Варп-двигатели имеют долгую историю несуществования, несмотря на их повсеместное присутствие в научной фантастике. Писатель Джон Кэмпбелл впервые предложил эту идею в своем научно-фантастическом романе «Острова космоса». Сегодня, благодаря, в частности, Star Trek, этот термин стал довольно знакомым. Он практически стал универсальным обозначением для сверхсветового путешествия через гиперпространство. Будет ли когда-либо существовать варп-двигатель, остается вопросом физики, над которым ученые продолжают работать, но на данный момент это все еще теоретическая концепция.
Недавно два исследователя рассмотрели, что произойдет, если космический корабль с варп-двигателем попытается войти в черную дыру. Результатом стал интересный мысленный эксперимент. Хотя это может не привести к созданию варп-двигателей размером с космический корабль, благодаря этому ученые могут в будущем создать более мелкие версии.
Ремо Гаратини и Кирилл Затримайлов теоретизировали, что такой двигатель мог бы выжить внутри так называемой черной дыры Шварцшильда. При этом корабль должен пересечь горизонты событий со скоростью ниже скорости света. Теоретически, гравитационное поле черной дыры могло бы уменьшить количество отрицательной энергии, необходимой для поддержания работы двигателя. Если это произойдет, корабль мог бы пройти сквозь черную дыру и каким-то образом использовать это для перемещения в другое место, не будучи раздавленным. Более того, математика, стоящая за этой идеей, указывает на возможность создания мини-варп-двигателей в лабораторных условиях.
Что такое варп-двигатель?
Могут ли ученые построить микро- или мини-варп-двигатель в лаборатории? Хороший вопрос. Чтобы понять работу команды, давайте рассмотрим основные аспекты этого исследования: варп-двигатели и черные дыры.
Идея основана на том факте, что ничто не может двигаться быстрее скорости света. Учитывая расстояния в космосе, путешествие к ближайшей звезде заняло бы годы (если бы мы могли двигаться со скоростью света). Путешествие через галактику или в более удаленные галактики заняло бы годы и многие жизни. Таким образом, если вы хотите стать космическим видом, вам нужно путешествовать быстрее света (FTL).
Как это сделать? Здесь и появляются варп-двигатели. Теоретически они позволяют вам поместить ваш космический корабль в пузырь, который может проскользнуть через пространство со сверхсветовой скоростью. Именно так звездные корабли в Star Trek (и других научно-фантастических историях) проходят огромные расстояния так быстро. Корабли Star Trek используют источник энергии в «варп-ядре» для питания генераторов варп-полей. Они создают варп-пузырь в субпространстве. Корабль использует его, чтобы попасть туда, где нужен экипаж.
Нравятся ли физикам варп-двигатели?
Такой варп-двигатель является заманчивой идеей, однако с множеством оговорок. Например, для генерации варп-поля требуется ненормально большое количество энергии. Некоторые физики предполагают, что для этого понадобится больше энергии, чем мы сможем сгенерировать. Создание этой энергии потребует огромных объемов экзотической материи — чего-то наподобие «недостижимой материи». Так что это уже проблема.
Другие утверждают, что создание такого двигателя противоречит нашим нынешним представлениям о физике пространства-времени. Тем не менее, это не остановило никого от спекуляций о путях его реализации. Например, мексиканский физик Мигель Алькубьерре предложил идею такого двигателя в 1994 году. Он предполагал, что можно создать пузырь, который переместит пространство вокруг объекта. Он продолжает свои исследования о корабле, который мог бы добраться куда-либо быстрее света. Однако он и другие все еще указывают на различные проблемы, связанные как с созданием, так и с поддержанием варп-двигателя. Это включает в себя идею, что такой двигатель фактически изолирует себя от остальной Вселенной. Среди прочего, это означает, что корабль не может контролировать двигатель, который заставляет его двигаться. Так что впереди еще несколько проблем, которые нужно решить.
О черных дырах
Мы наиболее знакомы с черными дырами в контексте звездной массы и сверхмассивных черных дыр. Они также имеют аккреционные диски, которые переносят материал в черную дыру. Например, центральная сверхмассивная черная дыра, известная как Стрелец A*, в нашей Галактике периодически поглощает материал. Затем она излучает облак радиации. Другие, более активные галактики выбрасывают струи материи, когда центральная сверхмассивная черная дыра непрерывно подкармливается.
Чёрная дыра — это концентрация массы с гравитацией такой силы, что ничто, даже свет, не может вырваться. В своём исследовании о чёрных дырах и варп-приводах авторы использовали чёрные дыры Шварцшильда. Эти так называемые простые «статические» чёрные дыры изгибают пространство-время, не имеют электрического заряда и не вращаются. По сути, они являются хорошими приближениями для математических исследований характеристик медленно вращающихся объектов в космосе.
Когда корабль с варп-приводом пересекает чёрную дыру
Чёрная дыра Шварцшильда является «совершенной» чёрной дырой для теоретического исследования варп-привода, пересекающего горизонт событий. Чтобы определить сценарий, Гаратини и Затрималов решили математически объединить уравнения, описывающие чёрную дыру, и те, которые описывают варп-привод. Среди прочего, они обнаружили, что можно «внедрить» варп-привод в внешнюю территорию чёрной дыры. Сам варп-пузырь значительно меньше самой чёрной дыры и должен двигаться к ней. Гравитация чёрной дыры влияет на энергетические условия, необходимые для создания и поддержания варп-привода. Это означает, что теоретически можно уменьшить количество отрицательной энергии, необходимой для поддержания варп-пузыря. Кроме того, исследователи предполагают, что если варп-пузырь движется со скоростью менее скорости света, он эффективно стирает горизонт чёрной дыры.
Исследовательская группа также описала идею о том, что такое событие может вызвать преобразование виртуальных частиц в реальные в электрическом поле. Если это так, это может привести к созданию мини-варп-приводов в лаборатории.
Небольшие изменения в чёрной дыре
Интересно, что команда также предполагает, что, если варп-пузырь движется медленно и значительно меньше горизонта чёрной дыры, это может увеличить энтропию чёрной дыры. Однако, как они указывают в своих заключительных аргументах, «существуют потенциальные проблемные вопросы в других физических ситуациях: а именно, когда варп-привод полностью поглощается чёрной дырой, он может уменьшить её массу и, следовательно, её энтропию».
Аналогично, когда через чёрную дыру проходит более крупный варп-пузырь, это создаст «экранный» эффект и фактически устранит горизонт, делая невозможным определение энтропии чёрной дыры в смысле Хокинга. Если варп-приводы возможны в природе, эти проблемы указывают на то, что мы всё ещё не понимаем их с термодинамической точки зрения.
Технология варп-приводов ещё предстоит увидеть
Таким образом, хотя это исследование может оказаться ценным теоретически и привести к лабораторному производству мини-чёрных дыр, остаётся много вопросов. Возможно, в будущем, когда мы поймём квантовую механику, лежащую в основе обоих этих объектов, мы сможем считать технологию варп-приводов очевидной. Если это так, тогда, по мере того как корабли будут перемещаться через чёрные дыры, мы можем столкнуться с необычным временем. Например, сигналы изнутри чёрной дыры могут быть выведены через варп-пузырь, выходящий из сингулярности. Это позволило бы нам отправлять изображения или записи того, каково это — внутри горизонта событий, о чём сегодня никто не знает. Также есть вероятность того, что ужасные чёрные дыры могут сделать варп-привод менее труднодостижимым, поскольку они не будут требовать столько экзотического «отрицательного источника энергии».
