доставки, если тут на месте можно получить 2,2 грамма нужного вещества, конвертировав через излучение Хокинга те самые 4,4 грамма материи?
Давайте возьмём наиболее компромиссный вариант: цивилизация освоила технологию конвертации материи в энергию посредством излучения Хокинга и технологию реплицирования материи из энергии с КПД в 50%. То есть на каждый грамм материи, конвертированной в энергию, можно получить 0,5 грамма требуемого вещества.
Есть космический корабль массой в 100 тонн. Для его разгона до скорости 30% от световой потребуется аннигилировать 34,98 тонны вещества при гипотетическом 100% КПД использования энергии аннигиляции. На торможение уйдёт ещё 34,98 тонны вещества.
Далее корабль берёт на борт 100 тонн полезной нагрузки, его масса возрастает до 200 тонн. Теперь для достижения 30% скорости света требуется аннигиляция 69,96 тонн материи, и столько же — на торможение.
- Итого: общие затраты в энергии будут эквивалентны аннигиляции 209,88 тонны материи, в то время как на репликацию 100 тонн нужного вещества будет затрачено 200 тонн материи, и не придётся ждать порядка 30 лет, пока космогрузовик совершит этот рейс туда-обратно до самой ближайшей к нам звезды.
Однако, если учесть, что реальный КПД аннигиляции составляет 50%, то ситуация выглядит ещё более пессимистичной для полётов за пределы Солнечной системы. Причём даже если максимальная скорость составит 10% от световой, выигрыш с энергетической стороны будет не столь значительным.
Космическому кораблю массой в 100 тонн и максимальной скоростью в 10% от световой в процессе разгона и торможения потребуется аннигилировать 42,08 тонны материи при реальных 50% КПД использования энергии аннигиляции.
При полной массе корабля в 200 тонн со 100 тоннами полезной нагрузки расход материи увеличивается до 84,12 тонны.
В итоге общие затраты энергии будут эквивалентны 126,2 тонны материи, а время в пути составит как минимум 86 лет.
Из 126,2 тонны материи можно произвести в пределах Солнечной системы 63,1 тонны необходимого вещества (груза корабля), и не ждать почти векового рейса.
- При этом, если КПД репликатора будет 80%, то из 126,2 тонны материи будет произведено 100,96 тонны груза — больше, чем привезёт космогрузовик.
Получается, высокоразвитым цивилизациям просто невыгодно улетать за пределы собственной звёздной системы. Это дело менее развитых цивилизаций, не разработавших соответствующих технологий конвертации материи из энергии.
В Солнечной системе достаточно материи, чтобы конвертировать её в течение миллиона лет, высвобождая энергию, равную энергии излучения всех звёзд в галактике.
Высокоразвитой цивилизации с энергетической точки зрения будет выгоднее создать виртуальную реальность и "жить" там, мгновенно перемещаясь по вымышленным (либо изученным с помощью зондов) детально проработанным мирам, чем сотни лет куда-то там лететь, чтобы колонизировать ту или иную планету.
Невозможность перемещения в пространстве со скоростью быстрее скорости света может быть разгадкой "Парадокса Ферми".
Даже если потенциально есть технология сверхсветового перемещения, но если она излишне энергозатратная, то она будет попросту бессмысленна и невостребованна, если цивилизация получит возможность массового манипулирования материей и энергией, конвертируя одно в другое.
Для экспансии и колонизации звёздных систем требуется дешёвая технология сверхсветового перемещения.
То есть ныне известные теоретические подходы в технологии варп-привода Алькубьерре или солитоны Ленса, требующие огромное количество энергии, недостижимы в реальности. Слишком много неразрешимых проблем у подобных теорий. Даже теория извлечения энергии из чёрной дыры на сегодня проработана гораздо лучше, чем теория сверхсветового движения.
Считаю, что человечество задолго до сверхсветовых перемещений предложенными методами разработает технологию извлечения энергии посредством Излучения Хокинга.
Вы замечали, что практически во всех фантастических произведениях сверхсветовое движение достигается через гипотетическую область пространства-времени, или гиперпространство.
Гиперпространство есть даже в "Звёздном Пути", который вдохновил Мигеля Алькубьерре на теоретическое описание «Пузыря Алькубьерре» (там оно называется подпространство). В подпространстве перемещаются звездолёты во вселенной "Звёздного Пути".
Если есть некое пространство, позволяющее перемещаться быстрее света, то не нужно создавать и поддерживать специфические условия в нашем пространстве, расходуя на это огромное количество энергии. Требуется лишь проникнуть в подпространство или гиперпространство, и уже там летать, куда вздумается.
Гиперпространство как уже существующая форма пространства-времени — это единственный на сегодня гипотетический вариант дешёвого сверхсветового перемещения.
Но есть ли оно в реальном мире? Неизвестно. Но есть у меня интересная концепция, заключающаяся в том, что ложный вакуум нашей Вселенной по своим физическим свойствам очень близок к описываемому в научной фантастике гиперпространству, и возможно подходит на эту роль.
О том, как можно использовать концепцию ложного вакуума для сверхсветового перемещения, поговорим в следующей части.
Постскриптум.
Статьи выходят благодаря поддержке подписчиков-спонсоров. Для спонсоров всегда открыто приватное обсуждение, все ссылки на источники и исследования используемые в основе моих статей. Спасибо друзья за поддержку канала!
Подписывайся на канал!
На канале есть специальная подборка моих статей о "технологиях будущего":
=============================================
