Важко жити у релятивістському Всесвіті, де навіть найближчі зірки так далеко, а швидкість світла абсолютна. Тож не дивно, чому наукові фантастичні франшизи зазвичай використовують FTL (швидше, ніж світло) як сюжетний пристрій. Натиснути кнопку, натиснути педаль, і система фантазії приводу - роботу якої ніхто не може пояснити - переведе нас в інше місце в просторі-часі.
Однак в останні роки наукове співтовариство стало зрозуміло схвильоване і скептично ставиться до тверджень про те, що певна концепція - Alcubierre Warp Drive - насправді може бути реальною. Це було предметом презентації, проведеної на цьогорічному Американському інституті аеронавтики та космонавтики енергетики та енергетичного форуму, що проходив з 19 по 22 серпня в Індіанаполісі.
Ця презентація була проведена Джозефом Агнєу - інженером і науковим співробітником університету Алабами в Центрі досліджень в галузі Хантсвілла (КНР). У рамках сесії під назвою «Майбутнє ядерного та проривного руху» Агнеу поділився результатами дослідження, яке він провів під назвою «Експертиза теорії та основи основи для визначення стану мистецтва та здійсненності».
Як пояснив Агнєу набитому домі, теорія, що лежить в основі системи вивороту, є досить простою. Спочатку запропонований мексиканським фізиком Мігелем Алкуб'єром у 1994 році, ця концепція системи FTL розглядається людиною як високотеоретичне (але, можливо, дійсне) рішення рівнянь Ейнштейна, яке описує взаємодію простору, часу та енергії у нашому Всесвіті.
По-простому, Alcubierre Drive досягає руху FTL, розтягуючи тканину простору-часу у хвилі, внаслідок чого простір перед ним стискається, тоді як простір позаду нього розширюється. Теоретично, космічний апарат всередині цієї хвилі міг би проїхати цей «пухирчастий міхур» і досягти швидкостей, що перевищують швидкість світла. Це те, що відомо як «Метрика Алькаб’є».
Інтерпретована в контексті загальної відносності, внутрішність цього пухирчастого міхура становила б інерційну систему відліку для всього, що знаходиться всередині нього. Таким же чином, такі бульбашки можуть з’являтися в раніше плоскій області простору і перевищувати швидкість світла. Оскільки корабель не рухається через простір-час (але рухається сам простір-час), звичайні релятивістські ефекти (наприклад, дилатація часу) не застосовуються.
Коротше кажучи, метрика Алкуб'єра дозволяє здійснювати подорожі FTL, не порушуючи законів відносності у звичайному розумінні. Як Агнеу розповів Space Magazine електронною поштою, він був натхненний цією концепцією ще в середній школі і дотримується її з тих пір:
«Я більше поглиблювався математикою та наукою, і, як результат, почав цікавитись науковою фантастикою та передовими теоріями в більш технічному масштабі. Я почав переглядати Star Trek, серіали Original та The Next Generation і помітив, як вони передбачили або надихнули на винахід стільникових телефонів, планшетів та інших зручностей. Я подумав про деякі інші технології, такі як фотонні торпеди, фазери та варп-драйв, і спробував дослідити, що про це повинні сказати «наука про зірковий похід» та «реальний еквівалент науки». Потім я натрапив на оригінальний документ Мігеля Алкуб'єра, і, перетравивши його на деякий час, почав займатися іншими ключовими словами та документами та заглиблюватися в теорію ».
Незважаючи на те, що ця концепція взагалі була відхилена за те, що вона цілком теоретична і дуже спекулятивна, за останні роки в неї вдихнулося нове життя. Заслуга в цьому належить доктору Гарольду "Сонні" Уайту, керівнику вдосконалених установок в лабораторії розширеної фізичної силової установки NASA Johnson космічного центру (він же "Лабораторія орлів").
Під час 100-річного симпозіуму зірок у 2011 році доктор Уайт поділився деякими оновленими розрахунками метрики Алкуб'єра, які були предметом презентації під назвою «Механіка повороту поля 101» (та однойменного дослідження). За словами доктора Уайта, теорія Алкуб'єра була обґрунтованою, але потребувала серйозних тестувань та розробок. Відтоді він та його колеги займаються саме цими справами через лабораторію Eagleworks.
Аналогічно, Агнеу провів більшу частину своєї академічної кар'єри, вивчаючи теорію та механіку за основою механіки. Під керівництвом доктора Джейсона Кассібрі - доцента машинобудування та аерокосмічної інженерії та викладача Центру досліджень в галузі гривні - робота Агнеу завершилася дослідженням, яке стосується основних перешкод та можливостей, що надаються дослідженням викривної механіки.
Як розповів Агнеу, одним із найбільших є той факт, що концепція «деформації» все ще не сприймається дуже серйозно в наукових колах:
“На моєму досвіді згадка про варп-драйв, як правило, викликає посмішки в розмові, тому що це так теоретично і правильно з наукової фантастики. Насправді, часто його зустрічають із зневажливими зауваженнями і використовують як приклад чогось абсолютно чужого, що зрозуміло. Я знаю, що в своєму власному випадку я спочатку згрупував це, подумки, в ту ж категорію, що і типові надсвітні концепції, оскільки, очевидно, всі вони порушують припущення "швидкість світла - кінцева швидкість". Тільки тоді, коли я більш ретельно занурився в теорію, зрозумів, що у них немає цих проблем. Я думаю, що буде / буде набагато більше інтересу, коли люди заглиблюються в прогрес, який було досягнуто. Історично теоретичний характер ідеї також сам по собі є ймовірним стримуючим фактором, оскільки набагато складніше бачити істотний прогрес, коли ви дивитесь рівняння замість кількісних результатів.“
Незважаючи на те, що поле все ще перебуває в зародковому стані, відбувся ряд останніх подій, які допомогли. Наприклад, відкриття в 2016 році вченими LIGO гравітаційних хвиль (GWS) гравітаційними хвилями (GWS), які підтвердили прогноз, зроблений Ейнштейном століття тому, і доводить, що в основі існує привід основи. Як зазначав Агнеу, це, мабуть, найзначніший розвиток, але не єдиний:
“Протягом останніх 5-10 років чимало було досягнуто чудового прогресу в напрямку прогнозування очікуваних ефектів накопичувача, визначення того, як можна його створити, підсилення фундаментальних припущень та концепцій, і, мій особистий фаворит , способи перевірки теорії в лабораторії.
