Двигатель Алькубьерре
Двигатель Алькубьерре — практически единственный сверхсветовой двигатель, который можно назвать реалистичным и надеяться на его появление в реальности. Если всякие нуль-транспортировки и передатчики массы полностью состоят из вулканизированной резины, то двигатель Алькубьерре основан на общей теории относительности и не противоречит ни единому закону физики. Правда, для его создания нужна экзотическая материя с отрицательной массой… но существование такой материи тоже ничему не противоречит, хотя и абсолютно неясно, где её брать. Поэтому двигатель Алькубьерре одобрен любителями твёрдой НФ, желающими почитать не про сидение сиднем в Солнечной системе, и рекомендован к использованию всеми фантастами, желающими идти в ногу со временем.
Суть
Мексиканский ученый-физик Мигель Алькубьерре загорелся идеей изобрести реалистичный способ сверхсветового движения, насмотревшись известного сериала Star Trek. В этом сериале сверхсветовые полёты осуществляются с помощью двигателя искривления пространства, или варп-двигателя. Искривляя пространство, корабли в этом сериале могут летать быстрее света по прямой и по кривой, видеть куда летят, поворачивать и тормозить, когда захотят.
Принцип действия двигателя по выкладкам Алькубьерре — создание двух зон искривленного пространства спереди и сзади корабля. Спереди положительная масса, сзади отрицательная. Положительная масса тянет, отрицательная толкает. Причем тянет и толкает вовсе не сам корабль, а кусок пространства, в котором он находится. В результате корабль не испытывает никакого ускорения, и в нём царит блаженная невесомость, а пространство внутри «пузыря» между массами движется вперёд удивительно быстро. Ограничения же на скорость передвижения кусков пространства в теории относительности нет никакого.
При этом, как водится, Алькубьерре «сделать хотел грозу, а получил козу». Хотел поверить выкладками Star Trek, а вышли ну натуральные Star Wars. Расчеты показали, что летать таким способом можно, но при превышении скорости света корабль скрывается за горизонтами событий и становится невидимым (хотя отнюдь не неосязаемым, и может столкнуться с объектами в космосе — космос не кукурузное поле!), летит строго по прямой, не может сам затормозить посередине полёта, не может свернуть и не может видеть, куда летит — впереди виден только голубой свет.
Вдобавок обнаружилась куча технических проблем, которые на тот момент казались непреодолимыми. Первая и главная — на варп-прыжок требовалась энергия, равная (по E=mc2) более, чем массе всей Вселенной. Вторая — то, что остановить двигатель Алькубьерре вообще непонятно, как. Из-за горизонтов событий корабль причинно не связан ни с пузырем пространства, ни с внешним миром. Остановить его может только какое-то действие снаружи, из внешнего мира. Например, добрые пришельцы поймают корабль. Или он напорется на гравитационную яму какой-нибудь звезды, половинки пузыря пойдут вразнос и он лопнет сам. Что в последнем случае станет с кораблём — пока неизвестно. По причине этих проблем сам Алькубьерре отказался разрабатывать идею далее, сочтя её абсолютно непрактичной.
Идею допилили другие учёные — Натарио, Кливер, Обоуси, Уайт и ещё целый ряд физиков. Оказалось, проблемы с огромной энергией можно и избежать, всё зависит от геометрии пузыря. Текущая прикидка энергоемкости наиболее оптимизированного варп-прыжка — 100—200 кг энергии. Это всё равно много (маленькую энергию килограммами не меряют), но это уже не запредельно много (для сравнения — при взрыве пресловутой «Царь-Бомбы», она же «Кузькина мать», выделилось примерно два с половиной килограмма энергии, а сделать сотню Царь-Бомб человечеству по силам уже сейчас). Экзотическую материю как таковую пока не получили, но уже известен ряд подобных ей состояний материи со схожими свойствами (например, вакуум Казимира или особым образом обработанный бозе-эйнштейновский конденсат рубидия). Осталась нерешенной единственная проблема: как остановить пузырь. Эту проблему для себя может решить уже сам писатель-фантаст, решивший взять двигатель Алькубьерре на вооружение: авторским произволом установить, что при столкновении с гравитационной ямой звезды пузырь лопается, а корабль остается абсолютно целым.
