Возможен ли варп-двигатель Star Trek?

Wikimedia Commons/Getty

Центральное место в научной фантастике и, в частности, в «Звездном пути» занимает способность путешествовать по галактике со скоростью, намного превышающей скорость света, с помощью вымышленной технологии, называемой «варп-двигателем». Что это такое, и будет ли он у нас когда-нибудь?

Коротко - нет

Предварительный ответ — «нет». Согласно принятым законам науки, ничто не может двигаться быстрее света. Несмотря на то, что свет достаточно быстр, чтобы обогнуть Землю семь раз за одну секунду, пространство очень велико. Свету требуется восемь минут, чтобы добраться от Солнца до Земли, и потребовалось бы четыре года, чтобы свет от нашего Солнца достиг ближайшей звезды (Проксима Центавра). Большинство звезд — и, следовательно, большинство планет — находятся гораздо дальше, поэтому время в пути было бы соответственно больше. Расстояния настолько велики, что межзвездные путешествия заняли бы целую жизнь.

Это делает научно-фантастический сюжет скучным, поэтому создатели «Звездного пути» изобрели удобную, но воображаемую технологию. Согласно канону «Звездного пути», варп-двигатель работает, создавая вокруг космического корабля «варп-пузырь», внутри которого пространство буквально искривлено. Перед космическим кораблем пространство сжимается, а позади корабля оно расширяется. Таким образом, космический корабль никогда не движется быстрее света; Он просто проходит через меньшее расстояние. Например, если варп-двигатель может сократить расстояние до Проксимы Центавра в 1/1,461 раза по сравнению с нормальной длиной, он может путешествовать туда за один день.

Огромная проблема

Реально ли это? Может быть. Начнем с того, что наше лучшее современное понимание пространства исходит из общей теории относительности Эйнштейна. В этой теории гравитация понимается не как сила, как мы обычно ее себе представляем, а скорее как искривление пространства. Таким образом, если пространство может быть каким-то образом искривлено или искажено, то варп-двигатель может быть в сфере общепринятой науки.

Однако здесь все становится сложнее. В теории относительности величиной, которая искривляет пространство, является масса (или, что то же самое, энергия). Говоря привычным и простым языком, огромная масса Земли искривляет пространство в ее окрестностях. Это искажение приводит к явлению, которое мы знаем как гравитация.

Хотя искривление пространства материей является фактом, это не очень помогает нашему варп-двигателю. Изгиб пространства у поверхности Земли относительно скромен. В конце концов, искажение не приводит к заметному сокращению расстояния между Землей и Солнцем, не говоря уже о ближайшей звезде. Таким образом, для того, чтобы варп-двигатель был полезной двигательной технологией, космический корабль, возможно, должен нести с собой массу, намного большую, чем планета, или даже больше, чем звезда. Эта дополнительная масса сделает корабль слишком трудным для перемещения, а это означает, что идея просто несостоятельна.

Отрицательная энергия

Полностью ли это опровергает идею варп-двигателя? Не совсем. Уравнения, управляющие специальной теорией относительности, богаты и сложны, и существует множество решений. В 1994 году физик-теоретик Мигель Алькубьерре нашел решение, которое искажало пространство таким образом, который очень похож на тот, который изначально предполагали создатели «Звездного пути». При правильных условиях можно расширить пространство позади объекта и сжать его спереди.

Однако есть проблема. Чтобы выполнить это искажение, исследователям придется использовать отрицательную энергию, то есть уменьшить энергию пустого пространства до уровня ниже нуля. Согласно Эйнштейну, варп-двигатель требует невозможной предпосылки. В качестве аналогии возможно, что некоторые математические расчеты, связанные с ростом человека, могут иметь отрицательное решение. Но что бы это значило для человека иметь отрицательный рост? Это не имеет физического смысла.

Поэтому, в то время как ученые пытаются найти лазейки в условиях, необходимых для решения Алькубьерре, большинство думает, что варп-двигатель не будет создан таким образом; Отрицательная энергия является математическим артефактом, а не физическим явлением.

Варп-двигатель возможен или нет?

В целом, наше нынешнее понимание законов природы не допускает ни путешествий быстрее света, ни решения Алькубьерре для искривления пространства. Однако тем, кто мечтает о путешествии по звездам, не стоит опускать руки. Ученые не имеют полного понимания законов природы. Действительно, мы с коллегами проводим дни в поисках новых явлений — вещей, которых раньше никто не видел.

В спекулятивной науке всегда безрассудно говорить, что что-то невозможно. В 1850 году, если бы вы спросили лучших ученых того времени, можно ли было бы говорить в Европе и чтобы кто-то в Америке услышал вас, или можно ли было бы заглянуть внутрь тела человека, они бы сказали вам «нет». Тем не менее, всего полвека спустя изобретение радио и открытие рентгеновских лучей доказали бы, что они ошибались.

Это то, что нужно для того, чтобы варп-двигатель стал реальностью. У какой-то светлой души появится новая идея, совершенно отличная от нашего нынешнего понимания физики. Тогда, может быть, только может быть, мы сможем смело путешествовать в отдаленные уголки галактики..