Ученые часто обращались к художественной литературе за вдохновением о том, какие тайны природы они могли бы раскрыть. Некоторые из самых диковинных концепций научной фантастики включают телепортацию и варп-двигатель, которые традиционно не находили одобрение среди учёных и воздыхателей, потому что они нарушили бы законы физики - по крайней мере, мы так думали. Новое исследование показало, что, по крайней мере, в случае варп-двигателей, перемещение со скоростью, превышающей скорость света, возможно, если воспользоваться «лазейкой» в общей теории относительности.
Концепция варп-двигателя, вдохновленного лентой «Звездный путь», проста для понимания. Все в пространстве ограничено скоростью света, но действительно крутая вещь - это пространство-время, материя пространства, не ограниченная скоростью света. Как следует из названия, варп-двигатель включает в себя деформацию самого пространства-времени вокруг объекта.
Наиболее широко используемая теоретическая основа для варп-двигателя была предложена мексиканским физиком Мигелем Алькубьерре в 1994 году. Чтобы обеспечить возможность путешествий со скоростью, превышающей скорость света, Алькубьерре задумал катапультировать космический корабль в пузыре отрицательной энергии, который расширит пространство и время позади корабля, одновременно сжимая пространство-время перед собой.
В общей теории относительности мы обычно предполагаем, что энергия больше нуля всегда и везде во Вселенной. Это имеет очень важное значение для гравитации: энергия (e) связана с массой через формулу e = mc² (где m - масса, а c - скорость света). Следовательно, отрицательная энергия также подразумевает отрицательную массу. Положительные массы притягиваются друг к другу, но с отрицательной массой гравитация может внезапно превратиться в силу отталкивания.
Здесь все становится интересно. Квантовая теория допускает отрицательную энергию. Согласно квантовой физике, можно заимствовать энергию из вакуума в определенном месте. Теоретически это откроет дверь для отрицательной массы и отрицательной гравитации.
Но это легче сказать, чем сделать. Из-за его потребности в отрицательной энергии многие считают, что варп-двигатели физически невозможны. «Это, однако, уже неверно, - сказал Алексей Бобрик, ученый и астрофизик из Лундского университета.
Другая лазейка.
Бобрик и его коллеги пошли другим путем в своих исследованиях, описав новый класс варп-двигателей, который соблюдает общую теорию относительности и не требует отрицательной энергии.
Исследователи из Швеции, входящие в независимую группу ученых, известную как «Прикладная физика», работали в тесном сотрудничестве с выдающимися исследователями в области механики варп-поля и даже получили благословение Алькубьерре, крестного отца варп-двигателя.
В статье в журнале "Classical and Quantum Gravity" авторы сказали, что «любой варп-двигатель, включая двигатель Алькубьерре, представляет собой оболочку из обычного или экзотического материала, движущуюся по инерции с определенной скоростью». Затем они математически показывают, что «класс субсветовых, сферически-симметричных пространств-времени варп-двигателей, по крайней мере в принципе, может быть построен на основе физических принципов, известных сегодня человечеству».
Если это звучит трудно для понимания, что же, отчасти так оно и есть. Но не бойтесь! Сабина Хоссенфельдер, профессор и научный сотрудник Франкфуртского института перспективных исследований, рассказывает об этом исследовании в недавнем видео на YouTube, которое вы можете посмотреть.
Но есть одна проблема: даже если теория надежна, на самом деле еще никто не знает, как это сделать. В настоящее время варп-двигатели остаются в сфере теории, но это исследование открывает новые перспективы того, как достичь скорости, превышающей скорость света. По крайней мере, идея уже не кажется такой безумной.