Движение со скоростью света и даже выше её – одна из любимых тем в научной фантастике. Но станет ли когда-нибудь это возможным в принципе? Ведь когда-то ноутбуки, смартфоны и планшеты тоже казались и вовсе какими-то продвинутыми технологиями будущего, а теперь эти чудеса техники есть у каждого из нас. Один из возможных и реально осуществимых способов движения на световых скоростях с точки зрения науки – это Пузырь Алькубьерре. Давайте попробуем разобраться, что он из себя представляет!
Вообще благодаря этому способу можно преодолеть скорость света, даже несмотря на то, что Общая теория относительности говорит нам: ничто, кроме света, не может двигаться со световой скоростью. Почему? У фотона (частицы света) нет массы покоя, в отличие от всех остальных предметов. Чтобы разогнать объект хотя бы до околосветовой скорости, нужно колоссальное количество энергии, так как с увеличением скорости масса объекта увеличивается. Чтобы это представить, вообразите себе обычную ситуацию из жизни: чем быстрее вам нужно разогнаться на велосипеде, тем больше энергии вы потратите. Та же картина будет и с автомобилем - чем быстрее нужно разогнать тяжелый автомобиль, тем больше будет тратиться топлива на поддержание необходимой для этого мощности двигателя. А что насчёт массы? Как масса увеличивается вместе со скоростью? Как это представить? Вспомним ещё пару эпизодов из жизни: если вы решили выйти летом на пробежку, и с вашим лбом случайно сталкивается оса, то это будет неприятно. Если вы поедете по трассе на мотоцикле без шлема, и произойдёт то же самое, то уже покажется, что в лоб «прилетел» камень. На скорости света масса объекта (даже маленькой осы) станет бесконечной, следовательно, придётся затратить бесконечное количество энергии, чтобы разогнать объект и поддерживать эту скорость, но как её получить?.. Или есть другие способы обмануть Теорию относительности?
В 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьеррепредложил способ, позволяющий буквально «прыгать» в пространстве-времени, обходя при этом главное табу Теории относительности. А сама эта идея пришла к нему после просмотра сериала «Звёздный путь», где герои перемещались по галактике на кораблях с помощью варп-двигателей. Он создал математическую модель, которая позволяет путешествовать на сверхсветовых скоростях, не нарушая постулаты Эйнштейна.
Мигель Алькубьерре
Предел скорости света относится к вещам, перемещающимся сквозь пространство. При этом, согласно Общей теории относительности, у относительной скорости двух отдельных частей пространства-времени предела нет. Что это значит? Мы знаем, что Вселенная постоянно расширяется, в результате чего самые далёкие галактики отдаляются друг от друга быстрее скорости света, даже если эти галактики относительно покойны в местных системах отсчёта. И это не единственный пример, где движение идёт быстрее скорости света. Так, вещество, попавшее за горизонт событий чёрной дыры, движется к её центру со скоростью, быстрее световой, унося с собой материю, сам свет и всё, что попалось ей «на обед», к самому её центру - сингулярности.
Мигель Алькубьерре решил описать пространство-время математически. Само пространство-время не пустое, как нам кажется: оно всё заполнено квантовыми частицами, это некий материал, из которого соткана вся Вселенная. Любое давление на пространственно-временную ткань, будь то массивный или быстродвижущийся объект, искривляет его точно так же, как натянутая ткань прогибается под чем-то тяжёлым (пусть даже диван под человеком, когда тот на него садится, чем больше масса человека – тем больше искривление). А теперь представим, как корабль движется в этой пространственно-временной ткани. Вообразите, что вокруг вас, куда бы вы ни посмотрели, висит множество штор. Когда вы идёте вперёд, шторы перед вами сужаются, а позади вас раздвигаются. Аналогичная картина происходит и в космосе. Корабль толкает и тянет само пространство-время, как мы расталкиваем и натягиваем шторы. Это позволяет кораблю двигаться на скоростях, ограниченных степенью искривления.
Модель варп-двигателя (Пузырь Алькубьерре в действии), позволяющая преодолевать скорость света. Пространство-время сужается перед пузырём и расширяется за ним
Кораблю, который будет двигаться позади первого, перемещаться будет намного проще, ведь пространство перед ним фактически расчищено. Это чем-то напоминает конвейерную линию, по отношению к которой второй корабль будет вообще в состоянии покоя, пока сама эта линия движется. О Теории относительности не забываем, поэтому вариант с первым, впереди идущим кораблём, не годится. Как быть?
Чтобы создать варп-поле, нужно создать кольцо энергии отрицательной плотности вокруг своего корабля. Но вот подвох в том, что создание отрицательной плотности энергии может быть вообще невозможным на больших масштабах. Пока только физики могут создать отрицательное давление на квантовых масштабах с помощью эффекта Казимира (эффект, заключающийся во взаимном притяжении проводящих незаряженных тел под действием квантовых флуктуаций в вакууме). Для обычных же, привычных нам масштабов, а не квантовых миров, для создания пузыря, скорее всего, понадобится особая экзотическая материя с отрицательной массой, как нулевой элемент, но такой материи пока никто никогда не видел.
Но даже если учёным удастся искусственно получить такую материю или обнаружить её, то помешать нам может ещё и Принцип защищённости хронологии, описанный Стивеном Хокингом. Этот принцип говорит о том, что невозможно нарушить причинно-следственные связи. На околосветовых скоростях время замедляется, на скорости света – останавливается вовсе, но если двигаться быстрее скорости света, то время пойдёт вспять, а это и есть нарушение закона причинно-следственной связи, так что никакая экзотическая материя не поможет. И, да, кстати, надо будет ещё как-то поместить корабль в этот пузырь из экзотической материи, да и разогнать его тоже весьма проблематично. Принцип защищённости хронологии является одним из ведущих в квантовой механике, а она-то как раз и запрещает путешествие в прошлое. Что может случиться? Возможно, этот пузырь, даже будучи созданным из экзотической материи, может лопнуть. Чтобы это предотвратить, надо расширить само пространство-время и сделать что-то вроде тоннеля, что выглядит ещё более невероятным и фантастическим.
Стивен Хокинг
Что ж, всё это кажется какой-то фантастикой, реальной лишь в Star Trek, есть ли хоть что-то похожее на Пузырь Алькуббьере? Аналогия на Земле всё-таки существует: некоторые подводные торпеды (например, наш «Шквал») способны преодолевать скорость звука. Для этого торпеда создаёт тонкий пузырь вокруг себя и двигается будто не в воде, а в этом пузыре, развивая высокую скорость для объекта под водой. Может быть, раз это работает в водной среде, то сработает как-то и в космической?..