К звёздам внутри пузыря,
или Зачем физики собираются на охоту за инопланетными технологиями
Ученые собираются искать гигантские инопланетные космические корабли с варп-двигателями. Эта технология, позволяющая лететь быстрее света, хорошо известна по фантастическим фильмам. Однако законам физики она не противоречит. Что такое варп-драйв и насколько реально его создание на Земле?
Корабль размером с Юпитер
В декабре на сайте препринтов arXiv вышла статья международной группы ученых из базирующейся в Нью-Йорке организации Applied Physics (“Прикладная физика”). Это крайне смелая научная работа. Ее авторы предлагают использовать лазерно-интерферометрическую гравитационно-волновую обсерваторию (LIGO) для обнаружения инопланетных технологий, а именно космических аппаратов с быстрым и (или) массивным ускорением (RAMAcraft).
Согласно общей теории относительности великого физика-теоретика Альберта ЭЙНШТЕЙНА, пространство и время едины. Когда обладающее массой тело движется, по пространству-времени проходит рябь - гравитационные волны. Чем массивнее объект, тем сильнее возмущение. Впервые такие колебания зарегистрировали с помощью LIGO в 2015-м: обсерватория поймала волны, возникшие при слиянии двух черных дыр массами 36 и 29 солнечных.
Искривления пространства-времени даже самыми сильными гравитационными волнами ничтожны - в несколько тысячных долей протона или нейтрона. LIGO невероятно чувствительна и требует строгой калибровки.
Ученые провели расчеты наименьшего объекта, который мог бы генерировать гравитационные волны, видимые с Земли. Оказывается, он должен быть довольно большим: весить примерно столько же, сколько Юпитер, находиться в пределах 326 тысяч световых лет от нас и двигаться с одной десятой скорости света.
Для сравнения: зонд Parker Solar Probe, самый быстрый объект, созданный руками человека, разогнался до 690 тысяч километров в час, или 0,064 процента скорости света.
В будущем, по мере развертывания более чувствительных детекторов гравитационных волн, таких как космическая антенна лазерного интерферометра (LISA), есть шанс уменьшить размеры искомого корабля до более разумных.
Выдумка бесконтрольная
Релятивистские скорости (то есть сопоставимые со световой) теоретически достижимы с помощью так называемого варп-двигателя. Warp по-английски - “искривление”. Этот способ межзвездных путешествий придумали фантасты. Скажем, в сериале “Звездный путь” (Star Trek) у “Энтерпрайза” именно такой двигатель.
При существующих технологиях добираться до ближайшей к нам звездной системы пришлось бы десятки тысяч лет. И законы физики не позволяют слишком ускориться. Согласно специальной теории относительности, ничто не может двигаться быстрее скорости света. Причем по мере приближения к ней масса стремится к бесконечности, а значит, так же увеличивается и энергия, необходимая для разгона. Поэтому скорости света достичь нельзя (единственное исключение - фотоны). Впрочем, для путешествия в другие галактики и этого было бы недостаточно.
Писателей-фантастов это, разумеется, не устраивало. Чтобы отправить героев навстречу межгалактическим приключениям, авторы сайнс-фикшен искали лазейки - по законам жанра нельзя выходить за рамки научной теории. Наряду с “кротовыми норами” варп-двигатель стал одним из решений проблемы.
Постулат о том, что ничто не движется быстрее света, действует только внутри системы координат пространства-времени. Но на само пространство это не распространяется. Известно, что Вселенная расширяется. И отдельные ее части удаляются друг от друга с релятивистскими скоростями. Кроме того, пространство способно сжиматься. И внутри черной дыры это происходит быстрее скорости света.
По концепции варп-драйва пространство сжимается перед кораблем и расширяется за ним. Это позволяет лететь сквозь Вселенную со скоростью, превышающей световую в тысячи раз.
“Пузырь Алькубьерре”
Вдохновленный сериалом “Звездный путь”, мексиканский физик Мигель АЛЬКУБЬЕРРЕ в 1994 году разработал математическую теорию, подтверждающую возможность такой технологии в рамках общей теории относительности. По его расчетам, космический корабль действительно способен двигаться со сверхсветовыми скоростями внутри пузыря - гиперрелятивистского локально-динамического пространства. Сам звездолет при этом будет статичен - он перемещается как бы внутри кабины фуникулера.
Правда, для варп-двигателя нужно колоссальное количество материи с отрицательной массой. Это гипотетическое вещество с особыми свойствами. Например, если ударить по мячу из такой материи, он полетит не вперед, а назад.
Физики усовершенствовали модель “пузыря Алькубьерре”, немного приблизив ее к реальности. В этом участвовала, в частности, аффилированная с НАСА лаборатория перспективных двигателей Eagleworks.
В 2021-м команда Applied Physics сообщила в рецензируемом журнале Classical and Quantum Gravity, что отрицательная энергия для варп-двигателя необязательна. Можно использовать чрезвычайно мощное гравитационное поле, сжав вещество массой с планету Земля до десяти метров. Правда, тогда скорость корабля будет досветовой.
Еще одна альтернативная идея варп-двигателя принадлежит доктору Эрику ЛЕНЦУ из Геттингенского университета: задействовать так называемые солитоны, или “пузыри искривления” - компактные волны, способные двигаться с любой скоростью, сохраняя форму. Помещенный внутрь такого пузыря космический корабль будет перемещаться вместе с самим солитоном, и путь до ближайшей звезды Проксима Центавра сократится с десятков тысяч до четырех лет.
Межпланетный шпионаж
Новое исследование Applied Physics - своеобразный ход конем в погоне за варп-двигателем. Ученые исходят из допущения, что более развитые цивилизации уже разработали подобный способ передвижения, а значит, за ними можно подсмотреть и, изучив параметры испускаемых кораблем гравитационных волн, определить его характеристики. Что, в свою очередь, приблизит к созданию аналога “Энтерпрайза” в реальности.
Впрочем, гиперрелятивистские скорости не единственная проблема астронавтов будущего. Например, неизвестно, как полет внутри “пузыря Алькубьерре” скажется на здоровье человека.
Пока это по-прежнему больше фантастическая, нежели научная технология. Однако она продолжает вдохновлять ученых по всему миру. Возможно, их усилия, которые сейчас кажутся сомнительными, однажды проложат человечеству настоящий путь к звездам.
ria.ru
