Stfw.RuПривод деформации пространства обманывает Вселенную
В компьютерных играх межзвёздный привод Warp Drive можно найти запросто. И мало кто задумывается, что у него имеется теоретическое обоснование
🕛 01.08.2008, 13:37
Полёты со скоростями на порядки выше скорости света, не нарушающие притом никаких известных законов физики, - возможны. Таков общий вывод теоретического исследования, проведённого недавно в США. Практическая реализация такого привода после этой работы не стала ни на йоту ближе, чем до неё. Но и "фундамент" для такого прорыва согреет романтика, чья душа восстаёт против тирании межзвёздных расстояний.Героями на этот раз стали Джеральд Кливер (Gerald Cleaver) и Ричард Обоуси (Richard Obousy) из университета Бэйлора (Baylor University). Учёные из Техаса, опубликовавшие свою работу (а вернее - основные её выводы и положения) на сервере ArXiv.org, утверждают: гиперскоростной привод для космического корабля можно создать, опираясь на явления, "вытекающие" из Общей теории относительности и теории струн.
В пользу справедливости последней, кстати, говорит ряд открытий последних лет. К примеру, обнаружение непостоянства мировых констант (мю и альфы) или косвенные свидетельства наличия дополнительных пространственных измерений.
Свою работу американцы вели, отталкиваясь от концепции "Двигателя деформации пространства" (Warp Drive), предложенной мексиканским физиком Мигелем Алькубиерре (Miguel Alcubierre) в 1994 году.
Привод Алькубиерре. Большой красной стрелкой показано направление движения корабля. Виден пузырь, окружающий аппарат (иллюстрация с сайта orbitalvector.com).
Привод Алькубиерре. Большой красной стрелкой показано направление движения корабля. Виден пузырь, окружающий аппарат (иллюстрация с сайта orbitalvector.com).
Об общем его принципе действия мы упоминали, когда делали большой обзор по самым экзотическим вариантам космических приводов.
Напомним вкратце: Warp Drive создаёт вокруг корабля замкнутый пузырь с отдельным "куском" пространства-времени, позади же него привод заставляет пространство-время расширяться, а впереди - сжиматься. Это приводит к перемещению пузыря вперёд со скоростью, которая может быть выше скорости света.
При этом условие, что скорость света физически нельзя превысить, - выполняется. Луч, находящийся вблизи корабля с включённым приводом (то есть внутри пузыря), точно так же улетит вперёд, как и в обычной ситуации.
Однако сам пузырь с изолированным куском пространства сможет прибыть к какой-нибудь удалённой звезде намного раньше, чем туда доберётся свет, стартовавший с Земли одновременно с Warp-кораблём.
Удивительно, но с точки зрения Природы, "надзирающей" над соблюдением своих законов, Warp-звездолёт будет неподвижен в течение всего рейса. И его кинетическая энергия даже при превышении скорости света останется такой же, какой она была до старта.
Геометрия пространства-времени при включённом Warp-приводе (иллюстрация с сайта wikipedia.org).
Геометрия пространства-времени при включённом Warp-приводе (иллюстрация с сайта wikipedia.org).
Возможно ли такое расширение пространства-времени в принципе? Тут физики вспоминают один из ранних этапов развития Вселенной после Большого взрыва - период космической инфляции, когда экспоненциально расширялась не просто материя молодой Вселенной, но сама ткань пространства.
Расширение Вселенной - источник вдохновения для создателей "Привода деформации" (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).
Расширение Вселенной - источник вдохновения для создателей "Привода деформации" (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).
"Мы воссоздаём инфляционный период Вселенной позади судна", - поясняет общую идею Warp Drive Кливер.
Чтобы поместить корабль в такой пузырь, сообщают физики, требуется экзотическая отрицательная энергия (кстати, позарез нужная физикам и для создания машины времени). На рисунке с приводом Алькубиерре она показана голубоватым цветом.
Откуда её взять? У авторов работы есть ответ. Посмотрите на эффект Казимира!
Между двумя близко расположенными телами (например, плоскими гладкими поверхностями), находящимися в вакууме, возникает притяжение (не гравитационное). Производит его разность в числе виртуальных фотонов, постоянно рождаемых вакуумом. Вследствие определённых резонансных явлений между пластинами таких фотонов появляется намного меньше, нежели снаружи.
Эффект Казимира: между двумя проводящими пластинами, расположенными на расстоянии порядка нескольких десятков или сотен нанометров, рождаются только виртуальные фотоны с длинами волн, кратными расстоянию. Вне пластин - любые виртуальные фотоны. Так флуктуации вакуума толкают пластины навстречу друг другу (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).
Эффект Казимира: между двумя проводящими пластинами, расположенными на расстоянии порядка нескольких десятков или сотен нанометров, рождаются только виртуальные фотоны с длинами волн, кратными расстоянию. Вне пластин - любые виртуальные фотоны. Так флуктуации вакуума толкают пластины навстречу друг другу (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).
Эффект этот подтверждён экспериментально. И он (в теории) мог бы помочь космическим путешественникам, поскольку, утверждают Кливер и Обоуси, физическая интерпретация эффекта Казимира такова: во внутренней области между пластинами как раз существует отрицательная энергия.
Ещё физики указывают на родство искомой "субстанции" и космологической константы, а говоря упрощённо, - тёмной энергии - таинственным пока "чем-то", обуславливающим ускорение расширения Вселенной в настоящее время.
Понимание космологической постоянной (и причин расширения Вселенной), считают американские исследователи, является ключом к Warp Drive. Фактически этот привод должен воспроизводить тот же самый эффект в малом пространственном масштабе, но зато сам темп расширения пространства позади корабля должен быть на много порядков выше, чем скорость "раздувания" Вселенной.
Дополнительное пространственное измерение, "свёрнутое" до очень малой величины, на примере линии (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).
Дополнительное пространственное измерение, "свёрнутое" до очень малой величины, на примере линии (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).
Другой вопрос - как заставить пространство позади нашего пузыря расширяться? Тут нужно задействовать манипулирование дополнительными пространственными измерениями, рассматриваемыми теорией струн.
Как их представить упрощённо? "Проведите" через пространство линию. С нашей точки зрения она состоит из точек. Однако вообразите, что при очень сильном увеличении каждая точка такой линии становится кольцом. Это и есть проявление дополнительного измерения.
Физики полагают, что в дополнительных измерениях пространства также рождаются виртуальные фотоны, причём - с длиной волны, позволяющей этим частицам резонировать в соответствии с размером измерения (длиной окружности кольца в нашем примере с линией). Дополнительные измерения тут выступают в роли пластинок, как в эффекте Казимира, поясняют физики, но только - в другом масштабе.
Регулируя вблизи корабля размер дополнительных измерений, сообщают американцы, мы могли бы изменять в окрестностях пузыря, несущего корабль, саму космологическую константу, а значит, - определять, как будет вести себя пространство-время.
Зависимость тут такая: расширение дополнительных пространственных измерений заставляет сжиматься наше пространство-время и наоборот, сжатие дополнительных измерений приводит к "инфляции" куска пространства в данной области. Вот и готов привод Алькубиерре.
Warp Drive по версии Кливера и Обоуси. Вверху - управление измерениями, внизу - результат для пространства (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).
Warp Drive по версии Кливера и Обоуси. Вверху - управление измерениями, внизу - результат для пространства (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).
Авторы исследования отмечают: чтобы запустить Warp Drive, нужно потратить порядка 1045 джоулей. Это столько, сколько содержится во всей массе Юпитера, если его перевести в энергию по знаменитой формуле Эйнштейна (E = mc2).
Несколько остужает пыл.
Но, во-первых, учёные, столь свободно манипулирующие космологической константой и измерениями пространства (пусть только в уме), вполне возможно, придумают когда-нибудь - откуда взять для своего корабля эту энергию. А во-вторых, "успокаивают" нас авторы работы, прежние оценки и вовсе показывали, что для одного Warp Drive нужно столько энергии, сколько содержится во всей массе Вселенной. Потому новая оценка - колоссальный скачок к более реальным величинам.
Кливер также приводит теоретически вычисленный предел скорости для аппарата с Warp Drive, обусловленный самой структурой пространства - 1032 c!
Правда, учёный тут же поправляет, что эта величина даже близко не достижима, с учётом всех мыслимых технологий будущего. Поскольку тут уж одним аннигилированным Юпитером не обойтись. Но ведь нас и тысяча скоростей света вполне устроят.
Умеете сворачивать 11-е измерение? Тогда поехали! (иллюстрация с сайта blogs.techrepublic.com.com)
Умеете сворачивать 11-е измерение? Тогда поехали! (иллюстрация с сайта blogs.techrepublic.com.com)
А куда полетим?
Например, на планету Gliese 581 c, делятся соображениями американские учёные. Это первая пригодная для жизни планета, открытая людьми. Расположена она на расстоянии 20,4 световых года от Земли. Сила тяжести там вполне умеренная (1,6 g), температура тоже (0-40 градусов по Цельсию).
Впрочем, парниковый эффект тут может огорчить колонистов. Но не беда: если последняя версия климата Gliese 581 c окажется верна, астронавтам нужно будет просто немного перенацелить свой звездолёт - на планету Gliese 581 d, находящуюся в той же самой системе.
Сравнение нашей системы и системы Gliese 581. Недавно открытая планета в последней находится в пригодной для жизни зоне (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).
Сравнение нашей системы и системы Gliese 581. Недавно открытая планета в последней находится в пригодной для жизни зоне (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).
Конечно, нам паковать чемоданы едва ли придётся. "Привод деформации невыполним в настоящее время и, вероятно, не будет выполнимым в ближайшие несколько тысячелетий", - говорит Кливер. Вот так. Может, до Gliese 581 c лучше махнуть по старинке, ракетами…
Огорчены? Ну кто знает, что смогут по этому же поводу сказать учёные лет через двадцать или тридцать.
А ещё на Warp Drive можно посмотреть совсем с другой стороны.
"Если есть дополнительные измерения и мы могли бы манипулировать ими, это открыло бы захватывающие перспективы, - прокомментировал работу коллег Лоуренс Форд (Lawrence Ford) из университета Тафтса (Tufts University). - Я не думаю, что это сразу привело бы нас к Warp Drive, но вижу другие интересные возможности в области фундаментальных научных исследований".