Принцип работы варп двигателя. Старая идея с новым взглядом на нее - WARP-двигатель. Вместе с развитием Вселенной

Варп-двигатель, или двигатель Алькубьерре, это гипотетическая технология, которая позволит кораблю, оснащённому таким двигателем, преодолевать межзвёздные расстояния со скоростями, превышающими скорость света. Хорошо известен в научной фантастике. Работа двигателя Алькубьерре возможа, как ожидают некоторые физики, благодаря общерелятивистским эффектам. Пространство перед кораблем сжимается, а позади него - расширяется, что позволяет ему буквально «пронзать» пространство, оставаясь на месте. Корабль не разгоняется - локально - даже до околосветовых скоростей, но тем не менее движется быстрее, чем плоская электромагнитная волна в вакууме. Например, вымышленный варп-двигатель в «Звёздном пути» работает именно так.

В августе 2008 года Министерство обороны США предложило десяткам научных групп заняться рассмотрением вопросов перспектив исследования совершенно новых аэрокосмических технологий, включая новые методы движения, взлета и скрытности. Среди представленных работ наиболее интересной значился 34-страничный доклад, подготовленный двумя учеными под заголовком « , темная энергия и манипуляция дополнительными измерениями». Документ был представлен перед военными 2 апреля 2010 года и лишь недавно был открыто опубликован Разведывательным управлением Министерства обороны США (DIA), сообщает издание Business Insider.

В прошлом месяце исследователи удивили весь заинтересованный мир новостью с потенциально огромными последствиями для космических путешествий и науки в целом. Они провели эксперимент, результаты которого, похоже,

Разведывательное управление Министерства обороны США опубликовало документ о возможности использования темной энергии и манипуляции дополнительными измерениями для создания варп-двигателя.

Такие технологии позволят перемещаться со скоростью выше скорости света, однако, по словам скептически настроенных ученых, их создание на настоящий момент и в обозримом будущем невозможно.

Ученые сообщили, что темная энергия используется для создания разработки. Двигатель сможет преодолеть скорость света.

Новость о создании опубликовали в Разведывательном управлении Пентагона. Конкретно сооружение прозвали варп-двигатель. В Пентагоне разработку расценивают на перспективном уровне, так как благодаря ему эксперты создадут корабль, который позволит обогнать даже движение света. Многие астрофизики полагают, что технологии не имеют таких перспектив, которые видят авторы двигателя будущего. Несмотря на критику, Пентагон верит, что путешествовать быстрее чем скорость света реально. Изначально ученые намерены изучить тайну разгонного усиления Вселенной. Астрофизики сообщают о том, что если существуют помимо нашей еще какие-либо измерения, то перемещения на гипербыстрой скорости не будет чудом.

Как пишут авторы документа, человечество приблизилось к разгадке тайн скрытых измерений и темной энергии, которая служит причиной ускоренного расширения Вселенной. Использование дополнительных измерений, которые вводятся М-теорией, может помочь создать экзотическую материю, необходимую для сверхсветового движения. Такая материя обладает отрицательной плотностью.

Однако некоторые ученые скептически относятся к таким утверждениям. Например, физик Шон Кэрролл (Sean Carroll) считает, что в докладе используются отдельные фрагменты теоретической физики, которые собраны вместе для создания видимости, что у них может быть практическое применение. Однако технология варп-двигателя, возможно, никогда не будет изобретена.

Ещё в 1994 году физик-теоретик Мигель Алькубьерре предложил метод искривления пространства-времени с помощью волны, которая сжимает его впереди и расширяет сзади, создавая «пузырь». Хотя внутри «пузыря» гипотетический корабль не может двигаться со сверхсветовой скоростью, сама волна может преодолеть предел, установленный специальной теорией относительности Эйнштейна.

По словам Кэрролла, хотя теоретически искривить пространство возможно, неизвестно, как для этого получить и использовать материю с отрицательной энергией. Для путешествия к альфе Центавра, удаленной от Земли на 4,367 светового года, потребуется астрономическое количество такой материи, сравнимое с тем, что выделится при полной аннигиляции целой планеты. Хотя ученый не исключает, что в далеком будущем будут разработаны технологии сверхсветового движения, он склоняется к мысли, что они невозможны в принципе.

