Пытаясь покорить космическое пространство без использования ракет, мы столкнулись с двумя крайностями. Одна из них это созданные на практике многочисленные невозможные и не рабочие двигатели на несуществующих принципах, а другая это очень научные принципы, которые работают по законам физики, но, тем не менее, не объясняют как такой двигатель создать. Мы попытаемся разобраться в том, как реализовать варп двигатель технически, то есть как искривить пространство на практике.
Самую последнюю на сегодняшний день теорию варп двигателя предложил в 2020 году Эрик Ленц. Преимущество ее в том, что она не требует привлечения экзотической антиматерии для создания огромной массы и работает на известных законах физики. Ленц вместо пузыря Алькубьерре предлагает использовать солитоны – одиночные волны, перемещающиеся на большие расстояния, не меняя при этом формы и не разглаживаясь.
Солитоны https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Солитон возникают в самых разных средах, располагающих к образованию волн. Солитон был открыт шотландским физиком Джоном Скоттом Расселом в 1834 году. В вот что он обнаружил:
«Я следил за движением баржи, которую быстро тянула по узкому каналу пара лошадей, когда баржа неожиданно остановилась. Но масса воды, которую баржа привела в движение, собралась около носа судна в состоянии бешеного движения, затем неожиданно оставила его позади, катясь вперед с огромной скоростью и принимая форму большого одиночного возвышения — округлого, гладкого и четко выраженного водяного холма.
Он продолжал свой путь вдоль канала, нисколько не меняя своей формы и не снижая скорости. Я последовал за ним верхом, и когда нагнал его, он по-прежнему катился вперед со скоростью примерно 8-9 миль в час, сохранив свой первоначальный профиль возвышения длиной около тридцати футов и высотой от фута до полутора футов. Его высота постепенно уменьшалась, и после одной или двух миль погони я потерял его в изгибах канала».
Солитоны это волны, которые ведут себя подобно частицам (частицеподобная волна): при взаимодействии друг с другом или с некоторыми другими возмущениями они не разрушаются, а продолжают движение, сохраняя свою форму и скорость неизменной. Солитоны могут роспрастраняться в разных средах. В 2002 году спутник Европейского Космического Агентства обнаружил в районе магнитопаузы солитон шириной около 6 км, двигавшийся к внешней границе Солнечной системы со скоростью примерно 9 км/c.
В качестве материи, в которой предполагается возбудить такой солитон, Ленц предлагает использовать магнитоактивную релятивистскую плазму.Релятивистская » плазма это по сути плазма, движущуюся со скоростью, составляющей значительную часть скорости света. Такая плазма может быть создана либо при нагревании газа до очень высоких температур, либо при ударе пучка частиц высокой энергии. Например она образуется в сверхновых. Поэтому хоть Ленц и избавил нас от использования очень недоступной темной материи, но у нас все равно осталась проблема нереально огромной энергии.
Впору и забыть про это, и посмотреть в сторону чего-то попроще. То ли дело ЭМ драйв — берем микроволновку, ложим в ведро и там происходит чудо. Снаружи его никто не видит, но там внутри оно есть… Или все же солитоны? Ведь они реальны и возможно нам удастся найти более легкий способ их получить.
Для изучения этого вопроса у нас есть простой и доступный инструмент — это вода. В 1981 году физик Уильям Унру предложил исследовать черные дыры с помощью аналоговых, то есть тех, которые основаны на сходствах, моделей гравитации.Недавно ученые использовали этот метод. Они наблюдали за воронкой в результате слива воды пытаясь таким образом симитировать черную дыру, и они действительно обнаружили сходные черты. В частности это касалось волн, которые поглащались воронкой. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.12...
И так мы видим, что многие процессы, происходящие в пространстве времени и с трудом поддающиеся прямому наблюдению имеют свое отражение в макромире привычной нам материи. Поэтому мы можем попробовать сделать аналоговую модель на основе воды чтобы понять как искривить пространство время. Наша задача — смоделировать в воде варп драйв. Но для начала разберемся что такое солитон.