"Відкриття LIGO кілька років тому було, на мій погляд, величезним стрибком вперед в науці, оскільки експериментально доведено, що космічний час може" перекоситись "і зігнутись у присутності величезних гравітаційних полів, і це поширюється по всьому Всесвіт у спосіб, який ми можемо виміряти. Раніше було розуміння, що це, мабуть, так, саме завдяки Ейнштейну, але ми це вже точно знаємо ».
Оскільки система покладається на розширення та стиснення простору, сказав Агнеу, це відкриття продемонструвало, що деякі з цих ефектів відбуваються природним шляхом. "Тепер, коли ми знаємо, що ефект справжній, наступне питання, на мій погляд, таке:" як ми його вивчаємо, і чи можемо ми самі його генерувати в лабораторії? ", - додав він. "Очевидно, що щось подібне було б величезною інвестицією часу та ресурсів, але мало б корисно".
Звичайно, концепція Warp Drive вимагає додаткової підтримки та численних досягнень, перш ніж будуть можливі експериментальні дослідження. Сюди входять досягнення в плані теоретичної бази, а також технологічні досягнення. Якщо ці проблеми розглядаються як проблеми з розміром «укусу» замість одного масштабного виклику, зазначив Агнеу, то прогрес обов'язково буде досягнутий:
«По суті, необхідне для варп-драйву - це спосіб розширити та скоротити простір-час за власним бажанням та місцевим чином, наприклад, навколо невеликого предмета чи корабля. Ми точно знаємо, що дуже великі енергетичні щільності, наприклад, у вигляді ЕМ-полів або маси, можуть викликати викривлення в просторі-часі. Однак для цього потрібні величезні кошти з нашим поточним аналізом проблеми ».
«На зворотному боці технічні райони повинні намагатися максимально вдосконалити обладнання та обробити, зробивши ці щільні показники високої енергії більш правдоподібними. Я вважаю, що є ймовірність, що коли ефект можна буде дублювати в лабораторних масштабах, це призведе до набагато глибшого розуміння того, як працює гравітація, і може відкрити двері до деяких ще нерозкритих теорій чи лазівки. Я думаю, підводячи підсумок, найбільша перешкода - це енергія, і з цим приходять технологічні перешкоди, потребують більших полів ЕМ, більш чутливого обладнання тощо.“
Велика кількість позитивної та негативної енергії, необхідної для створення пухирчастої бульбашки, залишається найбільшою проблемою, пов'язаною з концепцією Алькуб'єра. В даний час вчені вважають, що єдиний спосіб підтримати щільність негативної енергії, необхідну для отримання бульбашки, - це через екзотичну речовину. Вчені також оцінюють, що загальна потреба в енергії була б еквівалентна масі Юпітера.
Однак це є значним падінням від попередніх оцінок енергії, які стверджували, що це займе енергетичну масу, еквівалентну всій Всесвіту. Тим не менш, кількість екзотичної речовини Юпітера все ще непомірно велика. У цьому відношенні ще потрібно досягти значного прогресу, щоб зменшити енергетичні потреби до чогось більш реалістичного.
Єдиний передбачуваний спосіб зробити це - подальший прогрес у квантовій фізиці, квантовій механіці та метаматеріалах, каже Агнеу. Що стосується технічної сторони речей, подальший прогрес потрібно буде досягти у створенні надпровідників, інтерферометрів та магнітних генераторів. І, звичайно, є питання фінансування, яке завжди є викликом, коли мова йде про концепції, які вважаються "там".
Але, як заявляє Агнеу, це не є непереборним викликом. З огляду на прогрес, який було досягнуто до цього часу, є
“До цих пір ця теорія підтвердила, що її варто переслідувати, і зараз простіше, ніж раніше, надати докази її законності. З точки зору виправдання розподілу ресурсів не важко зрозуміти, що здатність досліджувати за межами нашої Сонячної системи, навіть поза нашою галактикою, була б величезним стрибком для людства. І зростання технологій, що виникає внаслідок просування меж досліджень, безумовно, буде корисним ».
Як і авіоніка, ядерні дослідження, космічна розвідка, електромобілі та багаторазові ракетні прискорювачі, Alcubierre Warp Drive, здається, судився бути однією з тих концепцій, яким доведеться боротися на своєму шляху. Але якщо ці інші історичні випадки є якимись ознаками, з часом це може пройти точку неповернення і раптом здатися цілком можливою!
І зважаючи на нашу зростаючу зайнятість екзопланетиками (ще одним вибуховим полем астрономії), не вистачає людей, які сподіваються відправляти місії до сусідніх зірок для пошуку потенційно мешканців планети. І як вищезазначені приклади, безумовно, демонструють, що часом все, що потрібно для того, щоб м'яч котився, є гарним поштовхом ...
Верхнє зображення - "IXS Starship ». Кредит і ©: Марк Радемакер (2016)
