Новая концепция варп-двигателя искажает пространство, но не перемещает нас очень быстро

Команда физиков обнаружила, что можно построить настоящий физический варп-двигатель, не нарушая при этом никаких известных правил физики. Одно предостережение: корабль, совершающий искажение, не может превышать скорость света, так что в ближайшее время вы не доберетесь до чего-то интересного. Но это исследование по-прежнему представляет собой важный прогресс в нашем понимании гравитации.

Движение без движения

Общая теория относительности Эйнштейна — это набор инструментов для решения проблем, связанных с гравитацией, который связывает массу и энергию с деформациями в пространстве-времени. В свою очередь, эти деформации пространства-времени инструктируют массу и энергию, как двигаться. Почти во всех случаях физики используют уравнения относительности, чтобы выяснить, как будет двигаться определенная комбинация объектов. У них есть некий физический сценарий, например, планета, вращающаяся вокруг звезды, или две сталкивающиеся черные дыры, и они задаются вопросом, как эти объекты деформируют пространство-время и какой должна быть последующая эволюция системы.

Но можно также провернуть математику Эйнштейна в обратном порядке, представив некое желаемое движение и задав вопрос, какая деформация пространства-времени может сделать его возможным. Так мексиканский физик Мигель Алькубьерре открыл физическую основу варп-двигателя, долгое время являвшегося основным продуктом Звездный путь франшиза.

Цель варп-двигателя — добраться из пункта А в пункт Б за время между рекламными паузами, что обычно предполагает движение со скоростью, превышающей скорость света. Но специальная теория относительности категорически запрещает скорости, превышающие скорость света. Хотя это никогда не беспокоило авторов Звездный путь, это действительно раздражало Алькубьерре. Он обнаружил, что можно построить варп-двигатель, умело манипулируя пространством-временем, организовав его так, что пространство перед кораблем сжимается, а пространство позади корабля растягивается. Это порождает движение, строго говоря, без движения.

Это звучит как противоречие, но это лишь один из многих замечательных аспектов общей теории относительности. Варп-двигатель Алькубьерре избегает нарушений предела скорости света, поскольку он никогда не движется. через космос; вместо этого манипулируют самим пространством, по сути, чтобы приблизить пункт назначения космического корабля к нему.

Несмотря на свою заманчивость, дизайн Алькубьерре имеет фатальный недостаток. Чтобы обеспечить необходимые искажения пространства-времени, космический корабль должен содержать некоторую форму экзотической материи, обычно рассматриваемой как материя с отрицательной массой. Отрицательная масса имеет некоторые концептуальные проблемы, которые, кажется, бросают вызов нашему пониманию физики, например, вероятность того, что если вы ударите по мячу, который весит минус 5 килограммов, он полетит назад, нарушив закон сохранения импульса. Кроме того, никто никогда не видел объекта с отрицательной массой, существующего в реальной Вселенной.

Эти проблемы с отрицательной массой побудили физиков предложить различные версии «энергетических условий» в качестве дополнений к общей теории относительности. Они не встроены в саму теорию относительности, но необходимы дополнения, потому что общая теория относительности допускает такие вещи, как отрицательная масса, которой, по-видимому, не существует в нашей Вселенной — эти энергетические условия не позволяют им участвовать в уравнениях теории относительности. Это ответ ученых на тревожный факт, что ванильная ОТО допускает такие вещи, как сверхсветовое движение, но остальная Вселенная, похоже, с этим не согласна.

Фактор деформации ноль

Энергетические условия не доказаны экспериментально или наблюдательно, но это утверждения, которые согласуются со всеми наблюдениями Вселенной, поэтому большинство физиков относятся к ним довольно серьезно. И до недавнего времени физики считали, что эти энергетические условия абсолютно на 100 процентов ясно показывают, что невозможно построить варп-двигатель, даже если бы вы действительно этого хотели.

Но есть способ обойти эту проблему, открытый международной командой физиков под руководством Джареда Фукса из Университета Алабамы в Хантсвилле. (Команда также сотрудничает с Лабораторией прикладного движения прикладной физики, виртуальным аналитическим центром, занимающимся, среди прочего, исследованием варп-двигателей.) В статье, принятой к публикации в журнале Классическая и квантовая гравитацияИсследователи углубились в теорию относительности, чтобы выяснить, может ли работать какая-либо версия варп-двигателя.

Уравнения общей теории относительности, как известно, трудно решить, особенно в таких сложных случаях, как варп-двигатель. Поэтому команда обратилась к программным алгоритмам; вместо того, чтобы пытаться решить уравнения вручную, они исследовали свои решения численно и убедились, что они соответствуют энергетическим условиям.

На самом деле команда не пыталась построить двигательную установку. Вместо этого они исследовали различные решения общей теории относительности, которые позволили бы путешествовать из точки в точку без какого-либо ускорения судна или каких-либо подавляющих гравитационных приливных сил внутри судна, к большому комфорту любых воображаемых пассажиров. Затем они проверили, соответствуют ли эти решения энергетическим условиям, препятствующим использованию экзотической материи.

Исследователи действительно нашли решение для варп-двигателя: метод управления пространством, позволяющий путешественникам двигаться без ускорения. Однако бесплатного обеда не бывает, и физический аспект этого варп-двигателя имеет одну важную оговорку: судно и пассажиры никогда не смогут путешествовать быстрее скорости света. Также разочаровывает тот факт, что исследователи, стоящие за новой работой, похоже, не утруждают себя выяснением того, какие конфигурации материи позволят произойти деформации.