Исследования варп-двигателя и вызовы, стоящие перед учеными.
Скорость света в вакууме является абсолютным пределом скорости для любого объекта с массой во Вселенной. При попытке приблизиться к этой скорости, масса тела увеличивается, что требует всё больше энергии для дальнейшего ускорения. В конечном итоге для достижения скорости света потребуется бесконечное количество энергии, что делает это невозможным.
Это ограничение вызывает разочарование, ведь во Вселенной так много интересного для исследования. Было бы замечательно, если бы можно было добраться до далёких уголков космоса без использования кораблей поколений или ожидания сотни лет для получения сигналов от зондов или исследователей. В этом контексте возникает идея варп-двигателя. Хотя объекты с массой не могут достигать и превышать скорость света, участки пространства-времени теоретически могут перемещаться относительно друг друга со скоростью, превышающей скорость света, подобно тому, как это происходит при расширении Вселенной.
Варп-двигатели, популяризированные научно-фантастическим сериалом «Звёздный путь» и гипотетически исследованные учёными (в частности, мексиканским теоретическим физиком Мигелем Алькубьерре ), теоретически обходят проблему скорости света, заключая корабль в пузырь пространственно-временного континуума . Корабль остаётся неподвижным внутри этого пузыря, в то время как сам пузырь может перемещаться на сверхсветовых скоростях (относительно внешнего наблюдателя).
«За счёт локального расширения пространства-времени позади космического корабля и противоположного сжатия перед ним возможно движение быстрее скорости света для наблюдателей вне возмущённой области», – объясняет Алькубьерре в своём научном труде. «Полученное искажение напоминает "варп-двигатель" из научной фантастики. Однако, как и в случае с червоточинами, для создания искажения пространства-времени потребуется экзотическая материя ».
Были предприняты попытки уменьшить количество необходимой экзотической материи или поставить под сомнение её необходимость.
«Даже если предположить, что Экзотическая материя — это тип материи, который отличается от обычной материи, такой как атомы и молекулы, своими необычными физическими свойствами. Она может обладать странными характеристиками, такими как отрицательная масса, сверхпроводимость при высоких температурах или способность нарушать общепринятые физические законы. <br> <br> В научных исследованиях экзотическая материя часто связана с изучением экстремальных условий, таких как высокие энергии, сильные магнитные поля или крайние температуры. Некоторые теоретические предсказания о существовании экзотической материи еще требуют экспериментального подтверждения." data-html="true" data-original-title="Экзотическая материя" >экзотическая материя запрещена классически, хорошо известно, что квантовая теория поля допускает существование областей с отрицательной плотностью энергии в некоторых особых условиях (например, в эффекте Казимира )», – продолжает Алькубьерре. «Таким образом, необходимость в экзотической материи не обязательно исключает возможность использования искажения пространства-времени для гипербыстрого межзвёздного путешествия».
Некоторые исследовательские группы пытались моделировать создание варп-пузыря без использования экзотической материи, утверждая, что это возможно с помощью «традиционных и новых гравитационных техник», оставаясь в рамках известных законов физики. Однако, это всё ещё чрезвычайно сложно, требует огромного количества энергии и, вероятно, позволит путешествовать лишь на скоростях ниже скорости света.
Таким образом, для создания работающего варп-двигателя потребуется либо экзотическая материя, либо несколько технологических революций, а возможно, и то и другое. Но не всё так просто. Существуют проблемы, которые могут сделать варп-двигатели невозможными в рамках законов физики.
Одна из основных проблем заключается в том, что при движении варп-пузыря он может захватывать окружающую материю, которая затем высвобождается в виде высокоэнергетического излучения при торможении. Это может привести к катастрофическим последствиям и полному уничтожению места назначения.
Даже если удастся решить эту проблему, существуют другие фундаментальные трудности, связанные с нарушением причинно-следственных связей и парадоксами при сверхсветовых перемещениях. Согласно теории относительности, перемещение со сверхсветовой скоростью может позволить "опередить" световой сигнал, что приводит к нарушению принципа причинности и появлению временных петель.
Представьте, что варп-корабль движется к вам со скоростью, вдвое превышающей скорость света. Первый раз вы увидите корабль только в момент его прибытия, так как световые сигналы от начальной точки его путешествия еще не достигли вас. Однако эти запоздалые световые сигналы в конечном итоге достигнут вас, и вы будете наблюдать корабль движущимся назад от вас в обратном временном порядке, что создает кажущийся парадокс.
Отсутствие абсолютных систем отсчета в теории относительности усугубляет эту проблему, особенно при наличии нескольких наблюдателей и возможности сверхсветовой передачи информации. Вероятно, что фундаментальные законы физики не допускают нарушения причинности, и нас по-прежнему будет ограничивать максимальная скорость распространения информации — скорость света.
На данный момент концепция варп-двигателя остается гипотетической, требующей кардинальных научных и технологических прорывов для практической реализации. Тем не менее, исследования в этой перспективной области активно продолжаются, и ученые надеются найти пути обойти существующие фундаментальные ограничения.