Солитон, видимый в воде как поверхностная волна, структурно является кольцевым или тороидальным вихрем. Это оптимальная форма движения вещества в среде. В узком смысле — явление, при котором область вращающейся жидкости или газа перемещается через ту же самую среду. https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Тороидальный_вихрь
Обычно такой вихрь появляется в результате резкого толчка и самый наглядный пример это кольцо дыма. Причиной его существования является то, что траектории частиц, которые в спокойной среде движуться хаотично, (броуновское движение) как бы замыкаются и это приводит к их движению по кругу. Эти частицы имеют свою собственную энергию, проявляющуюся как их постоянное взаимное притяжение и отталкивание. Она позволяет им все время находится в движении, и поэтому они могут без потерь переносить энергию заключенную в вихре на большие расстояния. Такой вихрь может отражаться и менять направление, тем самым повторяя свойства частицы. Вот этот парень прекрасно демонстрирует как ведет себя в разных ситуациях тороидальный вихрь /солитон/волна/частица:
В случае с баржей, которая образовала солитон в канале, произошло то, что масса вода увлекаемая ей продолжила свое движение после остановки судна. Нос баржи сжимал воду впереди себя создавая движущуюся вперед волну, в то время как вслед за ней следовала зона пониженного давления. Остановка баржи привела к тому, что пока центральная часть волны все еще по инерции двигалась вперед, ее края стали затягиваться в разреженность сзади. А так как их объема не хватило чтобы заполнить это пространство, туда хлынула вода, находящаяся позади. Это и привело к появлению замкнутого тороидального вихрья.
Самый простой пример этого явления, известен наверное каждому. Когда мимо вас на скорости приезжает автомобиль, спустя некоторое время вы ощущаете как вас толкает воздух, слудующий за ним. Если этот автомобиль вдруг резко остановится, воздушный вихрь ударит его сзади и рассеется отразившись в стороны. А узкое русло канала, в котором двигалась биржа, позволило вихрю переотразиться и обогнув биржу продолжить движение вперед.
И так, как же будет происходить движение космического корабля в таком солитоне на примере с водой?
К сожалению, бесконечное или очень долгое движение корабля в солитоне возможно только в двух случаях — если сам корабль превратится в тороидальную структуру или если солитон будет настолько огромным и мощным, что корабль будет увлечен им как частицы дыма в дымном кольце путешествуя по замкнутому кругу. Второй вариант в принципе более допустим, но тем не менее это то же самое что вас унесет торнадо. Так что проблему огромного количества энергии мы пока не решили, хотя и показали на примере жидкости и газа что путешествие в солитоне вполне возможно.
Но попробуем рассмотреть другой подход. В случае с биржей все-таки был момент, когда созданный ею солитон оказывал на нее давление заставляя двигаться дальше, пока не обогнал ее и ушел вперед. Дело в том, что к образованию кольцевого вихря солитона привела не столько толкаемая баржей волна сколько свободное пространство за ней. Заполнение этого пространства водой было подобно коллапсу и позволило образоваться солитону за судном.
Для того чтобы барже создать мало мальски значимый солитон, ей достаточно просто сместиться вперед относительно своего центра масс как в классическом примере с баржей и автомобилем. Если автомобиль проедет по барже от носа до кормы, то ее корпус сместится вперед и это тоже создаст солитон. Если это смещение будет достаточно резким, то мы можем получить ту же силу, которая возникла в результате медленной буксировки баржи лошадьми в течении длительного времени. И хотя воздействие солитона на на судно будет коротким и почти не заметным, мы сможем повторять это действие возвращая автомобиль в исходную точку очень медленно, чтобы это не вызвало обратно направленный солитон такой же силы. При каждом последующем рывке начальная скорость баржи будет уже больше, и мы сможем понемногу разогнаться, при помощи небольших но множественных солитонов и без участия непомерно огромной энергии. Таким образом мы уже получили простейшую водную модель движимого солитоноами космического корабля. Вот как это выглядит (простите меня те кто уже видел это много раз):
Ладно, это это конечно же классно получается в воде — выдергиваешся вперед и движешся. Но в космосе нам все равно нужна релятивистская плазма и то из чего ее получать. А это не намного лучше ракеты. Если вообще лучше. Как же нам искривить пространство без этого? Может эффект Доплера? Красим переднюю часть корабля в синий цвет, а хвост в красный и вот мы получаем световые волны, спереди короткие и сзади длинные — пространство вокруг корабля искривлено. Корабль приближается спереди и удаляется сзади…
Ну а если серьезно — можем ли мы получить варп пузырь сжимая пространство за кораблем и расширяя впереди его при помощи волн чтобы получить вот это:
Давайте попробуем это сделать для начала хотя бы при помощи воды. За основу нашей модели мы можем взять ту же баржу, представив что ее корпус это некий излучатель, который создает волны в воде-пространстве. Мы будем также двигать ею при помощи автомобиля туда сюда и расталкивать воду в противоположных направлениях с разной силой. Вперед мы пустим сильную волну, а назад слабую и так вода вокруг баржи как бы растянется с одной стороны больше чем с другой. В принципе мы это уже делали и нам удалось получить движение посредством волн разной длины как на картинке выше. Вот эти волны:
И как мы уже знаем, эти волны должны быть солитонами, то есть практически движущимися материальными объектами, потому что в случае упругих волн никакого движения не произойдет кроме кругов на воде. Для того чтобы получить их в космосе нам по прежнему нужен источник плазмы.
