Варп-двигатель, не нарушающий законы физики. Реальность или фантастика?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

На протяжении десятилетий идея варп-двигателя, позволяющего преодолеть световой барьер, будоражила умы фантастов и ученых. Представление о том, что можно искривить пространство-время и путешествовать со скоростью, превышающей скорость света, казалось фантастикой, но теперь, благодаря новым исследованиям, эта мечта может стать реальностью.


Варп-двигатель, вольная интерпретация
Автор: Designer

В этой статье мы рассмотрим работу группы ученых из США и Израиля, которые смогли найти решение для физической реализации варп-двигателя, удовлетворяющего всем известным энергетическим условиям. Это открытие может перевернуть наше понимание космических путешествий и открыть новые горизонты для межзвездных полетов.

В погоне за недостижимым: от теории к реальности

Теоретические основы варп-двигателя заложил в 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьер. Его модель предполагала создание пузыря искаженного пространства-времени, в котором объект мог бы перемещаться со сверхсветовой скоростью. Однако, эта модель, как и многие последующие, сталкивалась с одной серьезной проблемой: для ее реализации требовалось наличие экзотической материи с отрицательной плотностью энергии, существование которой пока не доказано.

В 2021 году физики Алексей Бобрик и Джанни Мартире выдвинули гипотезу о том, что физический варп-двигатель может быть создан с использованием положительной энергии. Их идея заключалась в создании сферической оболочки из обычной материи, способной искривлять пространство-время. Однако, эта модель не могла объяснить, как именно эта оболочка будет перемещать объект.

Пример траектории искривления Алькубьерре с тремя фазами полета: (i) Пассажир входит в пузырь искривления в состоянии покоя относительно наблюдателя в точке A. Пассажир не будет иметь никакой координатной скорости по сравнению с опорным наблюдателем(dxi/dt = ui = 0) (ii) Пузырь искривления начинает свое движение, ускоряясь до постоянной скорости. Пассажир внутри геодезически перемещается вдоль него до координатной скорости варп-двигателя, но все еще с нулевой скоростью, измеренной в собственном времени (dxi/dt = vwarp). (iii) Пузырь искривления замедляется до остановки в точке B, находящейся в состоянии покоя относительно наблюдателя. и пассажир выходит из диска.
Автор: Jared Fuchs, Christopher Helmerich, Alexey Bobrick, Luke Sellers, Brandon Melcher, Gianni Martire; arxiv:2405.02709 [gr-qc]; https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.02709; CC-BY 4.0 Источник: arxiv.org

Прорыв: варп-оболочка — ключ к межзвездным путешествиям

Новое исследование, проведенное группой ученых во главе с Джаредом Фухсом, представляет собой настоящий прорыв в области варп-двигателей. Ученые смогли объединить идеи Бобрика и Мартире с моделью Алькубьер, создав новый тип варп-двигателя, который они назвали «варп-оболочкой».

«Варп-оболочка» представляет собой сферическую оболочку из обычной материи, создающую положительную энергию. К этой оболочке добавляется вектор смещения, аналогичный тому, что использовался в модели Алькубьер, но с одной ключевой разницей — этот вектор не нарушает энергетические условия.

Благодаря использованию новой технологии «Warp Factory», разработанной Applied Physics, ученые смогли численно моделировать эту оболочку и подтвердить, что она способна перемещать объекты с постоянной субсветовой скоростью. «Warp Factory» позволяет анализировать и моделировать варп-двигатели с высокой точностью, учитывая все нюансы теории относительности.


Пример решения Алькубьерре, преобразованного к комовской системе координат с помощью преобразования Лоренца. Статика (синий цвет) — это метрика для формы, определенной Алькубьерре в [1]. Комовитация (красный пунктир) — обратное преобразование Лоренца, примененное к статическому решению. Обратите внимание, что вектор сдвига остается неизменным, но изменения для пространственных членов и членов запаздывания. Эти изменения будут заменены терминами материи оболочки при построении физического решения в данной работе.
Автор: Jared Fuchs, Christopher Helmerich, Alexey Bobrick, Luke Sellers, Brandon Melcher, Gianni Martire; arxiv:2405.02709 [gr-qc]; https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.02709; CC-BY 4.0 Источник: arxiv.org

Варп-оболочка и ее уникальные свойства

«Варп-оболочка» обладает рядом уникальных свойств:

  • Физически реализуема: Она удовлетворяет всем энергетическим условиям, не требуя наличия экзотической материи.
  • Положительная энергия: Оболочка обладает положительной энергией, создаваемой за счет обычной материи.
  • Постоянная скорость: «Варп-оболочка» позволяет перемещать объекты с постоянной субсветовой скоростью, что делает ее более практичной для межзвездных путешествий.
  • Не нарушает причинность: «Варп-оболочка» не нарушает причинно-следственные связи, поскольку объекты в ней перемещаются медленнее скорости света.
Схема испытания светового излучения. Излучатели, детекторы и зеркала движутся относительно интересующей нас оболочки. Обратите внимание, что оба луча проходят через центр, но смещены на схеме для визуальной ясности. Эмиттер-детектор B вертикально выровнен с зеркалами слева, а эмиттер-детектор A вертикально выровнен с зеркалами справа. Эмиттер-детекторы A и B равноудалены от центра оболочки. Траектория поворота двух световых лучей может находиться в любой точке оболочки. Эффект искривления оболочки проявляется в горизонтальном направлении от B и к A.
Автор: Jared Fuchs, Christopher Helmerich, Alexey Bobrick, Luke Sellers, Brandon Melcher, Gianni Martire; arxiv:2405.02709 [gr-qc]; https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.02709; CC-BY 4.0 Источник: arxiv.org

Вызов будущего: ускорение и новые горизонты

«Варп-оболочка» — это важный шаг на пути к созданию физически реализуемого варп-двигателя, но перед учеными стоит еще ряд задач.

Одна из главных сложностей — создание механизма ускорения «варп-оболочки». Пока что ученые нашли решение только для постоянной скорости. Дальнейшие исследования должны быть направлены на создание эффективных способов ускорения и замедления «варп-оболочки», не нарушая при этом энергетических условий.

Также необходимо исследовать влияние «варп-оболочки» на окружающее пространство и объекты, находящиеся вне нее. Возможно, «варп-оболочка» создает гравитационные волны, которые могут оказывать влияние на близлежащие объекты.

Несмотря на существующие сложности, полученные результаты дают надежду на то, что создание физически реализуемого варп-двигателя возможно в обозримом будущем. «Варп-оболочка» открывает новые горизонты для межзвездных путешествий, позволяя человечеству расширить границы познания и отправиться в невероятное космическое путешествие.