В 2018 году студент университета Алабамы Джозеф Агнью опубликовал довольно оптимистичного толка научную работу, в которой он подводил итоги исследованиям варп-двигателя за последние десятилетия. В целом, особых препятствий к реализации такого проекта он не обнаружил, скорее наоборот — обнаружение детектором LIGO гравитационных волн от слияния черных дыр показало, что пространству-времени присущи рябь и возмущение, что должно подтвердить принципиальную возможность двигателя. Совсем недавно немецкий ученый Эрик Ленц опубликовал работу в серьезном рецензируемом журнале, в которой говорилось о возможности использования обычной энергии для создания особого класса т.н солитонов — особых волн, способных обеспечить 'деформацию' пространства-времени не прибегая к нефизической негативной энергии. Но затраты энергии на такой перелет все еще огромные (на 30-60 порядков выше массы Юпитера, полностью переработанной в энергию), хотя ученый не исключает возможности уменьшения до килограммов или даже граммов, в отдаленной перспективе (в конце концов, сам Алькубьерре поначалу получил еще более грандиозные требования по отрицательной массе, из-за чего совершенно и охладел к собственной идее; уже потом продолжатели пересчитали и поняли, что так много не нужно).
В конце 2021 года, согласно сообщениям от Гарольда Уайта, компьютерные расчёты показали, что в так называемых полостях Казимира (так называют микроскопические полости между проводящими поверхностями) могут возникать структуры, похожие на варп-пузыри. До настоящих варп-двигателей, на которых можно летать в космос, отсюда по-прежнему неблизко, но «игрушечные», вполне вероятно, уже скоро создадут в лаборатории[1].
Свойства
- Двигатель Алькубьерре может работать в двух режимах: досветовом и сверхсветовом.
- В досветовом (можно назвать его «субварп») он подобен безопорному двигателю, но им не является: он не нарушает закон сохранения импульса тем, что никакого импульса не создаёт. Он смещает, а не ускоряет, придаёт «псевдо-скорость» без инерции. Да-да, он ещё и безынерционный.
- В сверхсветовом (ну, скажем, «гиперварп») он работает очень схоже с вымышленным «гипердвигателем». Нацелив корабль носом точно к нужной нам звезде, врубаем сверхсветовой режим, и корабль… исчезает. Но не полностью: он по-прежнему существует как физический объект, может наматывать на свой пузырь межзвездный водород, может устроить живописное астрономическое явление, налетев на какую-нибудь блуждающую карликовую планету в пути. Просто мы не видим самого корабля, он как бы ушел в карманный мирок.
- Находясь внутри, экипаж увидит сзади глухую черноту, а спереди яркий голубой свет. Ни выглянуть наружу из своего карманного мирка, ни скомандовать «Стоп-машина» нельзя. Нет, выключение двигателя не поможет: он уже выключился, создав пузырь, далее процесс идет как самоподдерживающийся. Сиди и жди, пока прибудешь на место и войдешь в гравитационный колодец той звезды, в которую целился (мы же помним наше фантастическое допущение, что это не опасно).
- Прибытие звездолёта к месту назначения будет сопровождаться яркой вспышкой: это при распаде пузыря вылетит, перемолотый на фотоны, нейтрино и электроны с позитронами весь тот межзвёздный водород, который мы наматывали на пузырь всю дорогу. Мы же помним, что в космосе нет стелса? Если рядом с местом выхода из варпа был какой-то объект, вспышка может повредить или уничтожить этот объект. Возможно, если водорода намоталось слишком много, вспышка может стать разрушительной и для самого корабля; это послужит лимитирующим фактором максимальной дальности прыжка.
- Если ты промахнулся мимо цели, то ты пролетишь значительно больше, чем планировал. Вероятно, в конце пути поджаришься от выходной вспышки, если она действительно может представлять опасность для самого корабля. В целях повествования лучше, если так оно и будет: это поможет ограничить максимальную дальность прыжка.
