Варп-двигатель: как технология из Star Trek поможет покорить космос
Термин «варп-двигатель» придумали фантасты — он хорошо знаком поклонникам сериала Star Trek. Но эта технология имеет серьезное научное обоснование. Денис Юшин, инженер космической отрасли и автор научно-популярного канала Science & Future в «Яндекс.Дзене», разобрался в вопросе и объяснил, почему рано или поздно человечество научится искривлять пространство.
Основываясь на постулатах теории относительности, мексиканский физик Мигель Алькубьерре в 1994 году предположил, что для перемещения на невообразимые расстояния можно использовать способность пространства-времени к сжатию и расширению.
В теории принцип такого перемещения описать просто. Корабль помещается внутрь сферы («пузырь Алькубьерре»), и непосредственно с ним ничего не происходит. Искривление пространства-времени возникает на границах сферы, когда с одной стороны пространство расширяется, а с другой — сжимается. Собственно, сфера по большому счету никуда не движется — перемещается само пространство. Таким образом, скорость движения измеряется не перемещением сферы, а степенью искривления пространства-времени и зависит от разницы энергии впереди и позади корабля: чем она выше, тем быстрее движется пространство.
Сделать это можно только с помощью антиматерии. По подсчетам физиков, для образования «пузыря Алькубьерре» потребуется около 6,3 х 1029 кг антиматерии. Невообразимая масса, учитывая, что мы и нескольких грамм получить пока не можем. К счастью, это были лишь предварительные расчеты — физические и математические теории и модели продолжают совершенствоваться, а круг знаний ученых расширяется.
Проблема в том, что развития технологий сегодня не хватает для создания варп-пузыря. Тем не менее в NASA есть небольшое подразделение Eagleworks Laboratories, которое занимается исследованием этой возможности. Специалисты лаборатории периодически публикуют результаты своей деятельности, но реального прорыва до сих пор не случилось.
При этом теория продолжает развиваться. Пожалуй, главным событием, подтвердившим возможность существования варп-технологии, стала фиксация гравитационных волн. Теперь ученые точно знают, что пространство-время деформируется, а значит, основной задачей становится развитие теории механики этой деформации. Для решения энергетической проблемы есть целый ряд научных направлений: квантовые физика и механика, а также метаматериалы. Тем более что получать антивещество люди уже научились.
С помощью специальной магнитной ловушки физики смогли удержать 38 атомов антиводорода в течение 172 мс (0,172 с). Рекордом на сегодняшний день является удержание 170 000 атомов антиводорода массой около 10–18 г. В рамках одной из существующих математических моделей, описывающих работу варп-двигателя, для полета на Марс понадобится около 140 х 10–9 г антипротонов, так что мы на верном пути.
Кроме того, недавно на борту МКС произошел настоящий прорыв в квантовой физике. С помощью «мини-холодильника» Cold Atom Lab (CAL) удалось охладить атомы рубидия и калия до температуры меньше миллионной доли кельвина, благодаря чему было получено особое состояние вещества — конденсат Бозе — Эйнштейна. В таком сильно охлажденном виде достаточно большое число атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях, после чего квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. Согласно результатам, опубликованным в журнале Nature, удалось продержать вещество в таком состоянии целых 1118 секунд, что говорит о возможности полноценного изучения этого состояния материи. Но при всех достижениях говорить о скором освоении технологии пока рано: для перемещения на межзвездные расстояния потребуется намного больше энергии и антиматерии.
Самый известный энтузиаст варп-двигателей, физик из Университета Алабамы Джозеф Агню проделал большую работу и пришел к выводу, что для запуска потребуется около 1028 кг антиматерии, что приблизительно равно массе Юпитера. Для сравнения, ракета-носитель «Протон-М» расходует при старте около 200 тонн топливной смеси за минуту.
Открытие гравитационных волн уже стало прорывом, который не только подтверждает теорию относительности, но и дает представление о концепции пространственно-временного искажения и деформации. Возможно, гравитационные волны станут двигательным эквивалентом электричества. Ученые уже знают, что эффект искривления пространства-времени возникает естественным образом. Осталось только обуздать его и научиться создавать искусственно.