Иллюстрация варп-поля, создаваемого теоретическим устройством «Двигатель Алькубьерре». Находящийся внутри поля космический корабль сможет двигаться быстрее скорости света за счет «сжатия» ткани пространства перед ним и «разворачиванием» пространства позади

В докладе его авторы затрагивают сразу несколько вопросов, интересующих современную физику. Среди обсуждаемых концептов говорится о темной энергии (предсказал, но не доказал существование которой отец ОТО Альберт Эйнштейн), об искривляющих пространство-время гравитационных волнах, об эффекте Казимира, заключающемся во взаимном притяжении проводящих незаряженных тел под действием квантовых флуктуаций в вакууме, а также об М-теории, в которой говорится о возможном существовании нескольких дополнительных измерений, освоение которых определенно понадобится для работы варп-двигателя.

«Этот документ рассматривает возможность, даже высокую вероятность того, что будущие разработки в области передовых аэрокосмических технологий будут связаны с воздействиями, искажающими пространственно-временные структуры, лежащие в основе пространства вакуума. Это можно назвать вакуумной или метрической инженерией».

«Это далеко не просто причудливая концепция. Существует специализированная литература в рецензируемых публикациях по физике, тема в которых подробно изучается».

«Идея в том, что достаточно продвинутая технология может взаимодействовать и получать прямой контроль над пространственно-временными измерениями. Эта дразнящая своими перспективами возможность, безусловно, заслуживает более глубокого изучения», - говорится в документе.

«Конечно, еще очень долго мы, возможно, будем не в состоянии достичь таких технологических высот, но уже сейчас, на раннем этапе 21 века, мы можем рассмотреть множество впечатляющих физических явлений, которые мы считаем истинными ».

В этом же документе приводится инфографика, объясняющая, насколько быстрыми смогут стать космические путешествия, если человечество сможет передвигаться в космосе со скоростью, в сотню раз превосходящей скорость света

В документе также приводится общий принцип, согласно которому эти путешествия можно будет осуществлять. Так, согласно документу, использование достаточного объема темной энергии позволит «сжимать» перед космическим аппаратом и «разворачивать» позади него пространство. Находясь в своеобразном пузыре, корабль будет защищен от деформаций. Сам корабль внутри поля искажения фактически будет оставаться неподвижным, - перемещаться будет само искаженное пространство, в котором он находится. Это по сути и позволит кораблю двигаться быстрее скорости света, технически не нарушая физический принцип Эйнштейна.

Кэрролл отмечает, что концепт «не является абсолютным бредом», поскольку его математическая модель была разработана еще в 1994 году мексиканским физиком Мигелем Алькубьерре.

«Вы действительно не можете двигаться быстрее скорости света, однако вполне можете себе представить возможность эффективного искривления пространства-времени, которое позволит преодолеть вам этот барьер», - говорит Кэрролл.

« То есть если вы, например, захотите посетить Альфу Центавра, то вполне сможете прибегнуть к принципу искривления пространства-времени, чтобы Альфа Центавра оказалась совсем рядом с вами. Достаточно близко, чтобы можно было добраться туда за день, а не за десятки тысяч лет. Поможет ли вам в этом искривление пространства-времени? Конечно поможет. Но сможете ли вы это сделать? Сомневаюсь ».

По мнению Кэрролла, доклад DIA слишком глубоко закапывается в аналитику.

« В нем обсуждаются варп-двигатель, дополнительные измерения, эффект Казимира и темная энергия. Все эти вещи действительно, возможно, когда-нибудь нам откроются. Но я убежден, что никто не сможет разобраться во всем этом в течение ближайшего тысячелетия, не говоря уже о том, как все это использовать», - комментирует ученый.

Кэрролл считает, что мы очень далеки от реальности с варп-двигателями потому, что пока никто толком не знает, что вообще представляет собой темная энергия (отсюда и название «темная», то есть непонятная), не говоря уже о том, откуда она берется, как ее хранить и уж тем более использовать.

Более того, по мнению ученого, чтобы долететь до Альфы Центавра – ближайшей к нам звездной системе, расположенной в 4,367 светового года – за пару лет с помощью, скажем, космического аппарата объемом в сотню кубических метров, нам придется говорить об астрономических объемах отрицательной энергии.

«Возьмите Землю и превратите весь ее объем в энергию – именно столько вам ее потребуется. Только следует понимать, что именно отрицательной энергии. Сейчас никто понятия не имеет, как это сделать », - говорит Кэрролл.

