Будут ли у нас WARP-двигатели?⁠⁠

Во многих научно (и не очень) фантастических фильмах и книгах мы встречали космические корабли, бороздящие просторы вселенной при помощи гипердвигателей или WARP-двигателей, так или иначе при помощи них люди преодолевали скучные ограничения, накладываемые физикой, и перемещались в пространстве быстрее света.

Подобные двигатели расценивались физиками как фантастика и не принимались всерьёз.

Художник (Mark Rademaker)

Так продолжалось до 1994 года, пока мексиканский физик-теоретик Мигель Алькубьерре не опубликовал в журнале Classical and Quantum Gravity работу под названием: "The warp drive: hyper-fast travel within general relativity" (Варп-двигатель - гиперскоростное движение в рамках общей теории относительности).

В данной работе Алькубьерре предложил математическую модель путешествий внутри "пузыря", вокруг которого пространство с одной стороны сжимается, а с противоположной - расширяется.

По его же собственным словам, идея пришла к нему при просмотре очередного фильма из серии "Звёздный путь" (Start Trek), в котором космические корабли используют подобную технологию. Кстати, название технологии (Warp Drive) так же взято им из этого сериала.

Мигель Алькубьерре (2016 год)

Варп-двигатель, предложенный физиком, после данной публикации так же получил второе название "Двигатель Алькубьерре".

Теория относительности говорит нам, что для любого объекта с ненулевой массой в нормальном пространстве-времени движение быстрее скорости света невозможно.

Однако, само пространство-время не подвержено данному ограничению, и космический корабль, сжимающий пространство перед собой, и расширяющий его позади себя позволит ему перемещаться, в теории, с любой скоростью, в том числе и быстрее света.

Космический корабль заключается в своеобразный "пузырь", при этом его локальная скорость относительно пространства-времени равна нулю. Впереди, по ходу движения корабля, пространство-время сжимается, увлекая данный пузырь в сторону сжатия, позади же, пространство опять расширяется, как бы толкая "пузырь" с кораблём дальше, по ходу движения.

Работа Алькубьерре наделала много шума и породила множество надежд на продвижение человечества к звёздам, однако, в ней не всё так гладко, как хотелось бы.

Начать с того, что в своей первой статье он теоретизировал, что для создания подобного пузыря необходима экзотическая материя, а именно - материя с отрицательной массой, что бы это ни означало, либо отрицательная энергия (negative energy). Причём, энергии на создание подобного пузыря требовалось больше, чем доступно во всей вселенной. Именно посредством такой отрицательной энергии планировалось заставить пространство расширяться.

Этот факт заставил многих учёных усомниться в возможности создания подобного двигателя, считая формулы Алькубьерре всего лишь математическим трюком, позволившим на бумаге достичь нужного результата.

В частности, физик Шон Кэррол (Sean Carrol) писал:

Вкратце, это требует отрицательной плотности энергии... общее количество требуемой энергии должно быть сравнимо с астрофизическим объектом, а созданные в процессе гравитационные поля, скорее всего, разорвут любой корабль на куски. Моя личная оценка вероятности того, что мы когда-нибудь сможем сконструировать "варп-двигатель" меньше 1 процента. А шансы, что он может быть сконструирован в течение ближайших 100 лет менее 0,01%.

Разумеется, физики кинулись в борьбу за варп-двигатель.

Так, первичные оценки энергозатрат на создание "пузыря" были оценены в массовый эквивалент -10^64 (минус десять в шестьдесят четвёртой степени) кг (это больше, чем масса наблюдаемой вселенной).

Позднее, в 1999 бельгийский физик Крис Ван ден Броек (Chris Van den Broeck) сумел уменьшить требуемый массовый эквивалент до трёх солнечных масс.

Ещё позже, пользуясь работами Ван ден Броека уже российский физик Сергей Красников сумел довести требуемое количество отрицательной массы до нескольких миллиграмм. Однако, требования по плотности энергии всё ещё были недостижимы.Уже в 2012, физик Гарольд Уайт (Harold White) со своими соавторами объявил, что изменение геометрии экзотической массы привело к снижению требований по массе и энергии до 700 кг или ниже. Кроме того, он объявил о намерении провести ряд маломасштабных экспериментов по созданию варп-полей.

Однако, это не единственная сложность. В статье "Warp drive with zero expansion" физик Хосе Натарио (José Natário) так же указывает, что поскольку команда не сможет ни отправлять сигналы вперёд по ходу движения, ни принимать сигналов извне, у звездоплавателей возникнут трудности с управлением и остановкой корабля в пункте назначения.

Более поздние публикации Карлоса Барсело и Стефано Финаччи (Carlos Barceló, Stefano Finazzi) так же указывают на исключительно высокие температуры, которые будут порождены пузырём на сверхсветовой скорости. Данные температуры должны будут уничтожить или как минимум дестабилизировать пузырь. Возможно, говорят учёные, этих проблем удастся избежать, если пузырь будет двигаться с досветовой скоростью.

Ещё одна сложность, высказанная Брендэном Мак Монигалом, и Филиппом О'Байрном (Brendan McMonigal, Philip O'Byrne), связана с тем, что когда корабль с двигателем Алькубьерре остановится, частицы, захваченные пузырём по ходу движения будут высвобождены с колоссальной взрывной волной, схожей с ударной волной при прохождении самолётом звукового барьера, которая уничтожит всё, что находится перед кораблём.

Работа не стоит на месте. В том же 2012 NASA объявило о создании интерферометра, который призван фиксировать пространственно-временные искажения, вызванные расширением и сжатием метрики Алькубьере. Сам Мигель выразил скептицизм по поводу результатов, но исследования продолжаются.

Защита причинности и путешествия во времени

Чем-то доктор Стрейдж похож на Мигеля.

Разумеется, при описании любой технологии сверхсветового перемещения нельзя забывать тот факт, что любая такая технология де-факто является ещё и машиной времени.

Расчёты проведённые Алленом Эвереттом показывают, что варп-пузыри способны создавать замкнутые времениподобные кривые, что означает возможность путешествия в прошлое. Этот факт вызывает в научном сообществе как самый большой скептицизм в отношении всей идеи целиком, так и самый большой энтузиазм. Ведь мало того, что с варп-двигателем мы могли бы летать быстрее света, но и так же путешествовать в прошлое!

На страже причинности и временных парадоксов стоит Гипотеза о защищённости хронологии, предсказывающая, что законы физики таковы, чтобы предотвратить любое макроскопическое путешествие во времени.

Вместо выводов:На текущиймомент вопрос о варп-двигателях начинается всё ещё со слова "если", а не со слова "когда". Идеи Мигеля Алькубьере развивают другие физики, ежегодно публикуются работы и проводятся эксперименты.
Пока что неизвестно, можно ли действительно построить варп-двигатель или это всего-лишь математический курьёз, покажет только время.