Путешествие быстрее скорости света: если варп-двигатель возможен, то почему его не создали

Чтобы создать варп-двигатель, понадобится в 10 раз больше отрицательной энергии, чем есть положительной энергии во Вселенной.

В 1994 году физик-теоретик Мигель Алькубьерре решил выяснить, возможен ли варп-двигатель, который позволяет путешествовать в космосе быстрее скорости света. Удивительно, но ученый нашел способ сделать его возможным, но до сих пор неясно, сможет ли такой двигатель когда-нибудь действительно работать.

Хотя технология варп-двигателя является теоретической, физики считают, что она уже существует, и ее даже можно обнаружить. Ученые предполагают, что варп-двигатели могут использовать потенциальные инопланетяне.

Варп-двигатель — как он работает?

Хотя согласно текущим законам физики перемещаться быстрее скорости света невозможно, это ограничение применяется только к локальным измерениям. Можно управлять пространством-временем таким образом, чтобы сверхсветовое движение стало достижимым. Например, расширение Вселенной раздвигает галактики быстрее скорости света, но поскольку каждая галактика находится в своем локальном участке пространства, это не нарушает фундаментальных законов физики.

Идея Алькубьерре состояла в том, чтобы использовать похожий трюк. Его решение варп-двигателя для общей теории относительности использует область идеально плоского пространства. Согласно теории, варп-двигатель, установленный на космическом корабле, создает варп-пузырь. Перед этим пузырем находится область сжатого пространства, а за ним — область расширенного пространства. Сжатие пространства позволяет пузырю и космическому кораблю внутри него двигаться быстрее скорости света.

Удивительно, но обитатели пузыря не почувствуют ничего странного. Фактически, с их точки зрения, они вообще не будут двигаться. Вместо этого их пункт назначения просто приблизится к ним. Но есть одна проблема: чтобы создать пространство-время с такой точной геометрией, мы должны использовать отрицательную массу, которая, по-видимому, не существует во Вселенной и нарушит все, что мы знаем о движении, инерции и энергии.

Отрицательная энергия

Несмотря на то, что во Вселенной нет отрицательной массы, о которой мы знаем, есть отрицательная энергия. Если взять две металлические пластины и держать их очень близко друг к другу, квантовые поля внутри них будут ограничены. Они могут иметь только определенные разрешенные длины волн. Это ограничение, известное как эффект Казимира, приводит к возникновению силы притяжения между пластинами и области отрицательной энергии.

Но такого крошечного количества отрицательной энергии недостаточно для питания варп-двигателя, и он может не сработать. Может ли варп-двигатель существовать? Это скорее вопрос квантовой гравитации, но такую теорию, объединяющую общую теорию относительности и квантовую механику, физики еще не создали.

В то же время ученые последние десятилетия пытаются выяснить, что может произойти с квантовыми полями в крайне странной гравитационной среде. Это привело к некоторым интересным, но иногда противоречивым идеям о природе варп-двигателей.

Проблемы с варп-двигателем

Некоторые расчеты показывают, что квантовые поля на краю варп-пузыря, которые как бы охватывают границу между его внутренними частями и внешним космосом, по сути, взрываются до бесконечности, как только варп-двигатель включается. Другие расчеты показывают, что это применимо только в ограниченных случаях и что если достаточно медленно наращивать мощность варп-двигателя, то подобных эффектов можно избежать.

Есть также расчеты, которые показывают, сколько отрицательной энергии на самом деле нужно для создания варп-двигателя. Оказывается, что для создания одного макроскопического варп-пузыря диаметром примерно 100 метров понадобится в 10 раз больше отрицательной энергии, чем есть положительной энергии во Вселенной. И это большая проблема.

Однако другие исследования показывают, что это огромное количество требуется только для традиционного варп-пузыря, как его определил Алькубьерре. Возможно, можно изменить форму пузыря так, чтобы спереди была крошечная “шея”, которая выполняет работу по сжатию пространства, а затем она раздувается до оболочки, чтобы содержать варп-пузырь. Это сводит к минимуму любые квантовые странности, так что для питания варп-двигателя понадобится столько же отрицательной энергии, сколько энергии выделяет звезда.

Есть и другие расчеты, которые показывают, что даже если удастся получить некоторую отрицательную энергию или отрицательную массу, как только начнется движение, возникнут новые проблемы. Отрицательная масса немедленно начнет вытекать из края пузыря со скоростью, превышающей скорость света. В итоге экзотическая материя, образующая варп-пузырь, не сможет поспевать за самим пузырем, и он просто разорвется на части.

Хотя кажется, что создать варп-двигатель невозможно, однозначно утверждать это пока рано. Размышления о возможности варп-двигателя помогают исследовать удивительные связи между общей теорией относительности и квантовой механикой.

Источник: Space