« И мы не говорим об обычных атомах, из которых состоит Земля, и их рассеивании, как это делось с помощью «Звезды Смерти». Нам придется придумать способ, позволяющий стереть их из этой реальности ».

После этого эту энергию необходимо как-то собрать, сохранить и использовать со 100-процентной эффективностью.

« Это нереальная задача. Здесь вопрос не в том, что «у нас просто нет подходящих транзисторов» для работы. Речь идет о чем-то, что не вписывается в пределы возможности в принципе ».

К слову, в самом докладе и говорится, что все его выводы являются умозрительными; признается факт необходимости использования «огромного объема отрицательной энергии», а также отмечается, что на «полное понимание природы темной энергии может потребоваться очень много времени».

В то же время в документе авторы предполагают, что «экспериментальные научные прорывы в исследованиях с Большим адронным коллайдером, а также дальнейшее развитие М-теории могут привести к квантовому скачку в нашем понимании этой необычной формы энергии и, возможно, новым прямых технологическим инновациям».

Спустя почти десять лет работы БАК так и не нашел хоть какого-нибудь доказательства существования частиц, которые позволили бы приоткрыть завесу тайны вокруг темной энергии. Проводимые эксперименты также не поспособствовали дальнейшему развитию М-теории.

Даже если предположить, что каким-то образом будет обнаружен способ получения темной энергии, а также способ скормить ее планетарный объем варп-двигателям корабля, выбрать подходящее направление для путешествия и даже отправиться в него, мы, а точнее те, кто полетят, столкнутся с не менее важными проблемами, решить которые будет жизненно необходимо еще до начала такого путешествия.

Из-за самого искривления пространства межзвездные путешественники могут утратить контроль над кораблем еще в момент начала полета. На пути следования к своей цели люди также могут столкнуться с проблемами. Есть вероятность, что излучение Хокинга, предположительно находящееся на границах черных дыр и других очень искривленных гравитацией областях космоса, может не только создать помехи в работе варп-поля, но и убить пассажиров корабля, пролетающего мимо.

Замедление космического аппарата также может оказаться смертельным для его команды. Аппарат, выходящий из варпа, может превратить космический газ и пыль, протяженностью в несколько световых лет от места отправки до места назначения, в смертоносную ударную волну из высокозаряженных частиц.

«Наука не позволяет мне одномоментно исключить возможность варп-путешествий, но все-таки я считаю, что это невозможно. Я думаю, что если бы мы лучше понимали физику, то уже бы без всяких сомнений сказали, что это сделать просто невозможно», - подытожил Кэрролл.

В самом начале XX столетия молодой служащий патентного бюро из города Берн потряс своей новой предложенной картиной окружающего мира. Клерка звали Альберт Эйнштейн, а его идея сегодня широко известна как Теория относительности. Дело в том, что на стыке веков в мире физики бытовало популярное мнение, что все секреты природы уже, в общем-то, известны, а ученым осталось всего лишь решить несколько незначительных задач.

Теория относительности буквально перевернула все представления о законах физики. Главным ее достижением стало нахождение точного отношения между пространством и временем. Благодаря Альберту Эйнштейну эти две величины теперь представлялись и представляются физикам, как четко связанные и взаимозависимые. Константой, связывающей время и пространство, стало постоянство скорости распространения света в вакууме. Однако та же самая утверждала, что является максимально возможной скоростью в природе. Поскольку фотоны являются безмассовыми квантовыми частицами, ни одна частица, обладающая положительной массой (а из них состоит окружающая нас материя) не сможет приблизиться к световой скорости. Ведь для этого разгона ей потребовалась бы бесконечная энергия, что по определению невозможно. Но ведь до самых ближайших к нам звезд несколько световых лет. А до многих из них сотни и тысячи Так что же, любой, даже максимально возможно быстрый космический аппарат, обречен тратить века на преодоление

Спасительная «варп-скорость»

Законы физики невозможно нарушить, но, оказывается, они, как и любые юридические законы, оставляют нам лазейки, позволяющие обойти их, перехитрить саму природу. И ответ кроется все в той же Теории относительности. Развивая свои идеи, Эйнштейну и некоторым его современникам удалось также обнаружить связь между пространством-временем и гравитацией. Кратко говоря, эта связь заключается в том, что гравитация искривляет время и пространство.

