Деформаційні диски: фізики дають шанс швидше, ніж світлі, подорожувати в космос

 Якщо людство хоче подорожувати між зірками, людям доведеться подорожувати швидше, ніж найшвидше, що відомо у нашому Всесвіті: світло. Нові дослідження показують, що, можливо, можна побудувати деформаційні диски та подолати галактичне обмеження швидкості.

Найближча до Землі зірка - Проксима Центавра . Це близько 4,25 світлових років, або близько 25 трильйонів миль (40 трильйонів км). Найшвидший за весь час космічний корабель, сонячний зонд Parker , який зараз знаходиться в космосі , досягне максимальної швидкості 724000 км на годину. Їхати з Лос-Анджелеса до Нью-Йорка з такою швидкістю знадобиться всього 20 секунд, але сонячному зонду знадобиться близько 6633 років, щоб дістатися до найближчої до Землі сусідньої Сонячної системи.

Якщо людство коли-небудь захоче легко подорожувати між зірками, людям потрібно буде йти швидше, ніж світло. Але поки що подорож швидше світла можлива лише в науковій фантастиці.

У серії Фонду Ісаака Азімова людство може подорожувати від планети до планети, від зірки до зірки або по всесвіту, використовуючи стрибкові приводи. У дитинстві я прочитав стільки цих історій, скільки міг отримати. Зараз я фізик-теоретик і вивчаю нанотехнології, але все ще захоплений способами, якими людство могло колись подорожувати в космосі.

Деякі персонажі - як космонавти у фільмах "Міжзоряна" та "Тор" - використовують червоточини для подорожі між сонячними системами за лічені секунди. Інший підхід - знайомий шанувальникам “Зоряних шляхів” - це технологія деформації. Деформаційні диски теоретично можливі, якщо все ще надумана технологія. Дві останніх роботи зробили заголовки в березні , коли дослідники стверджували , щоб мати подолати одну з багатьох проблем , які стоять між теорією основою дисків і реальністю.

Але як насправді працюють ці теоретичні дискові деформації? І чи скоро люди скочують швидкість деформації?

Стиснення та розширення

Сучасне розуміння фізиками простору-часу походить від теорії загальної відносності Альберта Ейнштейна . Загальна теорія відносності стверджує, що простір і час злиті і що ніщо не може рухатися швидше, ніж швидкість світла. Загальна теорія відносності також описує, як маса та енергія деформують простір-час - величезні об'єкти, такі як зірки та чорні діри, кривлять простір-час навколо них. Ця кривизна - це те, що ви відчуваєте як гравітацію і чому багато героїв космічного корабля турбуються про те, щоб "застрягти" або "впасти" в гравітаційний колодязь. Перші письменники наукової фантастики Джон Кемпбелл та Азімов розглядали це викривлення як спосіб подолання обмеження швидкості.

Що, якби зоряний корабель міг стискати простір перед собою, одночасно розширюючи простір-час за ним? “Зоряний шлях” взяв цю ідею і назвав її “warp drive”.

У 1994 році Мігель Алькуб'єрре, мексиканський фізик-теоретик, показав, що стиснення простору-часу перед космічним кораблем при його розширенні ззаду математично можливо в рамках законів загальної теорії відносності. Отже, що це означає? Уявіть, відстань між двома точками становить 10 метрів (33 футів). Якщо ви стоїте в точці А і можете проїхати один метр в секунду, знадобиться 10 секунд, щоб дістатися до точки Б. Однак, припустимо, ви могли б якось стиснути простір між собою і точкою В, щоб інтервал тепер становив лише один метр . Потім, рухаючись у просторі-часі з максимальною швидкістю один метр в секунду, ви зможете досягти точки В приблизно за одну секунду. Теоретично такий підхід не суперечить законам відносності, оскільки ви не рухаєтеся швидше, ніж світло в просторі навколо вас. Алькуб'єр показав, що основний привід із "Зоряного шляху" насправді теоретично можливий.

Проксима Кентавра, ось ми і прийшли, так? На жаль, метод стиснення простору-часу Алькуб'єра мав одну проблему: він вимагає негативної енергії або негативної маси.

Негативна енергетична проблема

Основний привід Алькуб'єра працював би, створюючи бульбашку плоского космічного часу навколо космічного корабля і вигинаючи космічний час навколо цього міхура, щоб зменшити відстань. Для роботи основи потрібна або негативна маса - теоретизований тип речовини - або кільце з негативною щільністю енергії для роботи. Фізики ніколи не спостерігали негативної маси, тому це залишає негативну енергію єдиним варіантом.

Для створення негативної енергії деформаційний привід використовував би величезну кількість маси, щоб створити дисбаланс між частинками та античастинками . Наприклад, якщо електрон і антиелектрон з’являються поблизу диска основи, одна з частинок потрапляє в пастку маси, і це призводить до дисбалансу. Цей дисбаланс призводить до негативної щільності енергії. Основний привід Алькуб'єра використовував би цю негативну енергію для створення просторово-часового міхура.

Але щоб деформаційний привід генерував достатньо негативної енергії, вам знадобиться багато речовини. Алькуб'єрре підрахував, що для деформації зі 100-метровим бульбашкою знадобиться маса всього видимого Всесвіту .

У 1999 році фізик Кріс Ван Ден Брок показав, що розширення об'єму всередині міхура, але підтримк а постійної площі поверхні значно зменшить потреби в енергії , приблизно до маси Сонця. Значне поліпшення, але все ще далеко за межами усіх практичних можливостей.

Науково-фантастичне майбутнє?

Дві останні статті - одна Олексія Бобріка та Джанні Мартіре, а інша - Еріка Ленца, - пропонують рішення, які, здається, наближають динаміку деформації до реальності.

Бобрік і Мартіре зрозуміли, що, змінюючи простір-час всередині бульбашки певним чином, вони можуть зняти необхідність використовувати негативну енергію. Однак це рішення не створює деформації, яка може йти швидше, ніж світло.

Незалежно Ленц також запропонував рішення, яке не потребує негативної енергії. Він використав інший геометричний підхід для вирішення рівнянь загальної теорії відносності, і, виявивши це, він виявив, що для деформації не потрібно використовувати негативну енергію. Рішення Ленца дозволило б міхуру рухатися швидше, ніж швидкість світла.

Важливо зазначити, що ці захоплюючі розробки є математичними моделями. Як фізик, я не буду повністю довіряти моделям, поки ми не отримаємо експериментальних доказів. Тим не менше, наука про основи дисків потрапляє в поле зору. Як фанат наукової фантастики, я вітаю все це новаторське мислення. За словами капітана Пікарда :

Речі неможливі лише тоді, коли їх немає.

Маріо Борунда , доцент фізики Університету штату Оклахома

Ця стаття опублікована в бесіді під ліцензією Creative Commons. Прочитайте оригінальну статтю .

Підсумок: Якщо людство хоче подорожувати між зірками, людям потрібно буде подорожувати швидше, ніж світло. Нові дослідження показують, що, можливо, можна побудувати деформаційні диски та подолати галактичне обмеження швидкості.

Джерело