Подорож швидше світла: якщо варп-двигун можливий, чому його ще не розробили?

У 1994 році теоретичний фізик Мігель Алькуб'єрре вирішив з'ясувати, чи можливий варп-двигун, що дозволяє подорожувати в космосі швидше за світло. Дивно, але вчений знайшов спосіб зробити це можливим, хоча досі незрозуміло, чи зможе такий двигун коли-небудь насправді працювати, пише в статті для Space астрофізик Пол Саттер.

Варп-двигун — як він працює?

Хоча згідно з сучасними законами фізики, переміщатися швидше за світло неможливо, це обмеження стосується лише локальних вимірювань. Можна маніпулювати простором-часом таким чином, щоб надсвітловий рух став досяжним. Наприклад, розширення Всесвіту віддаляє галактики швидше за світло, але оскільки кожна галактика знаходиться у своєму локальному сегменті простору, це нормально, пише Саттер.

Ідея Алькуб'єрре полягала в тому, щоб використати подібний трюк. Його рішення варп-двигуна для загальної теорії відносності використовує область ідеально плоского простору. Згідно з теорією, варп-двигун, встановлений на космічному кораблі, створює варп-бульбашку. Перед цією бульбашкою знаходиться область стиснутого простору, а за нею — область розширеного простору. Стиснення простору дозволяє бульбашці та космічному кораблю всередині неї рухатися швидше за світло.

За словами Саттера, дивно, але мешканці бульбашки не відчують нічого дивного. Фактично, з їхньої точки зору, вони взагалі не рухаються. Натомість їхній пункт призначення просто наблизиться до них. Але є одна проблема: щоб створити простір-час з такою точною геометрією, нам потрібно використовувати негативну масу, яка, схоже, не існує у Всесвіті і порушить усе, що ми знаємо про рух, інерцію та енергію.

Негативна енергія

Хоча у Всесвіті немає негативної маси, про яку ми знаємо, існує негативна енергія, пише Саттер. Якщо взяти дві металеві пластини і тримати їх дуже близько одна до одної, квантові поля всередині них будуть обмежені. Вони можуть мати лише певні дозволені довжини хвиль. Це обмеження, відоме як ефект Казиміра, призводить до виникнення сили тяжіння між пластинами та областю негативної енергії.

Але такої крихітної кількості негативної енергії недостатньо для живлення варп-двигуна, і він може не спрацювати. Чи може існувати варп-двигун? Це скоріше питання квантової гравітації, але таку теорію, що об'єднує теорію відносності (яка найкраще пояснює гравітацію) і квантову механіку, фізики ще не створили.

Водночас вчені протягом останніх десятиліть намагаються з'ясувати, що може статися з квантовими полями в надзвичайно дивній гравітаційній середовищі. Це призвело до деяких цікавих, але іноді суперечливих ідей про природу варп-двигунів.

Проблеми з варп-двигуном

Як пише Саттер, одні розрахунки припускають, що квантові поля на краю варп-бульбашки, які як би охоплюють межу між її внутрішніми частинами та зовнішнім космосом, по суті, вибухають до безкінечності, щойно ви вмикаєте варп-двигун. Інші розрахунки показують, що це застосовно лише в обмежених випадках і що якщо ви досить повільно нарощуєте потужність варп-двигуна, то все буде в порядку.

Ще одні розрахунки обходять все це стороною і показують, скільки негативної енергії насправді потрібно для створення варп-двигуна. Виявляється, що для створення однієї макроскопічної варп-бульбашки діаметром приблизно 100 метрів знадобиться в 10 разів більше негативної енергії, ніж є позитивної енергії у Всесвіті. І це велика проблема.

Але інші розрахунки показують, що ця величезна кількість застосовна лише до традиційної варп-бульбашки, як її визначив Алькуб'єрре. Можливо, можна змінити форму бульбашки так, щоб спереду була крихітна "шия", яка виконує роботу зі стиснення простору, а потім вона роздувається до оболонки, щоб містити варп-бульбашку. Це мінімізує будь-які квантові дивності, так що для живлення варп-двигуна знадобиться стільки ж негативної енергії, скільки енергії виділяє зірка.

За словами Саттера, ще одні розрахунки показують, що навіть якщо ви отримаєте певну негативну енергію або негативну масу, як тільки ви почнете рухатися, ви зіткнетеся з проблемами. Негативна маса негайно почне витікати з краю бульбашки зі швидкістю, що перевищує швидкість світла. В результаті відбувається те, що екзотична матерія, що утворює варп-бульбашку, не може встигати за самою бульбашкою, тому вона просто розриває себе на частини.

Хоча з одного боку здається, що створити варп-двигун неможливо, однозначно так сказати не можна. Роздуми про те, наскільки можливий навіть варп-двигун допомагають досліджувати деякі дивовижні зв'язки між загальною теорією відносності та квантовою механікою, резюмує Саттер.