Так, возле объектов в космосе, обладающих чудовищным гравитационным влиянием, ход времени сильно замедляется, а само пространство буквально сжимается. Этому открытию и обязан своим появлением варп-двигатель - как популярный образ в научной фантастике второй половины XX века, а также в качестве перспективной идеи современных ученых. В пространстве невозможно двигаться быстрее скорости света, однако теоретически само пространство возможно деформировать так, чтобы оно сжималось между двумя объектами. Например, и желанной звездой. Варп-двигатель, таким образом, не смог бы быстро преодолевать далекие расстояния, однако при помощи специально создаваемого поля искривления мог бы сделать эти самые расстояния удивительно близкими. Конечно, пока это всего лишь фантазия, ничего подобного не существует в технологиях людей. Варп-двигатель больше известен благодаря сериалам вроде «Звездного пути», «Звездных врат», «Звездных войн» и подобных им. Ведь там он является важнейшим элементом фантастических историй, объясняющим саму их возможность.

Варп-двигатель НАСА

Однако подобная технология теоретически может быть осуществлена в будущем. Более того, исследования в этой области уже ведутся. Идея была впервые предложена в 1994 году физиком из Мексики Мигелем Алькубьерре. Собственно, именно он и предложил создать своеобразный пузырь, который будет окружать корабль и деформировать вокруг него пространство необходимым образом. Главной проблемой нынешних расчетов остается то, что варп-двигатель может потребовать слишком большую и пока недостижимую энергию для своей работы. Однако уже сегодня НАСА проводится множество экспериментов, призванных разрешить важные проблемы относительно возможностей и физических свойств явления.

Еще не появилась эта новость, но, возможно, ученые из NASA создали варп-двигатель!

Группа ученых из NASA провели серию оптических тестов посредством пропуска через камеру резонатора двигателя лазерных лучей, и оказалось, что скорость проходящих лучей разная, чего быть не должно, так как скорость света постоянна.Поведение лучей полностью соответствует тому, как если бы они проходили через варп–поле. Однако есть вероятность того, что полученные данные есть следствие искажений из–за земной атмосферы, поэтому ученые сейчас хотят повторить тест в вакууме, а в идеале - в космосе.

Если вы еще не знаете, что такое варп-двигатель, вот выдержка из Википедии:
Варп-двигатель (англ. Warp drive, двигатель искривления ) - гипотетическая технология, которая согласно гипотезе позволит кораблю, оснащённому таким двигателем, преодолевать межзвёздные расстояния со скоростями, превышающими скорость света. Это возможно, как ожидают некоторые физики, благодаря генерации специального поля искривления - варп-поля, - которое, окутывая судно, искажает пространственно-временной континуум, перемещая его. Двигатель искривления не будет разгонять физическое тело быстрее скорости света в обычном пространстве, но использует свойства пространства-времени для перемещения быстрее, нежели это происходит с плоской электромагнитной волной (светом) в вакууме.

В общих чертах принцип работы варп-двигателей заключается в деформации пространства впереди и позади звездолёта, позволяя тому двигаться быстрее скорости света. Пространство «сжимается» перед судном и «разбухает» позади судна. При этом само судно находится в своеобразном «пузыре», оставаясь защищённым от деформаций. Сам корабль внутри поля искажения фактически остаётся неподвижным: перемещается само искажённое пространство, в котором он находится. Например, вымышленный варп-двигатель в Звездном пути работает именно так.

«Мистер Сулу, установите курс, скорость варп два» - эти слова, пожалуй, известны каждому поклоннику научной фантастики. Они принадлежат Джеймсу Кирку, капитану звездолета «Энтерпрайз» из легендарного сериала «Звездный путь» . По сюжету, герои перемещаются по Галактике в сотни раз быстрее света благодаря варп-двигателю , который искривляет окружающее пространство.

В далекие 1960-е годы, когда сериал вышел на экраны, это воспринималось как неосуществимая фантазия. Но сегодня многие ученые и инженеры всерьез говорят о возможности создания такого двигателя, и более того, уже есть конкретные предложения.