Или нет? Мы ведь можем делать маленькие солитоны, но очень много, извлекая их непосредственно из пространства времени, из которого образовались и звезды, и любое другое, что вполне ощутимо и материально носится в космосе с огромными скоростями. Нам всего лишь осталось ответить на вопрос как? Как из пространства времени образовать солитон?
Ответ — частица-волна. Это и есть минимальный солитон, который образуется из пространства времени. Вспомните парня с кольцами дыма, которые хотя и не являются твердыми телами, но все же ведут себя как они — ударяют, отражаются, меняя направление, разделяются на два и при этом не теряют своей енергии как если бы они были просто мячиками. Это и есть аналоговая модель частицы-волны, которую можно создать в воде или воздухе. Мы ведь умеем делать фотоны?
Это значит, что для того чтобы наша баржа смогла покинуть канал и отправиться покорять космос, она должна превратиться, превратится…
Превратиться в фотонный двигатель. Это двигатель, в котором источником энергии является тело, излучающее свет. Фотон имеет импульс и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создаёт реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель может развить максимально возможную для реактивного двигателя тягу в пересчёте на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света. https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Фотонный_двигатель
Э.. какой поворот. Но ведь это не интересно, подумаете вы, это мы уже слыхали, это дело далекого будущего и тд, и тп. Да и скорость света осталась непреодолима. И вообще это опять реактивный двигатель, а мы хотели другого — варпа, драйва…
Есть плохая новость (с очень седой бородой) — ни одно материальное тело не может привести в движение само себя без другого такого же материального тела, которым в некотором роде является и солитон — фотон. Но по крайней мере мы можем получать рабочее тело из окружающей среды, и это уже хорошая бородатая новость. Так что не стоит падать духом, тем более что у нас есть один маленький утешительный бонус, которого не было раньше — это водяная модель этого солитонно фотонного излучающего и сияющего варп двигателя.
И на самом то деле мы только совсем недавно узнали как она работает на практике. Хотя и существует она уже очень давно, ее наделяли какими угодно качествами кроме тех, которыми она обладает на самом деле. Одни, очень образованные люди, считали что она движется не отталкиваясь ни от чего и словно тянет себя за нос как барон Мюнгхаузен. Другие, еще более образованные люди, считали что она движется задом наперед, потому что не знали таких https://sci-article.ru/stat.php?i=1601957819 законов физики (мы о них говорили, когда изучали движение баржи), которые бы позволили ей двигаться так как это происходит . И учитывая это, мы можем предположить, что и о фотонных и о варп двигателях они тоже кое чего не знали. Чего именно? Ну может быть того что они задом на перед будут летать, или чуть быстрей и проще чем это когда-то казалось. Кто знает? По крайней мере у нас есть уже какие-то предпосылки чтобы попробовать осуществить это технически и шанс это проверить.
Ну… осталось только придумать штучку, при помощи которой это тело будет излучать… Может маленькая машинка, которая будет ездить внутри очень быстро…
Можно немного упростить. Возможно у вас возник вопрос, что общего имеет фотонный двигатель, излучающий в одну сторону и то дивное лучезарное тело. Мы вернемся к аналоговым моделям. Аналогом фотонного двигателя станет обыкновенный акустический динамик. Некоторые дяди указывают на то что динамик может создавать давление звуковых волн. Но на деле если мы скачаем на телефон генератор частот и врубим очень противный звук около 1000 герц, а потом поднесем к нему источник дыма, никаких звуковых волн мы не увидим.
Мы увидим реактивную струю. Воздух будет затягиваться по краям динамика и выбрасываться из центра в виде солитонов. Они получатся потому, что в результате вибрации мембраны будет то и дело возникать разреженность, схлопывание которой образует солитон. Он будет оказывать давление на мембрану а потом отразившись улететь назад в виде реактивный струи. То же самое происходит и сзади нашей водной модели — волны, которые исходят от нее назад это отраженные солитоны. Да и впрочем так же обычную ракету выхлопные газы толкают в сопло, а потом вылетают наружу никому не нужные. Вы не знали?
В общем так — мы покупаем обычный фонарик, подбрасываем в космос и варп драйв готов…
Ну а все-таки, если вы смогли все это переварить и приняли как данность что реактивное движение с выбросами или без на равне с парусным это наша судьба, то как мы сделаем такой мощный фонарик, который улетит сам? Делитесь своими идеями, их обязательно кто-нибудь украдет. Возможно это буду я.
Ну и на закуску - визуализация варп двигателя:
И его аналоговая модель, в точности соответствующая рисунку. Точнее прям некуда:
