Обманути Всесвіт. Як учені намагаються подолати швидкість світла за допомогою технології з наукової фантастики

Першим про двигуни викривлення всерйоз заговорив фізик-теоретик Мігель Алькуб'єрре. 1994 року він запропонував перше математичне рішення для створення двигуна викривлення. У своїй роботі вчений описав проект двигуна для корабля, що дозволяє йому переміщуватися зі швидкістю, більшою за швидкість світла, при цьому жодним чином не порушуючи законів фізики.

Алькуб'єрре явно випередив свій час, адже його робота використовувала теоретичні концепції на кшталт негативної енергії, які й тоді, і зараз видаються не зовсім реалістичними. Подібний вид енергії має генеруватися речовиною з негативною масою: нічого подібного у Всесвіті не спостерігається досі, тому такий підхід до створення двигуна викривлення видається нереальним. Принаймні зараз. Крім того, навіть вона не дозволяла б наблизитись до швидкості світла, необхідної для коректної роботи двигуна викривлення: нібито саме на таких швидкостях ми можемо «зім'яти» простір-час.

Є одразу кілька команд учених, які відмовилися від ідеї використання негативної енергії для створення двигуна викривлення. А дехто навіть планує створити прототип технології на основі своїх досліджень.

Варп-міхур

Команда вчених Applied Physics впевнена, що ми можемо побудувати двигун викривлення, використовуючи лише ті фізичні закони та правила, які відомі нам на сьогодні. Негативна енергія та її наявність у Всесвіті напевно сприяла б створенню подібної технології, проте вчені впевнені — вона може бути реальною навіть без таких складних (і, можливо, неіснуючих) концепцій.

Астрофізик Джанні Мартір, один із учених, які брали участь у дослідженні, впевнений, що навіть незважаючи на те, що людство ще не вигадало, як перевищити швидкість світла, «нам це не потрібно, щоб стати міжзоряним видом».

Мартір разом зі своїм колегою з Лундського університету Олексієм Бобриком описують двигун викривлення як міхур. Все, що знаходиться всередині міхура, — це щось на кшталт пасажирського місця, оточеного «варп-захистом». Зовнішня частина має гравітаційне поле самого двигуна викривлення «розчиняється» з відстанню, повертаючи звичайний плаский стан простору-часу. Це важливо для того, щоб не порушувати рішення теорії відносності Ейнштейна.

Цей міхур двигуна викривлення робить той факт, що на «пасажирському місці» плин часу відрізняється від часу «зовні». Фактично вчені припускають, що в цьому міхурі може знаходитися космічний корабель, після чого двигун викривлення розганяє міхур і дозволяє йому подолати швидкість світла — навіть якщо сам по собі корабель буквально висітиме в повітрі щодо міхура, він розжене до надсвітлової швидкості щодо навколишнього простору.

Завдання полягає в тому, щоб змусити цей міхур рухатися швидше за швидкість світла. Вчені впевнені — для коректної роботи двигуна викривлення нам достатньо правильно використовувати простір-час та обрати (або створити) правильний матеріал для «варп-захисту».

"З одного боку, ми досі не знаємо, як набрати надзвукову швидкість [для варп-міхура]. Але, мені здається, ця стаття — великий крок уперед, адже тепер у нас є чудова математична основа для вивчення двигунів викривлення", — прокоментувала статтю Applied Physics німецька фізик-теоретик Сабін Госсенфельдер.

Вона пояснює, що тепер ідея створення двигуна викривлення дійсно виглядає реальною. Єдиний сценарій, за якого ми можемо на 100% заперечувати можливість створення подібної технології, — це якби наш світ справді існував тільки за законами загальної теорії відносності Ейнштейна. А ми знаємо, що це не так.

Першопрохідник

Одним із перших учених, який сприйняв ідею Алькуб'єрре, всерйоз став колишній співробітник NASA Гарольд Вайт. Більшість його досліджень були суто теоретичними, проте одного разу йому пощастило опинитися у потрібний час у потрібному місці.

Так, Управління перспективних дослідницьких проектів Міністерства оборони відповідає за розробку нових технологій для американської армії. В одному з досліджень, що фінансуються міністерством, брав участь, зокрема, і Вайт. Його роботою було вивчення ефекту Казимира — і під час своїх досліджень Вайт зробив випадкове відкриття, яке вразило його та колег.

Не вдаючись до складної квантової фізики, варто згадати, що ефект Казимира жодним чином не пов’язаний з теорією чи механікою двигуна викривлення. Принаймні так вважалося досі. Вайт та команда Limitless Space Institute виявили структуру надзвичайно невеликих розмірів, яка «може брати участь у розподілі негативної енергії, що відповідає вимогам метрики Алькуб'єрре».

Вайт заявляє, що їхня робота стала першою статтею, що пройшла наукову рецензію, яка показує створення наноструктури, «яка зможе стати джерелом справжнього, хоч і невеликого, варп-міхура». У їхній роботі підтверджується тороїдальна (як пончик) форма варп-міхура; ба більше, там описано навіть концепцію проекту космічного корабля і двигуна викривлення, який міг би генерувати негативну щільність енергії вакууму. Це теоретично дозволило б варп-міхуру розігнатися до надсвітлової швидкості.

«Це дуже схоже на те, що потрібно для деформації простору, про який говорив Алькуб'єрре», — пише вчений. У майбутньому він планує перевести всю свою теорію на практику і створити модель варп-міхура — проте поки що невідомо, коли він надасть результати своєї нової роботи. Насамперед він хоче вивчити технологію на мікро/макрорівні, перш ніж розпочати повноцінне дослідження у космосі.

У межах сучасної фізики

Сучасна фізика, якщо вірити Альберту Ейнштейну, має кілька обмежень. Одне з них — ніщо у Всесвіті не може досягти або перевищити швидкість світла. Астрофізик Ерік Ленц з Геттінгенського університету вважає, що насправді і це правило має винятки. «Обійти» фізику він воліє за допомогою солітонів — це такий різновид хвилі, який постійно зберігає свою форму і енергію, рухаючись з однаковою швидкістю.

Тобто солітони і будуть тим самим «варп-захистом» міхура, в якому перебуватиме космічний корабель. Розрахунки показують, що подібний міхур теоретично може розвинути наближено до надсвітлової швидкості або навіть надсвітлову швидкість, що дозволило б йому проходити крізь простір-час. Варто уточнити, що Ленц не вважає, що нам потрібно прискорювати власне варп-міхур — натомість він пропонує маніпулювати самим простором-часом, щоб змінити відстань між кораблем та об'єктом.

Головна проблема — це неймовірна кількість енергії, яка знадобиться для роботи подібного двигуна викривлення. Ленц вважає, що для роботи двигуна, який підтримував би майже стометровий варп-міхур, знадобиться енергії, «приблизно в сотні разів більше маси планети Юпітер». Простіше кажучи, зараз навіть усієї енергії на Землі не вистачило б на те, щоб запустити подібний двигун викривлення.

Зараз ми ще далекі від створення подібної футуристичної технології. Вчені у своїх дослідженнях постійно про це наголошують — у нинішньому вигляді технологія потребує неймовірної кількості енергії, а також мало хто з тих, хто готовий робити технічні гіпотетичні розрахунки, може стверджувати, що вони спрацюють на практиці.

«Зараз ми перебуваємо більше на науковому, ніж на технологічному етапі. Ми повинні зробити дуже конкретні та контрольовані кроки, щоб довести концепцію та переконатися, що правильно зрозуміли та застосували математику і фізику», — стверджував ще 2013 року Гарольд Вайт. Отже, відтоді мало що змінилося з погляду підходу — проте дедалі більше науковців серйозно сприймають тему двигуна викривлення, розглядаючи її не лише як веселу концепцію з наукової фантастики, а й як можливу частину нашого майбутнього.