После снежной бури нет большего удовольствия, чем собрать пушистый снег, слепить из него снежок и бросить его с большой скоростью. Точно так же, в ускоряющейся Вселенной, нет большего восторга, чем собирать тёмную энергию, чтобы создать объект с отрицательной массой, который может разогнать космический корабль до скорости света. Вы, наверное, подумали: «Что? Как это?» Позвольте объяснить.
Существует легенда, что Исаак Ньютон сформулировал теорию гравитации после того, как увидел, как яблоко падает с дерева, и задался вопросом, почему оно падает прямо вниз. Ньютон предположил, что сила гравитации притягивает яблоко к Земле, как и любое другое тело с положительной массой притягивается к другому. Альберт Эйнштейн обобщил теорию Ньютона, интерпретировав гравитацию как кривизну пространства-времени, на которую все объекты реагируют одинаково. Это вытекает из так называемого принципа эквивалентности, по которому инертная масса объекта, определяющая его ускорение в ответ на приложенную силу, равна его гравитационной массе, то есть его взаимодействию с гравитацией.
Однако переосмысление гравитации Эйнштейном привело к неожиданному открытию. Уравнения Эйнштейна предсказывают, что в условиях доминирования вакуумной энергии, как, например, тёмной энергии, наблюдаемой в современной Вселенной, яблоко будет ускоряться вдаль от Ньютона. Таким образом, гравитация может быть отталкивающей. Наблюдается, как удалённые галактики ускоряются и удаляются от нас по этой причине. Мы до сих пор не понимаем природу тёмной энергии. Чтобы объяснить её, возможно, потребуется создать предсказательную теорию квантовой гравитации.
Хотя физики не смогли объединить квантовую механику и гравитацию за прошедшее столетие, стоит оставаться оптимистичными относительно будущего физики. Допустим, через тысячелетия инженеры квантовой гравитации смогут создать «плуг» для тёмной энергии, который будет формировать объекты с отрицательной массой из естественного космического резервуара тёмной энергии вокруг нас. Что это будет значить?
Объект с отрицательной массой будет ускоряться в противоположном направлении от внешней силы. Если его оттолкнуть, он будет ускоряться к нам. Согласно принципу эквивалентности, объект с отрицательной массой также будет взаимодействовать с гравитацией с противоположным знаком, то есть будет отталкивать объекты с положительной массой.
Теперь представьте, что объект с отрицательной массой находится рядом с равным по величине, но противоположным по знаку объектом с положительной массой. Гравитационное отталкивание между массами будет толкать положительную массу вперёд, но также притягивать отрицательную массу, чтобы она следовала в том же направлении. В результате, обе массы будут двигаться с постоянным ускорением вдоль оси, соединяющей их. Эта пара будет ускоряться вместе до скорости света в неукротимом процессе. Общая масса пары равна нулю, так что топливо не требуется.
Закончено. Не согласитесь ли вы, что нет большего восторга, чем создание идеального космического корабля из пары равных, но противоположных по знаку масс? Эта фантастическая концепция космического корабля была впервые предложена в статье Германа Бонди в 1957 году и изучена Робертом Форвардом в 1990 году.
Очевидно, что с этой концепцией «бесплатного обеда» для движения связаны концептуальные и практические проблемы. Во-первых, пара равных, но противоположных по знаку масс не требует энергии, поскольку её общая масса равна нулю. Следовательно, вакуум мог бы спонтанно производить пары положительных и отрицательных масс. Эти пары могли бы ускоряться до скорости света и заполнять Вселенную. Тот факт, что мы не наблюдаем их, означает, что либо отрицательные массы запрещены в природе, либо существует квантовый барьер для их спонтанного создания. На практическом уровне космический корабль с нулевой массой значительно замедлится при столкновении с единственной газовой или пылевой частицей в межзвёздной среде. Это контрастирует с ракетой, которая обеспечивает устойчивое ускорение для конечной положительной массы.
В частности, если космический корабль ускоряется с земным гравитационным ускорением в 9,8 метра в секунду в квадрате, то астронавт на борту будет испытывать те же ощущения, что и на поверхности Земли. Поддержание этого постоянного ускорения на протяжении нескольких десятилетий позволит астронавту достичь скорости, близкой к световой, что создаст достаточную временную дилатацию для того, чтобы пересечь Вселенную в течение человеческой жизни.
Если вам нравится читать статьи на нашем канале и вы хотите помочь в его развитии, вы можете поддержать канал донатом: