Трудно жить в релятивистской Вселенной, где даже ближайшие звезды находятся так далеко, а скорость света абсолютна. Неудивительно, что в научной фантастике франшизы обычно используют FTL (Faster-than-Light) в качестве сюжетного устройства. Нажмите кнопку, нажмите педаль, и эта необычная система привода, чьи действия никто не может объяснить, отправит нас в другое место в пространстве-времени.
Однако в последние годы научное сообщество стало понятно и скептически относиться к заявлениям о том, что конкретная концепция - Alcubierre Warp Drive - может быть реально осуществимой. Это было темой презентации, сделанной на Американском институте аэронавтики и астронавтики в этом году, который проходил с 19 по 22 августа в Индианаполисе.
Эта презентация была проведена Джозефом Агнью - инженером-бакалавром и научным сотрудником из Университета Алабамы в Исследовательском центре движителей Хантсвилля (КНР) В рамках сессии под названием «Будущее ядерного и прорывного движения» Агнью поделился результатами проведенного им исследования под названием «Исследование теории и технологии деформации для определения состояния искусства и осуществимости».
Как объяснил Агню упакованному дому, теория движущей силы варпа относительно проста. Первоначально предложенный мексиканским физиком Мигелем Алькубьерре в 1994 году, эта концепция системы FTL рассматривается человеком как весьма теоретическое (но, возможно, верное) решение уравнений поля Эйнштейна, которые описывают взаимодействие пространства, времени и энергии в нашей Вселенной.
С точки зрения непрофессионала, Alcubierre Drive достигает путешествия FTL, растягивая ткань пространства-времени в волне, заставляя пространство перед ним сокращаться, в то время как пространство позади него расширяется. Теоретически, космический корабль в этой волне сможет управлять этим «пузырем искривления» и достигать скоростей, превышающих скорость света. Это то, что известно как «Метрика Алькубьерре».
Интерпретируемая в контексте общей теории относительности, внутренняя часть этого варп-пузыря будет представлять собой инерциальную систему отсчета для всего, что находится внутри него. Точно так же такие пузырьки могут появляться в ранее плоской области пространства-времени и превышать скорость света. Поскольку корабль движется не в пространстве-времени (но движется в пространстве-времени), традиционные релятивистские эффекты (такие как замедление времени) не будут применяться.
Короче говоря, метрика Алькубьерре позволяет путешествовать по ФТЛ без нарушения законов относительности в общепринятом смысле. Как Agnew рассказал Space Magazine по электронной почте, он был вдохновлен этой концепцией еще в старшей школе и с тех пор преследует ее:
«Я больше углублялся в математику и естествознание и в результате начал интересоваться научной фантастикой и продвинутыми теориями в более техническом масштабе. Я начал смотреть Star Trek, сериал Original и The Next Generation и заметил, как они предсказывали или вдохновляли изобретение сотовых телефонов, планшетов и других удобств. Я подумал о некоторых других технологиях, таких как фотонные торпеды, фазеры и варп-драйв, и попытался выяснить, что об этом говорят «наука о звёздном пути» и «научный эквивалент реального мира». Затем я наткнулся на оригинальную статью Мигеля Алькубьерре, и, переварив ее некоторое время, я начал искать другие ключевые слова и статьи и углубился в теорию ».
В то время как концепция была вообще отклонена как полностью теоретическая и очень умозрительная, в последние годы она вдохнула новую жизнь. В этом заслуга доктора Гарольда «Сонни» Уайта, руководителя Продвинутой двигательной установки в Лаборатории передовой двигательной физики космического центра НАСА им. Джонсона (далее - «Лаборатория орла»).
Во время 100-летнего Симпозиума Звездного Дворца в 2011 году доктор Уайт поделился некоторыми обновленными расчетами Метрики Алькубьерра, которые были предметом презентации под названием «Механика деформации поля 101» (и одноименное исследование). По словам доктора Уайта, теория Алькубьерре была обоснованной, но требовала серьезного тестирования и разработки. С тех пор он и его коллеги занимались именно этими делами в лаборатории Eagleworks.
Аналогичным образом, Агнью провел большую часть своей академической карьеры, исследуя теорию и механику механики деформации. Под руководством д-ра Джейсона Кассибри - доцента механического и аэрокосмического машиностроения и преподавателя Исследовательского центра тяги в гривне - работа Агнью завершилась исследованием, в котором рассматриваются основные препятствия и возможности, предоставляемые исследованиями механики деформации.
Как рассказал Агнью, одним из величайших является тот факт, что концепция «искривления» в научных кругах до сих пор не воспринимается очень серьезно:
“По моему опыту, упоминание о варп-драйве приводит к смеху в разговоре, потому что он настолько теоретический и прямо из научной фантастики. На самом деле, это часто встречается с пренебрежительными замечаниями и используется в качестве примера чего-то совершенно фантастического, что понятно. Я знаю, что в моем случае я изначально мысленно сгруппировал его в ту же категорию, что и типичные сверхсветовые концепции, поскольку очевидно, что все они нарушают предположение «скорость света - предельная скорость». Только когда я более тщательно изучил теорию, я понял, что у нее нет этих проблем. Я думаю, что будет / будет гораздо больше интереса, когда люди углубятся в достигнутый прогресс. Исторически теоретическая природа идеи также сама по себе является вероятным сдерживающим фактором, поскольку гораздо сложнее увидеть существенный прогресс, когда вы смотрите на уравнения вместо количественных результатов.“
Хотя эта область все еще находится в зачаточном состоянии, был ряд недавних разработок, которые помогли. Например, открытие в 2016 году учеными LIGO естественных гравитационных волн (GWS), которые подтвердили предсказание, сделанное Эйнштейном столетие назад, и доказали, что основа для движения варпа существует в природе. Как указал Агнью, это, пожалуй, самое значительное событие, но не единственное:
“В последние 5-10 лет или около того, был достигнут значительный прогресс в прогнозировании ожидаемых эффектов влечения, определении того, как его можно реализовать, укреплении фундаментальных допущений и концепций, а также моем личном фаворите. , способы проверить теорию в лаборатории.
«Открытие LIGO, сделанное несколько лет назад, было, на мой взгляд, огромным шагом вперед в науке, поскольку оно экспериментально доказало, что пространство-время может« искажаться »и изгибаться в присутствии огромных гравитационных полей, и это распространяется по всему миру. Вселенная таким образом, что мы можем измерить. Раньше было понимание, что это, вероятно, так, благодаря Эйнштейну, но теперь мы знаем наверняка ».
По словам Агнью, поскольку система опирается на расширение и сжатие пространства-времени, это открытие продемонстрировало, что некоторые из этих эффектов происходят естественным образом. «Теперь, когда мы знаем, что эффект реален, следующий вопрос, на мой взгляд, заключается в следующем:« Как мы его изучаем, и можем ли мы создать его сами в лаборатории? », - добавил он. «Очевидно, что нечто подобное будет огромным вложением времени и ресурсов, но будет чрезвычайно выгодным».
Конечно, концепция Warp Drive требует дополнительной поддержки и многочисленных достижений, прежде чем экспериментальные исследования будут возможны. К ним относятся достижения с точки зрения теоретической основы, а также технологических достижений. По словам Агнью, если эти проблемы рассматриваются как проблемы «размера укуса», а не как одной сложной задачи, то прогресс, безусловно, будет достигнут:
«По сути, для варп-привода необходим способ расширения и сокращения пространства-времени по желанию и локально, например, вокруг небольшого объекта или корабля. Мы точно знаем, что очень высокие плотности энергии, например, в виде электромагнитных полей или массы, могут вызвать искривление в пространстве-времени. Однако для этого требуется наш огромный анализ этой проблемы ».
«С другой стороны, технические области должны стараться максимально усовершенствовать оборудование и процесс, делая эти высокие плотности энергии более правдоподобными. Я полагаю, что есть шанс, что как только эффект можно будет дублировать в лабораторных масштабах, это приведет к гораздо более глубокому пониманию того, как работает гравитация, и может открыть двери для некоторых пока еще не обнаруженных теорий или лазеек. Подводя итог, я думаю, что самым большим препятствием является энергия, и вместе с этим возникают технологические препятствия, требующие больших электромагнитных полей, более чувствительного оборудования и т. Д.“
Огромное количество положительной и отрицательной энергии, необходимое для создания искривленного пузыря, остается самой большой проблемой, связанной с концепцией Алькубьерра. В настоящее время ученые считают, что единственный способ поддерживать отрицательную плотность энергии, необходимую для образования пузыря, - это экзотическое вещество. Ученые также считают, что общая потребность в энергии будет эквивалентна массе Юпитера.
Тем не менее, это представляет собой значительное снижение по сравнению с более ранними оценками энергии, которые утверждали, что потребовалась бы масса энергии, эквивалентная всей Вселенной. Тем не менее, масса Юпитера экзотической материи по-прежнему непомерно велика. В этом отношении еще предстоит сделать значительный прогресс, чтобы снизить энергопотребление до чего-то более реалистичного.
Единственный предсказуемый способ сделать это - дальнейшие достижения в квантовой физике, квантовой механике и метаматериалах, говорит Агнью. Что касается технической стороны, то необходимо будет добиться дальнейшего прогресса в создании сверхпроводников, интерферометров и магнитных генераторов. И, конечно же, существует проблема финансирования, которая всегда является проблемой, когда речь идет о концепциях, которые считаются «там».
Но, как заявляет Агнью, это не непреодолимая проблема. Учитывая достигнутый к настоящему времени прогресс,
“До сих пор теория подтвердила, что ее стоит продолжить, и сейчас легче, чем раньше, представить доказательства ее законности. С точки зрения обоснования распределения ресурсов, нетрудно понять, что способность исследовать за пределами нашей Солнечной системы, даже за пределами нашей галактики, станет огромным скачком для человечества. И рост технологий в результате расширения исследований, безусловно, был бы полезен ».
Как и авионика, ядерные исследования, исследование космоса, электромобили и многоразовые ракетные ускорители, Alcubierre Warp Drive, похоже, суждено стать одной из тех концепций, которым придется пробиваться в гору. Но если эти другие исторические случаи являются какой-либо индикацией, в конечном итоге это может пройти точку невозврата и внезапно показаться совершенно возможным!
И учитывая нашу растущую озабоченность экзопланетами (еще одно растущее поле астрономии), нет недостатка в людях, надеющихся послать миссии соседним звездам в поисках потенциально обитаемых планет. И, как вышеупомянутые примеры, безусловно, демонстрируют, иногда, все, что нужно для того, чтобы мяч перекатился, - это хороший толчок ...
Верхнее изображение - «IXS Starship », Кредит и ©: Марк Радемейкер (2016)
