Проклятие варп-двигателя: почему он не поддается ученым вот уже 30 лет?
Помните, как в любимых фантастических фильмах космические корабли рассекают пространство, мгновенно преодолевая немыслимые расстояния? Эта завораживающая идея, известная как варп-двигатель, десятилетиями будоражит умы не только киносценаристов, но и физиков. Но если оставить в стороне захватывающие перспективы межзвездных путешествий, насколько реальна эта технология?
В 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре, вдохновленный научной фантастикой, задался этим вопросом. И, к удивлению многих, нашел лазейку в, казалось бы, незыблемых законах физики. Он предложил хитроумный способ обойти ограничение скорости света, не нарушая его локально.
В чем же подвох? Дело в том, что, хотя ничто не может двигаться сквозь пространство быстрее света, само пространство — материя весьма податливая. Вспомните хотя бы о расширении Вселенной: галактики удаляются друг от друга со сверхсветовыми скоростями, и это никого не смущает, ведь каждая из них «сидит» на своем месте.
Алькубьерре предложил использовать подобный трюк. Он разработал математическую модель, описывающую «пузырь» пространства-времени. Внутри этого пузыря пространство остается привычным и плоским, а вот снаружи творится нечто странное: перед пузырем пространство сжимается, а позади — расширяется. Это напоминает принцип действия аккордеона: вы сжимаете его с одной стороны, и он растягивается с другой.
И вот тут начинается самое интересное. Этот «аккордеон» пространства-времени позволяет пузырю и всему, что в нем находится, перемещаться с любой скоростью, даже превышающей скорость света! При этом, и это важно, экипаж корабля, находящегося внутри пузыря, не испытает никаких перегрузок или странных эффектов. Для них пункт назначения просто… приблизится.
Загадочная отрицательная масса: камень преткновения
Звучит здорово, не правда ли? Но, увы, есть одно «но», и это «но» размером с целую Вселенную. Чтобы создать такую причудливую геометрию пространства-времени, требуется нечто, называемое отрицательной массой. А вот с ней-то и возникают серьезные проблемы. Дело в том, что, насколько нам известно, отрицательной массы в природе просто не существует. Её существование противоречило бы всему, что мы знаем о движении, энергии и импульсе.
«Постойте, — скажете вы, — а как же отрицательная энергия? Ведь о ней что-то говорили!» Да, отрицательная энергия — явление не столь фантастическое. Она возникает, например, в так называемом эффекте Казимира: если очень близко расположить две металлические пластины, то между ними образуется область с отрицательной энергией.
Увы, даже этого недостаточно. Отрицательная энергия эффекта Казимира — это, образно говоря, капля в море по сравнению с тем, что требуется для создания варп-двигателя. Кроме того, даже использование отрицательной энергии не гарантирует, что идея Алькубьерре вообще сработает. Окончательный ответ на этот вопрос может дать только квантовая гравитация — теория, которой у нас пока нет.
Квантовые бури и нестабильность: новые вызовы
Идем дальше. За прошедшие десятилетия ученые провели множество исследований, пытаясь понять, как поведут себя квантовые поля в столь экзотических условиях, создаваемых варп-двигателем. И результаты, мягко говоря, не обнадеживают.
Некоторые расчеты показывают, что на границе варп-пузыря квантовые поля могут просто «взорваться», что, согласитесь, не сулит ничего хорошего для путешественников. Другие исследования, правда, утверждают, что это произойдет только в определенных случаях, и если «включать» варп-двигатель достаточно плавно, то все обойдется.
Есть и более «приземленные» расчеты, которые оценивают необходимое количество отрицательной энергии. И здесь нас ждет настоящий шок: для создания пузыря размером с небольшой дом потребуется отрицательная энергия, превышающая всю положительную энергию, содержащуюся во всей наблюдаемой Вселенной!
Впрочем, и здесь есть лучик надежды. Некоторые ученые предполагают, что, изменив форму пузыря, можно существенно снизить потребность в отрицательной энергии. Например, можно создать узкое «горлышко», которое и будет отвечать за сжатие пространства, а сам пузырь сделать больше. В этом случае, по некоторым оценкам, потребуется «всего лишь» энергия, сравнимая с энергией звезды.
Но и это еще не все. Даже если предположить, что мы каким-то образом раздобудем отрицательную массу или энергию, то при движении возникнут новые проблемы. Отрицательная масса начнет «вытекать» из пузыря, причем со сверхсветовой скоростью! В итоге, экзотическая материя, из которой состоит варп-пузырь, просто не сможет угнаться за самим пузырем, и он разрушится.
Что в итоге?
Так возможен ли варп-двигатель? На сегодняшний день — скорее нет, чем да. Но эта идея, порожденная научной фантастикой, оказалась на удивление плодотворной для фундаментальной науки. Она позволила физикам взглянуть на привычные законы под новым углом и выявить неожиданные связи между общей теорией относительности и квантовой механикой. А это, согласитесь, уже немало. Ну, и, конечно, благодаря этой идее наши любимые фантастические сериалы стали еще интереснее, ведь теперь нам не нужно ждать миллионы лет, чтобы герои добрались до далеких звезд.
