Путешествия между звездами по-прежнему вызывают огромный интерес у людей. Двигатели искривления пространства, известные также как варп-двигатели, широко используются в произведениях массовой культуры, как в книгах, так и в фильмах. Однако возможно ли человечеству разработать технологию, способную воздействовать на пространство-время и позволить перемещаться со скоростью, превышающей скорость света?
В научной фантастике часто встречаются корабли, оснащенные варп-двигателями, которые позволяют героям рассказов, романов, фильмов или телесериалов исследовать новые планеты и галактики. Такие устройства потенциально способны развивать скорость, превышающую скорость света, несмотря на положения Общей теории относительности учит нас, что никто не может двигаться быстрее света. Не так ли? В конце концов, у света нет массы, значит, он может перемещаться со скоростью 299 792 458 метров в секунду.
В этом нет ничего неверного. Ничто не способно превзойти вселенскую скорость. Тем не менее, у нас по-прежнему может быть шанс создать варп-двигатель, не нарушая при этом какие-либо физические законы.
В 1994 году мексиканский физик-теоретик Мигель Алькубьерре написал статью, в которой представил математические выкладки и научную базу для создания настоящего варп-двигателя, который бы не противоречил Общей теории относительности. Он заинтересовался этим способом межзвездных путешествий после того, как увидел его в действии — при преодолении гигантских расстояний в научно-фантастических произведениях.
Варп-двигатель искажает пространство-время, сжимая и расширяя его вокруг корабля и создаваемого им пузыря. Сам аппарат при этом не получает ускорения и не перемещается. Движется ткань вокруг него и таким образом толкает его вперед. В качестве примера: представьте, что вы стоите на конвейерной ленте — передвигаетесь, но сами при этом не идете. Ткань ленты движет вас вперед. Сжатие пространства-времени перед космическим аппаратом будет тянуть его, а расширение позади него будет продолжать это движение вперед. Эйнштейн показал, что пространство-время может искривляться массой или энергией, следовательно, им можно манипулировать и другими способами. Причина, по которой этот корабль мог бы двигаться быстрее света, — в том, что Общая теория относительности гласит, что ничто в пространстве не может преодолеть предел скорости, однако нет никакого предела скорости для расширения или сжатия самого пространства. Мы ничего не движем в пространстве — мы движем само пространство.
Работа Алькубьерре вселяла надежду и производила впечатление, однако имела существенные недостатки. В первоначальном исследовании предполагалось, что для обеспечения работы корабля потребуется избыточное количество отрицательной энергии, превышающее общее количество энергии во Вселенной, необходимое для ее расширения. Сложность заключается в том, что отрицательная энергия является трудноуловимой, и даже среди физиков существуют сомнения относительно ее существования, не говоря уже о возможности создания требуемых объемов.
Наши наблюдения, которые могли бы свидетельствовать о наличии отрицательной энергии, представляются недостаточными. По всей видимости, пространство, которое мы воспринимаем как пустое, на самом деле не является таковым — оно обладает энергией, известной как нулевая. Квантовая механика предполагает, что пустое пространство наполнено появляющимися и исчезающими частицами энергии. Если нам удастся остановить их появление, мы получим отрицательную энергию.
Ученые пытались создать ее в лаборатории, сдавливая две металлические пластины (которые были настолько плоскими, что были идеально гладкими почти на атомном уровне) на расстояние, гораздо меньшее толщины человеческого волоса. Остававшееся пространство было настолько маленьким, что в нем не могли существовать частицы, из-за чего сила вокруг пластин увеличивалась и проявляла свойства отрицательной энергии. Конечно, этих наблюдений недостаточно — это всего лишь небольшой опыт, результаты которого далеки от того, чтобы делать окончательные выводы.
Если в будущем нам удастся определить способ получения большего количества отрицательной энергии, возможно, потребуется ее меньше, чем изначально предполагал Алькубьерре. Недавние уточнения его работы, проведенные специалистами NASA, существенно сократили объем энергии, необходимой для работы варп-двигателя, благодаря колебаниям его компонентов на высоких частотах. Это должно облегчить перемещение через пространство-время и снизить требуемые энергетические ресурсы. Современные оценки объема отрицательной энергии, необходимой для функционирования варп-двигателя, варьируются от 65 эксаджоулей до энергии, эквивалентной нескольким отрицательным и позитивным солнечным массам. 65 эксаджоулей приблизительно равны годовому энергопотреблению США. Это все еще значительный объем, однако вполне достижимый. В случае использования темной энергии, потребуется не более массы Юпитера. Главная трудность заключается в том, что мы недостаточно хорошо понимаем природу темной энергии и принципы ее действия. В конечном итоге она может оказаться экзотическим материалом, необходимым для работы варп-двигателя.
Для сравнения: межзвездные перелеты с использованием классических ракетных технологий не только понадобятся сотни тысяч лет, но и топливный резервуар больше Вселенной. И это не говоря о том, что еще необходимо найти материал, который сможет выдержать столь длительное путешествие.
В некоторых моделях — например, в концепции Космический аппарат, названный в честь Гарольда Уайта, оснащен варп-двигателем и способен развивать скорость в 10 раз превышающую скорость света. При такой скорости мы могли бы достичь ближайшей экзопланеты — альфа Центавра B b была обнаружена всего за шесть месяцев, хотя она расположена на расстоянии более чем в четырех световых годах от Земли. Современные аппараты, обладающие самой высокой скоростью, развивают около 32 тысяч километров в час: путешествие к альфе Центавра B b на такой скорости потребует 142 тысячи лет. 32 тысячи километров в час составляют приблизительно 0,003% скорости света.
Движение с подобной скоростью открыло бы перед человечеством возможность пересечь космологический горизонт и изучить не только нашу Вселенную, но и Мультивселенную. Считается, что скорость варп-двигателя имеет теоретический предел, однако даже эти ограничения позволили бы нам достигать новых галактик за невероятно короткий промежуток времени. Кроме того, корабль обладал бы возможностью быстрого ускорения и замедления, исключая для пассажиров эффект замедления времени. Таким образом, удалось бы избежать ситуации, когда прибытие в пункт назначения сопровождается значительным сдвигом во времени, в результате чего знакомый мир и близкие люди оказываются в далеком прошлом.
Помимо источников энергии, проблемой являются также частицы, которые разгоняются в процессе путешествия и могут случайно высвободиться при торможении, представляя угрозу для целых миров. К тому же, существует вероятность того, что остановить движение станет невозможным, а экипаж может столкнуться с множеством опасностей. Тем не менее, математические расчеты и результаты экспериментов указывают на то, что варп-двигатели имеют определенные перспективы.
Если нам действительно удастся разработать эту технологию, потребуется значительное время, прежде чем мы сможем эффективно использовать ее. Возможности, открываемые варп-двигателями, аналогичны червоточинам, поистине огромны, однако их практическая реализация представляется сложной задачей.