Учёные начинают всерьёз рассматривать варп-двигатели космических кораблей

Тяжело жить в релятивистской Вселенной, где даже ближайшие звёзды расположены так далеко от нас, а скорость света абсолютна. Неудивительно, что различные научно-фантастические произведения сплошь и рядом используют двигатели, позволяющие передвигаться быстрее света (Faster-than-Light, или FTL), в качестве устройства для развития сюжета.

Нажмите кнопочку, надавите на педаль, и модный двигатель – принцип работы которого никто не может объяснить – перенесёт нас в другую точку пространства-времени.

Но в последние годы научное сообщество всколыхнули волны понятного вдохновения и естественного скептицизма, связанные с заявлениями о том, что определённую концепцию такого двигателя – пузырь Алькубьерре – вполне можно реализовать на практике.

Именно по этой теме в августе 2019 проходила презентация в Американском институте аэронавтики на форуме космических двигателей и энергии. Презентацию давал Джозеф Анью – будущий инженер, помощник исследователя из Алабамского университета в Хантсвилле, стажирующийся в исследовательском центре реактивных двигателей.

В разделе “Будущее ядерной энергии и передовые концепции двигателей” Анью сообщил о результатах проведённого им исследования под названием “Исследование варп-теории и технологий для определения состояния этой области и её реализуемости“.

Анью объяснил присутствующим в забитом до отказа зале, что теория, лежащая в основе варп-двигателя, относительно проста. Изначально её предложил мексиканский физик Мигель Алькубьерре в 1994 году. Изначально её рассматривали, как в высшей степени теоретическое (но допустимое) решение Эйнштейновских уравнений поля, описывающих, как во Вселенной взаимодействуют пространство, время и энергия.

Говоря обывательским языком, двигатель Алькубьерре позволяет двигаться быстрее света, создавая волну на ткани пространства-времени, сжимая пространство, находящееся впереди него, и растягивая пространство позади.

В теории космический корабль, находящийся внутри этой волны, мог бы при помощи этого “варп-пузыря” достигать скоростей, превышающих скорость света. Это явление известно, как “метрика Алькубьерре”.

В контексте общей теории относительности внутренняя часть этого пузыря будет инерционной системой отсчёта для всего, что находится внутри него. Такие пузыри могут появляться в бывших до этого плоскими участках пространства-времени, преодолевая скорость света.

Поскольку корабль не двигается через пространство-время (двигается само пространство-время), обычные релятивистские эффекты к нему неприменимы.

Проще говоря, метрика Алькубьерре позволяет осуществлять FTL-передвижение без нарушения законов относительности в обычном смысле. Как объяснил нам Анью, его эта концепция вдохновила ещё в старших классах, и с тех пор он ею увлечён:

Благодаря этой идее я углубился в математику и в другие науки, и в итоге заинтересовался научной фантастикой и передовыми теориями с более технической точки зрения. Я начал смотреть “Звёздный путь”, оригинальный сериал и “Следующее поколение”, и заметил, как там предсказывали или вдохновляли изобретение сотовых телефонов, планшетов и других удобных устройств.

Я поразмыслил по поводу других технологий – фотонных торпед, фазеров и варп-двигателя, и попытался исследовать то, что по этому поводу говорит “наука звёздного пути” и “её эквивалент из реального мира”. Я наткнулся на оригинальную работу Мигель Алькубьерре, и, переварив её немного, я начал искать информацию по другим ключевым словам и всё больше углублялся в эту теорию.

И хотя сперва эту концепцию отмели, как полностью теоретическую и слишком умозрительную, в последние годы в неё вдыхают новую жизнь. В основном это происходит благодаря Гарольду Уайту по прозвищу “Санни”, руководителю команды разработки передовых двигателей в лаборатории физики передовых двигателей НАСА (также известной, как “лаборатория Иглворкс”).

На “симпозиуме столетия космических путешествий” в 2011 году Уайт поделился некоторыми обновлёнными вычислениями метрики Алькубьерре, в рамках презентации “Основы механики варп-поля” (и в работе с тем же названием).

Уайт утверждал, что теория Алькубьерре жизнеспособна, но её нужно тщательно проверить и разработать. С тех пор именно этим они с коллегами из лаборатории Иглворкс и занимались.

Анью также большую часть академической карьеры занимался исследованием этой теории и механики варпа. Под руководством Джейсона Кассибри – адъюнкт-профессора машиностроения и авиационно-космической техники, работающего в исследовательском центре алабамского университета, работа Анью вылилась в исследование, описывающее основные препятствия и возможности, возникающие на фоне исследований механики варпа.

Как говорит Анью, одно из важнейших препятствий состоит в том, что концепция варп-двигателя до сих пор не воспринимается серьёзно в научных кругах:

По моему опыту, любое упоминание варп-двигателя в разговоре сразу вызывает усмешки, поскольку эта идея очень теоретическая и больше относится к научной фантастике. Часто её сразу же отвергают, и используют как пример чего-то нелепого, и это можно понять.

В моём случае, у себя в голове я отнёс её к категории типичных сверхсветовых концепций, поскольку они, очевидно, нарушают предположение о том, что скорость света является абсолютным пределом скорости.

Grabr: Доставка товаров из других стран дешевле, чем почтой; получить $10 на счёт при регистрации.

Оплатите подписку, и реклама отключится

И только когда я более подробно закопался в теорию, я понял, что у неё нет таких проблем. Думаю, что к ней было бы больше интереса, если бы люди ознакомились с прогрессом, достигнутым по этой теме. Исторически теоретическая природа этой идеи может отпугивать людей, поскольку гораздо сложнее увидеть прогресс, смотря на уравнения вместо каких-то осязаемых результатов.

Хотя данная область находится в зачаточном состоянии, недавно было проведено несколько интересных разработок. К примеру, открытие гравитационных волн естественного происхождения, сделанное учёными из лаборатории LIGO в 2016 году, подтвердило как предсказание Эйнштейна столетней давности, так и существование базиса варп-двигателя в природе.

Как отметил Анью, это, возможно, одно из важнейших событий, но не единственное:

За последние 5-10 лет был достигнут прекрасный прогресс в предсказании ожидаемых эффектов, оказываемых двигателем, в разработках по конкретной реализации этого проекта, в подтверждении фундаментальных предположений и концепций, и, что лично мне больше всего нравится – в разработке способов проверки теории в лабораторных условиях.

Открытие, сделанное на LIGO несколько лет назад, по-моему, представляет серьёзный скачок для науки, поскольку оно экспериментально подтвердило возможность “сворачивания” и изгибания пространства-времени в присутствии гравитационных полей значительной силы, и распространения этого искривления по Вселенной измеряемым способом. До этого благодаря Эйнштейну у нас было представление об этом, но теперь оно стало определённостью”.

Поскольку система зависит от расширения и сжатия пространства-времени, сказал Анью, это открытие демонстрирует, что некоторые из предполагаемых явлений встречаются в природе.

“Теперь, зная, что эти эффекты реальны, я задаюсь следующим вопросом: как их изучить, и как создать в лаборатории? – добавил он. – Очевидно, это потребует вложения огромных ресурсов и времени, однако преимущества также будут огромными”.

Конечно, концепция варп-двигателя требует дополнительной поддержки и различных прорывов до того, как станут возможными экспериментальные исследования. Сюда входят прорывы в теоретической платформе, а также технологический прогресс. И если разделить эту задачу на мелкие, и не относиться к ней, как к огромной проблеме, сказал Анью, то прогресса определенно можно будет достичь:

По сути, для варп-драйва нужен способ расширять и сжимать пространство-время по необходимости и локально – вокруг небольшого объекта, или корабля. Мы точно знаем, что очень большая плотность энергии в виде, к примеру, электромагнитных полей или масс, может привести к искривлению пространства-времени. Однако в нашем сегодняшнем представлении для этого требуется огромное количество энергии.

С другой стороны, в технической области нужно как можно лучше усовершенствовать оборудование и все процессы, чтобы такая высокая плотность энергии стала достижимой. Считаю, что есть все шансы на более глубокое понимание гравитации после воспроизведения эффекта в лабораторных масштабах, и что это откроет нам путь к пока ещё не придуманным теориям или лазейкам.

Если подытожить, то самым большим препятствием остаётся энергия, а из этого следуют технологические препятствия, необходимость в получении более мощных электромагнитных полей, более чувствительного оборудования, и т.д.

Огромные объёмы положительной и отрицательной энергии, требуемые для создания варп-пузыря, остаются самой большой проблемой концепции Алькубьерре. Сейчас учёные считают, что для поддержания плотности отрицательной энергии, необходимой для создания пузыря, потребуется экзотическая материя. Кроме того, учёные оценивают общее количество энергии, необходимой для этого, равным массе Юпитера.

Однако это уже значительно меньшие требования по сравнению с предыдущими, в которых было заявлено, что для данного процесса потребуется энергия массы, эквивалентной всей Вселенной. Однако и экзотическая материя массой с Юпитер пока остаётся недоступной для нас. В этом смысле всё равно требуется достичь значительного прогресса, чтобы уменьшить требования к энергии до чего-либо более реалистичного.

Единственный из видимых вариантов связан с дальнейшими прорывами в квантовой физике, квантовой механике и получении метаматериалов, говорит Анью. Также требуется технологический прогресс в таких областях, как сверхпроводники, интерферометры и магнитные генераторы. И, естественно, есть ещё проблема с финансами, всегда встающая остро в случае таких отвлечённых концепций.

Но, как говорит Анью, эта проблема не кажется непреодолимой. Учитывая уже сделанный прогресс, есть причины оптимистично смотреть в будущее:

Имеющуюся пока теорию вполне стоит развивать и дальше, и сегодня проще, чем раньше, предоставить доказательства её правдивости. Что до оправданий траты на неё ресурсов, то несложно видеть, что возможность исследовать космос за пределами Солнечной системы, или даже Галактики, станет невероятным скачком для человечества. Также мы определённо получим преференции от роста технологий, последующего за расширением границ исследований”.

Как и авионика, ядерные исследования, изучение космоса, электромобили и многоразовые ракеты, концепции варп-двигателя Алькубьерре, судя по всему, на роду написана необходимость пробиваться наверх. Но если все эти исторические примеры можно считать примером, то в итоге эта концепция может пересечь определённую черту и внезапно оказаться вполне реализуемой!

А учитывая всё возрастающий интерес к экзопланетам (ещё одна крайне быстрая растущая область астрономии), не будет недостатка в людях, надеющихся отправить миссии к ближайшим звёздам в поисках потенциально обитаемых планет. И, как демонстрируют перечисленные примеры, иногда для того, чтобы мячик покатился, бывает достаточно его как следует пнуть…

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

683 просмотров всего, 1 просмотров сегодня