Россия
Москва
+19°
Boom metrics
Наука20 июня 2024 3:45

Ученые доказали, что сверхсветовой корабль из «Звездного пути» возможно создать. Но есть нюансы

Построить варп-двигатель люди пока не могут. Но математическую модель сделали, и ни один закон физики не пострадал
Фантасты придумали новую физику для межзвездных полетов и она оказалась годной.

Фантасты придумали новую физику для межзвездных полетов и она оказалась годной.

Фото: Shutterstock.

Помните «Звездный путь», фантастическую вселенную американца Джина Родденберри. Куча сериалов, и фильмов, и книжка есть. И там космические корабли летают куда хотят запросто. Двигатели заводят, перед ними раскрывается какой-то портал, вжух, и нету корабля, переместился.

Американские инженеры только что доказали: такое возможно. Построить варп-двигатель (именно так называется этот «вжух») пока не можем. Но математическую модель сделали, и ни один закон физики не пострадал. До туманности Андромеды теперь лету пара сотен тысяч лет. Сущая ерунда, космонавтов даже можно в полете не кормить. Ладно, это была шутка, но только подумайте: почти до всех звезд, которые вы видите на ночном небе, можно будет добраться за несколько лет или десятков лет. Рассказываем, как фантасты придумали новую физику – и она оказалась годной.

ТЕХНОЛОГИЯ XXIII ВЕКА

Вообще-то «Звездный путь» слизал идею чудо-двигателя у фантаста Джона Кэмпбелла. Он закончил Массачусетский технологический, то есть в науке разбирался более чем, но в 18 лет принялся писать рассказы (и его первую вещь позорно потерял редактор), так что в итоге литература победила рациональное знание. Уже в 1937-м он – признанный мэтр фантастики, главный редактор культового журнала, и до конца жизни (1971-й) – их, американский, брат Стругацкий, авторитет номер один во всем придуманном. Айзек Азимов говорил про него, что это была глыба, которой ни до, ни после природа не произведет.

Учась в Массачусетсе, Джон, само собой, глубоко штудировал уравнения Эйнштейна, и не мог не заметить, что пространство-то у нас кривое. А раз так, зачем с упорством улитки ползти по Вселенной, воображая, будто она плоская. Можно пространство искривить горбом, этот горб оседлать, как серферы волну, и пусть несет. Эту концепцию он изложил в романе «Острова космоса» (1931), и уже оттуда она попала в «Звездный путь» и вышла на экраны благодаря оборотистому продюсеру Джину Родденберри. Варп (warp) – это, собственно, «деформация» - пространства.

Во вселенной «Звездного пути» варп-двигатель придумал неизвестно кто, но уже в 2063-м (ждать осталось недолго!) на нем рассекал Зефрам Кокрейн. Похоже, пионеры варп-индустрии сами плохо понимали, как эта штука работает (тогда откуда они ее стырили? – тайна), и даже в 2150-х годах его называли «коллектор смещения гравиметрического поля», что бы это ни значило. Термин «варп», вместе с пониманием, что там да как, прижился лишь к концу XXIII века.

Один из героев вселенной "Звездного пути" Зефрам Кокрейн.

Один из героев вселенной "Звездного пути" Зефрам Кокрейн.

Возможно, до варпа независимо додумался Иван Ефремов. В его романе «Час Быка» (1968) земляне косплеят осколки корабля из туманности Андромеды, и придумывают звездолет прямого луча, что позволяет им встретиться с другими цивилизациями, где, само собой, победил коммунизм. И встает вопрос, а не слямзил ли Зефрам Кокрейн чертежи у Ефремова. И со вздохом «опять русские» источник вдохновения скрыл.

ЭЙНШТЕЙН, ПОЛЕЗАЙ В НОРУ

Ну а сам Эйнштейн, раз это он придумал, что пространство кривое – он-то понимал, как теперь можно по Вселенной рассекать?

Понимал еще как. И не только он. В начале ХХ века физики, не только Эйнштейн, яростно решали всякие уравнения (и теория относительности стоит на плечах гигантов, а не в чистом поле выросла), и получали такие результаты, что мы только сейчас начинаем осознавать.

Итак, 25 ноября 1915 года Эйнштейн предлагает Общую теорию относительности, там уравнения, и их еще предстоит решить. В следующем году Карл Шварцшильд находит первый вариант решения (заметьте, без ИИ и даже без калькулятора), и из него понятно, что бывает такое состояние, как сингулярность. Все сжимается в точку, время останавливается, конец физики. Из уравнений следовала идея черной дыры, а чуть позже Людвиг Фламм понял, что бывают и белые дыры: если из черной нельзя уйти, то в белую невозможно попасть.

Отсюда был шаг до понимания, что, возможно, белая и черная дыра – всего лишь вход и выход некоего коридора, и по такому коридору можно молниеносно пройти хоть через миллиард световых лет, хоть в соседнюю комнату. Ныряешь в черную, выныриваешь через белую. Этот коридор – червоточина, и тут любители фантастики оживляются и кричат, «знаем-знаем».

В 1935 году Эйнштейн и Натан Розен расписали, как работает такая кротовая нора, и мы это называем сегодня «мост Эйнштейна-Розена». Забавно, что слово «червоточина» придумали только в 1957-м. Из решений Эйнштейна и Розена выясняется, что не обязательно белые и черные дыры – входы и выходы, где угодно могут быть.

Кэмпбелл, однако, рассуждал совсем иначе. Червоточина – ее еще поискать. И не факт, что, куда тебе надо, есть из нее выход. Это все равно, что звонить со старого уличного телефона, который срабатывал от 2-х копеек. Ты привязан к тому месту, где стоят будки (порталы). Не проще ли сжать пространство перед собой (и тогда оно расширится за тобой), и ты в этом пузыре как бы полетишь, хотя на самом деле ты стоишь на месте. Это напоминает, как если бы вы поленились достать ложку с другого конца стола, и просто потянули на себя скатерть.

ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

Физики смотрели «Звездный путь». «Можем ли повторить»? – спрашивали они друг друга. В 1994-м Мигель Алькубьерре попробовал. Оригинал его статьи до сих пор доступен в Сети, и там все очень интересно.

Корабль Алькубьерре летает быстрее света, не вызывая подозрений галактического ГАИ. Дело в том, что это в нашем пространстве он – быстрее света. А в своем он вообще не летит. Такие решения уравнений теории относительности называют «метрикой Алькубьерре», и они безупречны.

Быстрее – насколько? У Алькубьерре – насколько угодно. В «Звездном пути» показания космонавтов расходятся. Одни корабли у них летают в 9 тысяч раз быстрее света, другие в 24 тысячи раз. В топку детали, собирай чемоданы.

Корабль Алькубьерре летает быстрее света. Пока - только в воображении.

Корабль Алькубьерре летает быстрее света. Пока - только в воображении.

Но есть нюанс. Чтобы это работало, само пространство должно иметь отрицательную энергию. Как так? Смотрите, энергия пустоты, согласно квантовой механике, всегда больше нуля и – громадна. Когда-нибудь мы научимся ее извлекать (пока только в лабораториях двигают крошечные кусочки фольги). Уравнения Эйнштейна не согласованы с квантовой механикой (да, это проблема), именно поэтому решение – безупречно. В реальности – ну, найди отрицательную энергию.

А решение есть. Еще и в двух вариантах. Можно взять темную материю. Как ее «взять», если ее никто не видел – вопрос риторический. А можно использовать положительную энергию самого вакуума (энергия Казимира, будем с вами жонглировать терминами, делая вид, будто что-то понимаем), ее вывернуть, и вуаля.

Все это красиво, но выглядит мутновато. К звездам пока не летим.

ВОЛНА, ВЕЗДЕ ВОЛНА

В начале 2010-х проблемой занялись в НАСА, и наняли в качестве подрядчика Лабораторию передовых двигателей.

В лучших традициях НАСА издало обширный манускрипт, согласованный со всем департаментами, из которого не было понятно примерно ничего.

В 2021-м физик Эрик Ленц сообразил, что пузырь «Звездного пути» – по сути солитон, и это упрощает дело. «Ну ты и упростил», скажет читатель, хотя вы эти солитоны наверняка видели. Стоите вы у реки, а по ней идет одна волна. Может, резко воду на плотине спустили, а может, ветер так. Это и есть солитон, описанный еще в 1834 году, и там очень развитая математика, потому что изучать коварные волны – это важно, если строишь мост или набережную. Заслуга Ленца заключалась в том, что он все эти «пузыри» из «Звездного пути» увидел как солитоны, только не воды, а – самого пространства-времени.

Новый подход позволил избавиться от необходимости заполучить выискивать энергию. Мы и с положительной ого-го что наковердякать можем. Вот только как ни считал Ленц, у него все равно получалось, что энергии тратится больше, чем подводится. Вечный двигатель какой-то. Видать, ошибка в расчетах.

И вот наконец в той самой Лаборатории передовых двигателей говорят: спокойно, у нас все получилось.

НЕМНОГО ПИАРА ОТ БОЛЬШИХ ФИЗИКОВ

Лаборатория опубликовала аж две статьи (эту и эту) в одном номере журнала Classical and Quantum gravity (забавно, что квантовой гравитации не существует, а журнал с таким названием есть).

В статьях, а также у себя на сайте Лаборатория упирает на то, что они создали некий численный метод, который назвали Warp Factory. Тут, конечно, сплошной пиар. Численный метод – это просто метод, который обычно и применяют инженеры. Они могут «прикинуть на коленке», а могут посчитать, и делают так каждый день. Недаром и название метода они стырили у популярной компьютерной игры, чтобы молодежь очаровать.

И у них получилось, что варп-двигатель возможен, что скорости света достигнуть все-таки нельзя (но можно к ней приблизиться), а также не получится ускоряться. Вы будете двигаться равномерно. Еще из неприятного: время на корабле будет течь как-то не так, но непонятно, как. Пошел прогуляться, и столкнулся с копией себя. Хотя делов-то, ну, поболтаете.

- Продемонстрировав первую в своем роде модель, мы показали, что варп-двигатели нельзя отнести только к научной фантастике, - говорит Джаред Фукс из Университета Алабамы, он у них там главный.

ЖДЕМ, КОГДА ИИ ВСЕХ ПОРАБОТИТ

Если честно, несмотря на шум, мы ни на йоту не стали ближе к реальному варп-двигателю. Заслуга Лаборатории в том, что они придумали код с открытым доступом (тот самый Warp Factory), и теперь любой ученый может удобно решать уравнения Эйнштейна – возможно, добившись большего.

В целом результаты команды повторяют, например, статью Алексея Бобрика и Джанни Мартире 2021 года, которая в свое время тоже нашумела, да и работу упомянутого Ленца, только там выше скорости света – можно, и тоже никакие законы физики не нарушены.

Если у вас давно зреет вопрос, как так вы такие смелые, ведь Эйнштейн запрещает двигаться быстрее света? Ответ прост: он запрещает двигаться чему-то в пространстве. Но само пространство – может. А варп-двигатель делает именно это.

Здесь другое, и на это обратила внимание немецкий физик Сабина Хассенфельдер, которая тоже в игре. Чтобы сдвинуть пространство, вам нужен стартовый двигатель (нечто вроде газового баллона, который нагревает на земле воздушный шар, а потом сам не летит), расположенный как бы вне пространства. Поскольку сие невозможно, этому двигателю, вероятно, требуется еще один – в другом измерении, что ли? Словом, если ты мнешь пространство, тебе не от чего оттолкнуться, потому что ты сам в пространстве. Это как с известной задачей, на которой горят школьники на олимпиадах: можно ли дуть в парус и так плыть?

И очевидно, что математика – да, работает. Теории – да, верны. Всякие чудеса около черных и белых дыр – да, возможны. Но нам, землянам, с нашими мизерными силами не с чем даже подступиться к построению реального варп двигателя. Все, что мы можем – выбить грант, создать группу в Телеграме, и дискутировать там до посинения. Все, что у нас есть в распоряжении – жидкостные ракеты, выводящие на низкие орбиты жалкие тонны груза, или коллайдеры, производящие одну миллиардную от того, что может природа.

А может, я излишний пессимист. Как вам такой сценарий. 2025-й: в лаборатории обнаруживают мини-черные дыры. 2027-й: манипулируя ими, создают контролируемую волну пространства-времени. 2030-й: волну удается оседлать, и переправить кролика Васю из Москвы в Новосибирск. 2033-й: появляется полноценный варп-двигатель. 2040-й: все на Земле захватывает ИИ, люди тянут коктейли и стремительно деградируют. 2063-й: Зефрам Кокерейн находит брошенный варп-звездолет, и соображает, как на нем удрать от ИИ.

Невероятно? Да вполне вероятно.