Широко известна концепция двигателя мексиканца, доктора Мигеля Алькубьерре, который позволяет двигаться быстрее света за счет специфического искривления пространства. Позволяет двигатель, а не мексиканец. Я объясню некоторые нюансы. Можно ознакомиться со статьей самого доктора Алькубьерре.
Уравнение Эйнштейна связывает кривизну (некоторый тензор в левой части, зависящий от метрического тензора, определяющего геометрию) и энергию-импульс (тензор в правой части). Обычно задают правую часть и пытаются решить уравнение, точно или приближенно, определяя метрический тензор; через него уже можно записывать геодезические, то есть получать траектории тел и тому подобное.
Но можно и наоборот: выбрать геометрию, описываемую метрическим тензором, и подставить в левую часть. Получится правая, а это то самое распределение материи, энергии, импульса, давления и всего такого в пространстве и во времени.
Вот аналогия. Есть закон Ньютона в виде ma=f. Можно задать силы и решать уравнение, определяя траекторию движения. А можно наоборот: выбрать желаемую траекторию и определить, какие силы ее обеспечат.
Так Алькубьерре и поступил.
Сначала он описывает общеизвестную картину с невозможностью совершить путь туда и обратно быстрее света, а потом предлагает свой знаменитый пример, иллюстрируя его аналогией с инфляционным расширением, которое скоростью света не ограничено.
При этом он явно пишет, что процесс обратим, то есть можно слетать и вернуться. В принципе можно, конечно. Что этому помешает, мы чуть далее обсудим.
Он иллюстрирует этапы путешествия так. Пусть есть две взаимно неподвижные звезды на расстоянии D (в плоском пространстве). Корабль на досветовой скорости отдаляется от своей звезды на расстояние d, которое намного меньше D, но намного больше размера пузыря R, в котором корабль будет находиться и в котором метрика близка к плоской. Вне пузыря (на его границе) создается описанное искривление. Корабль в координатах домашней звезды испытывает ускорение, которое растет от нуля до величины а. На полпути D/2 (это расчетная величина) распределение меняется так, что ускорение быстро падает до нуля и затем до -а. Когда корабль находится на расстоянии d от целевой звезды, искривление устраняется. Корабль в покое недалеко от цели и долетает до нее своим ходом.
Автор показывает, что сокращение времени связано только с полетом своим ходом. Отлет на расстояние d нужен для того, чтобы звезды не попадали в искривленную область и могли служить эталонными часами. Полное координатное время имеет порядок удвоенного корня из D/a и может быть сделано сколь угодно малым выбором координатного ускорения а.
И наконец, автор показывает, что тензор энергии-импульса нарушает все энергетические условия.
Давайте обсудим принципиальные проблемы, которые здесь возникают.
- Потребная энергия получилась большая. Сравнимая с массой всей Вселенной, но вроде как потом удалось уменьшить оценку.
- Существеннее, что плотность энергии получилась отрицательной. Я крайне скептично отношусь к отрицательной плотности энергии. Если она и существует, то совершенно точно недоступна так, как обычная материя, шарик из нее не слепишь.
Впрочем, есть работы, предлагающие аналогичные схемы без использования экзотики.
- Даже если это всё удастся решить, это не будет означать возможности полететь к звездам. Надо сначала создать искривление, а делать это придется со скоростью света. Это как сначала надо проложить дорогу, а потом по ней можно быстро ехать. То есть что вы сядете в корабль и четыре года будете трястись до ближайшей звезды, что вы будете ждать в корабле, пока искривление добежит до цели. Я так это пнимаю.
- Не очень понятно, как завершить путешествие. Допустим, что удалось сжать пространство перед кораблем и растянуть позади, но потом-то что? Аналогия со скатертью: можно смять скатерть, подтянув блюдце к чашке; но если скатерть расправить, блюдце отъедет обратно. Хотя ни чашка, ни блюдце относительно скатерти не движутся. Чтобы чашка коснулась блюдца, нужно пройти складку. А это огромная кривизна и, следовательно, сильная гравитация. Это мутный момент, я до конца не разобрался, и мне кажется, что тут всё не так просто. Сам Алькубьерре пишет, что можно "создать, поменять, убрать", но как - не уточняет.
- Пузырь неуправляем и нет связи ни из него, ни с ним. Непонятно, как его остановить. По тексту получается, что надо заранее запрограммировать какие-то устройства, чтобы меняли как-то распределение энергии вдоль трассы, ну ладно.
- Наконец, как я уже рассказывал, любой гипотетический способ переместиться на расстояние больше cT за время, меньшее Т, приводит к нарушению причинности, особенно если можно вернуться. Для таких двух точек-событий вообще нет корректного (то есть верного для любой системы отсчета) порядка во времени. Это знает, конечно, и сам Алькубьерре и он об этом написал. Посмотрите его презентацию, она хорошая.
Есть такой принцип "защиты хронологии". Он гласит, что либо нет способа попасть в прошлое (то есть что-то запрещает данную схему), либо существуют какие-то правила, исключающие парадоксы. Применительно к двигателю Алькубьерре:
- может не быть экзотической материи и без нее, возможно, и никак;
- ее распределение нужным образом может быть невозможно;
- она образует чёрную дыру;
- квантовая теория гравитации не допускает такого;
- возможен путь только в одну сторону (необратимые изменения);
- ну или в принципе можно, но тогда что-то исключит парадоксы попадания в прошлое.
И я хотел бы, чтобы это было осознано всеми. Мечтать о полетах быстрее света можно, можно искать решения уравнений, это очень украшает научную фантастику - когда в романе не голая выдумка, а с возбуждающим ароматом научной достоверности.
Но надо понимать, что перемещение быстрее света, особенно с возвращением (а Алькубьерре прямо пишет про возвращение) - это машина времени. Во всяком случае, потенциально. Можно представить себе, что это возможно, НО тогда что-то помешает убить себя или своего деда, отговорить себя от этой затеи, стать собственным отцом (или матерью, ещё интереснее), напеть Моцарту его музыку или рассказать Ферма его теоремы, подарить самому себе золотые часы, которые никто никогда не производил.
Ещё раз, это важно: возвращение в собственное прошлое - это парадокс. Либо он исключает то, что к нему привело, и не важно, что оно удовлетворяет известным уравнениям, ищите подвох; либо не исключает, но тогда что-то исключает парадокс, и опять-таки, ищите - что.
***
Лимерик из презентации Мигеля Алькубьерре попробую перевести:
There was once a young lady called Bright
who сould travel much faster than light.
She departed one day
in a relative way
and returned on the previous night
Жила-была девушка Света
Что летала куда быстрей света.
На дворе стоял март.
Относительный старт...
И вернулась ещё прошлым летом.