- Никаких парадоксов близнецов и прочих фокусов с растяжением времени экипаж не испытает. Корабль-то никуда не летел, он тихо-мирно покоился, пока вокруг него летело пространство. Чисто технически, парадокс с помощью двигателя Алькубьерре создать очень даже возможно — с точки зрения какого-нибудь хитровывернутого наблюдателя, летящего с околосветовой скоростью по какому-нибудь хитровывернутому направлению и видящего прибытие корабля раньше, чем его запуск. Но такие странные феномены неизбежны при любом сверхсветовом путешествии. А с точки зрения как Земли, так и экипажа корабля, парадоксов нет.
- Поскольку, как мы уже упоминали, крайне нежелательно летать в облаках сгущенного межзвёздного газа и крайне опасно — там, где могут попасться маленькие блуждающие межзвёздные объекты, безопасная навигация с помощью двигателей Алькубьерре требует разведанных «варп-путей» — цепочек звёзд, расстояние между которыми меньше максимальной дальности прыжка и между которыми не летает никакого мусора. Это позволяет рисовать удобные карты звёздных империй, на которых между Гамбарциумом, Пийю и Большой Садовой постоянно летают торговые фрахтовики, а соваться на Плювальницу опасно, и на это осмелится только герой.
- Ну и наличие у двигателя Алькубьерре субварп-режима позволяет замечательно обходить закон Джона: да, мой фрахтовик долетит до Марса за сутки. Нет, им нельзя протаранить Марс-Сити и убить всех жителей. У него нет инерции и импульса, у него есть только псевдо-скорость, а реальная его скорость не больше, чем у допотопного «Союза». А режим сверхсвета на орбите Марса никак не включить, гравитационная яма Солнца мешает, половинки пузыря вразнос идут, шайтанама. Главное, свести к минимуму возможные разрушительные явления при эксплуатации самого двигателя Алькубьерре.
Прогнозы
Если руководствоваться принципом Лорда Кельвина, утверждавшего в 1895 году, что летательные аппараты тяжелее воздуха невозможны, и игнорировать подавляющее большинство физиков, утверждающих, что такой двигатель невозможен в принципе, картина вырисовывается следующая:
Самые оптимистичные прогнозы говорят, что варп-двигатель будует реализован лет через триста. Более именитые ученые куда менее оптимистичны; Кип Торн прямо называет все измышления на эту тему чушью и говорит о том, что пройдут столетия прежде чем появится возможность реально что-то сделать в этом направлении. Мичио Каку предполагает, что понадобятся тысячи или даже миллионы лет для создания двигателя. Сам же создатель концепции недавно заявил, что варп-двигатель практически невозможен и что (цитата) «более вероятно, что человечество научится использовать микроскопические кротовые норы для мгновенной передачи информации чем то, что получится построить такой двигатель.»
В целом же, двигатель Алькубьерре — мечта фантаста. Сверхсветовой, безынерционный и безопорный. Не создаёт никаких парадоксов, позволяет рисовать карты межзвёздных империй, слать закон Джона в сторону Большой Медведицы и при всём при этом ни единого закона физики не нарушает. Пользуйтесь на здоровье!
С другой стороны: «Правильная комбинация нескольких физических законов позволяет нейтрализовать (фактически отменить) любой отдельно взятый физический закон» (с) «Деревянный Хлеб». Значит и энштейновский предел скорости — не догма.
В конце-концов симметрия обращения времени как-то самопроизвольно нарушилась. Возможно, где-то она осталась и, правильно прищурив правый глаз, ее можно обнаружить за каким-нибудь углом мироздания и на этой основе деабсолютизировать законы причинно-следственной связи, с помощью которых обычно и обосновывают энштейновский предел скорости.
Так что дерзайте, Люди: звезды не так уж и далеки. Они ждут вас!
Примечания
- ↑ От настоящих, кроме размеров, они отличаются тем же, чем квазичастицы от настоящих частиц: вторые свободно перемещаются в пространстве, первые «живут» только в конкретной среде (в материале в случае квазичастиц или в полости Казимира в случае варп-пузырей).
 |
[ + ] Наука и технологии
|
|---|---|
| |
[ + ] Тропы космооперы
|
|---|---|