Досветовой варп-двигатель работает без отрицательной энергии — секрет прячется в конструкции

Долгое время концепция варп-двигателя в общей теории относительности оставалась заложницей решения Мигеля Алькубьерре. Ученый написал уравнение, которое позволяло путешествовать быстрее света, сжимая пространство перед кораблем и расширяя позади. У решения был лишь один недостаток: для его работы требовалась "отрицательная энергия" — субстанция, существование которой не подтверждено и противоречит известным законам физики макромира.

Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

Вспышка в космосе

В 2021 году физики Алексей Бобрик и Джанни Мартире из лаборатории Applied Physics опубликовали работу, которая пересматривает его подход. Они пересмотрели само определение варп-двигателя, спустив его с небес абстрактной математики на землю реальной инженерии.

Главный вывод исследования: варп-двигатель возможен без отрицательной энергии. Но при одном условии — он не должен обгонять свет.

Оболочка вместо пузыря

Авторы предложили рассматривать варп-двигатель не как волну пространства-времени, а как материальный объект. В их модели это оболочка из очень плотной материи, внутри которой находится защищенная зона для пассажиров.

Внутри этой зоны пространство остается плоским и привычным, там действуют законы Ньютона, и пассажиров не разрывает гравитацией. Снаружи — обычный космос. Все "волшебство" происходит внутри самой стенки оболочки: именно ее масса и плотность меняют геометрию пространства.

Бобрик и Мартире разделили все возможные двигатели на классы. Самым перспективным оказался Класс I: досветовой варп. Расчеты показали, что такую конструкцию можно создать из обычной материи с положительной массой. Это переводит дискуссию из области "это работает только на бумаге" в плоскость "это очень трудно построить".

Геометрия экономии

Почему решение Алькубьерре требовало энергии больше, чем содержится во всей Вселенной? Потому что оно было сферическим.

Новое исследование доказывает: форма критически важна. Если вместо шара сделать оболочку плоской (в форме диска или бублика), ориентированной перпендикулярно движению, энергетические затраты падают колоссально.

Сферический корабль требует невозможных объемов энергии. Плоский корабль, летящий плашмя, требует огромных, но конечных и понятных величин. Тут интересно заметить, что "летающие тарелки" из научной фантастики имеют под собой вполне рациональное геометрическое обоснование — это самая энергоэффективная форма для искажения пространства.

Замедление времени без черных дыр

Зачем нужен варп-двигатель, если он летит медленнее света? Казалось бы, обычная ракета справится не хуже.

Ответ кроется в управлении временем. Материальная оболочка варп-драйва способна менять ход часов внутри корабля относительно внешнего мира.

Настроив параметры оболочки, можно добиться того, чтобы время для экипажа текло значительно медленнее. Полет к соседней звезде займет годы для наблюдателя с Земли, но для астронавтов внутри пройдут недели или месяцы. Это решает главную проблему межзвездных перелетов — старение экипажа, причем без использования заморозки или анабиоза.

Проблема двигателя

Исследование разрушило один из главных мифов научной фантастики. Принято считать, что варп-пузырь движется сам по себе, скользя сквозь пространство.

Бобрик и Мартире показали, что это нарушение законов физики. Варп-корабль — это инерциальный объект. Как и любой автомобиль или самолет, он не может разогнаться без приложения силы. Искривление пространства снижает сопротивление или меняет течение времени, но оно не создает тягу.

Даже кораблю с варп-оболочкой нужен обычный ракетный двигатель или другой источник импульса, чтобы начать движение.

Что это меняет?

Мы пока не можем построить варп-двигатель — для этого нужны технологии манипулирования материей сверхвысокой плотности. Но работа Бобрика и Мартире сделала нечто более важное: она "легализовала" эти исследования.

Раньше физик, занимающийся варпом, считался фантазером, изучающим невозможное. Теперь у нас есть математическое доказательство того, что манипуляция пространством для транспортировки людей возможна в рамках известной физики, без привлечения магии "отрицательной массы". Осталось решить инженерные вопросы.

В ходе прочтения статьи может возникнуть ряд вопросов

Попробуем их рассмотреть и субъективно ответить на самые интересные:

1. Проблема "Варп-слепоты": что видит пилот?

Вопрос: мы находимся внутри оболочки из сверхплотной материи, которая настолько мощная, что искривляет пространство и меняет ход времени. Сможем ли мы вообще видеть, куда летим?

Ответ: скорее всего, полет будет проходить вслепую.
С точки зрения оптики, варп-оболочка — это экстремальная гравитационная линза. Свет, пытающийся попасть снаружи внутрь, будет вести себя неадекватно.

Если оболочка прозрачна, то небо снаружи превратится в безумный калейдоскоп. Звезды могут сжаться в одну ослепительную точку по курсу или размазаться в кольца. Привычная навигация "по звездам" станет невозможной — компьютеру придется непрерывно пересчитывать искажения реальности.

Если оболочка непрозрачна, а скорее всего, так и будет, ведь для нужной плотности требуется материя вроде той, из которой состоят нейтронные звезды. В этом случае корабль превращается в подводную лодку. Пилотам придется полагаться на сенсоры, вынесенные на поверхность самой оболочки, и передавать сигнал внутрь по кабелям. Но и здесь проблема: сигналы, идущие снаружи внутрь, тоже будут искажаться гравитацией.

2. Парадокс "Люка": Как попасть внутрь?

Вопрос: варп-драйв описывается как замкнутая оболочка. Но как пассажиры попадают внутрь? Можно ли сделать в варп-двигателе дверь?

Ответ: это инженерный кошмар. Физика утверждает: гравитация внутри сферической оболочки отсутствует, только если эта оболочка идеально цельная и симметричная. Как только вы прорезаете в борту люк для стыковки, вы нарушаете баланс массы. Гравитационные силы, которые раньше взаимно гасили друг друга, выйдут из равновесия. В тот момент, когда шлюз откроется, стенки оболочки начнут тянуть корабль в разные стороны с чудовищной силой.

3. Варп как "Абсолютное оружие"

Вопрос: если варп-драйв — это массивная оболочка, летящая на огромной скорости вслепую, что случится, если она врежется в планету?

Ответ: это будет катастрофа, по сравнению с которой падение астероида, убившего динозавров, покажется легким испугом. В фантастике варп-поле часто позволяет кораблю проходить сквозь препятствия. Но в новой физической модели это плотная материя. Представьте объект массой с Луну (а варп требует огромных масс), который врезается в Землю даже на 10% от скорости света. Кинетическая энергия такого удара может буквально испарить планету или разорвать ее на куски. Более того, сама оболочка является идеальной защитой. Любой космический мусор, метеорит или ракета, ударившая в варп-корабль, столкнется с материей запредельной плотности и исчезнет без следа. Варп-корабль — это неуязвимый бронебойный снаряд вселенского масштаба.

4. Проблема "микроволновки": не сгорим ли мы?

Вопрос: мы используем варп-оболочку, чтобы замедлить время внутри и пережить долгий полет к звездам. Но как это влияет на температуру внутри корабля?

Ответ: корабль рискует превратиться в печь. Если время внутри течет медленнее, чем снаружи (допустим, внутри проходит минута, а снаружи — час), то свет и частицы, влетающие в корабль из космоса, будут казаться наблюдателю внутри невероятно энергичными. Обычный видимый свет звезд при входе в зону замедленного времени сместится в жесткий рентгеновский или гамма-диапазон. Оболочка должна работать не только как двигатель, но и как идеальный радиационный щит. Иначе экипаж прилетит в будущее, но в виде хорошо прожаренного стейка.