Путешествие быстрее света: если варп-двигатель реально возможен, то почему его до сих пор не разработали?

В 1994 году теоретический физик Мигель Алькубьерре решил изучить возможность создания варп-двигателя, который бы позволял путешествовать по космосу быстрее скорости света. Удивительно, но ученый нашел способ это осуществить, хотя до сих пор неясно, сможет ли такой двигатель когда-либо функционировать, отмечает астрофизик Пол Саттер в статье для Space .

Как работает варп-двигатель?

Несмотря на то что по действующим законам физики перемещение быстрее света невозможно, это ограничение относится лишь к локальным измерениям. Можно управлять пространством-временем так, чтобы сверхсветовое движение стало возможным. Например, расширение Вселенной раздвигает галактики быстрее света, но поскольку каждая галактика находится в своем локальном участке пространства, это не нарушает законов физики, пишет Саттер.

Идея Алькубьерре заключалась в использовании аналогичного подхода. Его модель варп-двигателя в контексте общей теории относительности использует область идеально плоского пространства. Согласно его теории, варп-двигатель на борту космического корабля создает варп-пузырь. Перед пузырем располагается сжатая область пространства, а за ним — расширенная область. Сжатие пространства позволяет пузырю и космическому кораблю внутри него двигаться быстрее скорости света.

По словам Саттера, удивительно, но обитатели пузыря не ощутят ничего необычного. На самом деле, с их точки зрения, они вообще не будут перемещаться. Вместо этого их пункт назначения просто приблизится к ним. Однако есть одна проблема: для создания пространства-времени с такой точной геометрией необходимо использовать отрицательную массу, которая, как кажется, не существует во Вселенной и может нарушить все, что мы знаем о движении, инерции и энергии.

Отрицательная энергия

Хотя в нашей Вселенной нет известной отрицательной массы, отрицательная энергия, по словам Саттера, существует. Если взять две металлические пластины и разместить их очень близко друг к другу, квантовые поля внутри них будут ограничены. Они смогут иметь лишь определенные разрешенные длины волн. Это ограничение, известное как эффект Казимира, вызывает силу притяжения между пластинами и областью отрицательной энергии.

Тем не менее, такое незначительное количество отрицательной энергии недостаточно для питания варп-двигателя, и он может не сработать. Может ли существовать варп-двигатель? Это скорее вопрос квантовой гравитации, но физики еще не разработали теорию, объединяющую теорию относительности (которая лучше всего объясняет гравитацию) и квантовую механику.

В то же время ученые на протяжении последних десятилетий пытаются выяснить, что может произойти с квантовыми полями в экзотической гравитационной среде. Это привело к некоторым интересным, но иногда противоречивым идеям о природе варп-двигателей.

Проблемы с варп-двигателем

Как сообщает Саттер, некоторые расчеты предполагают, что квантовые поля на границе варп-пузыря, которые как бы охватывают переход между его внутренними частями и внешним космосом, фактически взрываются до бесконечности, как только варп-двигатель включается. Другие расчеты показывают, что это применимо лишь в ограниченных случаях и что если варп-двигатель наращивать достаточно медленно, то все будет в порядке.

Другие расчеты обходят все эти проблемы и показывают, сколько отрицательной энергии на самом деле требуется для создания варп-двигателя. Оказывается, что для создания одного макроскопического варп-пузыря диаметром около 100 метров потребуется в 10 раз больше отрицательной энергии, чем положительной энергии в нашей Вселенной. И это серьезная проблема.

Однако некоторые расчеты показывают, что это огромное количество энергии применимо только к традиционному варп-пузырю, как его описал Алькубьерре. Возможно, можно изменить форму пузыря так, чтобы спереди была небольшая "шея", которая сжимает пространство, а затем расширяется до оболочки, чтобы удерживать варп-пузырь. Это минимизирует любые квантовые странности, так что для питания варп-двигателя потребуется столько же отрицательной энергии, сколько выделяет звезда.

По словам Саттера, другие расчеты показывают, что даже если вы получите некоторую отрицательную энергию или отрицательную массу, как только вы начнете движение, возникнут проблемы. Отрицательная масса немедленно начнет вытекать из края пузыря со скоростью, превышающей скорость света. В итоге экзотическая материя, формирующая варп-пузырь, не сможет следовать за самим пузырем, и он просто разорвется на части.

Хотя с одной стороны кажется, что создание варп-двигателя невозможно, нельзя однозначно утверждать, что это так. Размышления о том, насколько возможна даже теория варп-двигателя, помогают исследовать удивительные связи между общей теорией относительности и квантовой механикой, резюмирует Саттер.