Скоростной лимит Вселенной

Наша Солнечная система расположена на довольно разреженном участке Млечного Пути, с невысокой плотностью звездных скоплений. Ближайшая к нам звездная система альфа Центавра находится от Солнца в 4,36 светового года. На современных ракетах, развивающих скорость 10-15 километров в секунду, космонавтам пришлось бы лететь к ней более 70 000 лет!

И это при том, что общий диаметр нашей Галактики составляет 100 000 световых лет. Если мы не можем преодолеть даже такое ничтожное по меркам Вселенной расстояние, то не стоит и заикаться о колонизации и освоении дальнего космоса.

Есть и другая, более серьезная преграда на пути к звездам. Она отражена в теории относительности Эйнштейна. До появления теории в 1905 году в физике безраздельно властвовала небесная механика Ньютона. По ней, скорость света зависела от скорости движения наблюдателя. То есть если бы вам удалось догнать свет и двигаться вместе с ним, то он для вас просто остановился бы. Позже Максвелл дал этой теории математическое обоснование.

Еще будучи студентом, Альберт Эйнштейн не мог принять этот постулат - чувствовал, что где-то здесь кроется ошибка. В конце концов, он нашел ответ на мучивший его вопрос. Он доказал, что скорость света постоянна и никоим образом не зависит от постороннего наблюдателя.

Получалось, что свет догнать невозможно. Как бы быстро вы ни передвигались, свет все равно будет впереди. Знаменитая эйнштейновская формула Е = мс², где энергия тела равна его массе, помноженной на скорость света в квадрате, гласит буквально следующее: для того чтобы разогнать объект до световой скорости, потребуется бесконечное количество энергии, а это значит, что объект должен иметь бесконечную массу. По сути, ракета, которая хочет разогнаться до скорости света, будет весить как вся Вселенная!

Разумеется, в реальной жизни это сделать абсолютно невозможно, скорость света - своего рода вселенский инспектор ДПС, раз и навсегда поставивший скоростное ограничение.

Казалось бы, это ставит крест на мечте человечества о полете к далеким звездам. Однако через десять лет после публикации специальной теории относительности появилась общая теория относительности, где давались более расширенные комментарии и дополнения.

В общей теории относительности Эйнштейн объединил пространство и время. До этого они считались разными физическими понятиями. Для лучшей иллюстрации он сравнил пространство-время с полотном. При определенных условиях это полотно может двигаться гораздо быстрее света. Однако это не давало ответа на главный вопрос: как же все-таки обогнать свет?

Почти 70 лет множество исследователей ломали голову над этой загадкой. И в один прекрасный день один молодой ученый включил телевизор и, переключая каналы, наткнулся на фантастический сериал. Во время просмотра его вдруг осенило, и он понял, как можно развить сверхсветовую скорость, не нарушая при этом законов физики. Этого ученого зовут Мигель Алькубьерре.

Варп-драйв

Тогда, в 1994 году, Алькубьерре изучал теорию относительности в Университете в Кардиффе (Уэльс, Великобритания). По телевизору он увидел сериал «Звездный путь». Ученый обратил внимание на то, что для перемещения в космосе герои используют двигатель деформации пространства, или варп-драйв.

Как когда-то яблоко, упавшее на голову Ньютону, подвигло его на создание небесной механики, так и телешоу вдохновило Мигеля на рождение теории, которая, возможно, раз и навсегда покончит со скоростной «дискриминацией» Вселенной.

Алькубьерре принялся за расчеты и вскоре опубликовал полученные результаты. За основу он взял общую теорию относительности, в которой говорится, что если приложить определенное количество энергии или массы, то можно заставить пространство двигаться быстрее света.

Для этого необходимо создать вокруг корабля специальный пузырь, или поле деформации. Это варп-поле будет сжимать пространство впереди корабля и расширять позади. Получается, что корабль фактически никуда не движется, сам космос искривляется и толкает корабль в заданном направлении.

Внутри пузыря время и пространство не подвергаются деформации и искривлению. Поэтому экипаж судна не испытывает каких-либо дополнительных перегрузок, и может показаться, будто бы ничего и не менялось. В таком случае в космос смогут летать не только астронавты, прошедшие специальный медицинский отбор и подготовку, но и обычные люди.

Если бы вы оказались на мостике корабля во время его движения со сверхсветовой скоростью и взглянули на окружающий вас космос, звезды превратились бы в длинные штрихи. Но если вы посмотрите назад, то не увидите ничего, кроме непроглядной тьмы, так как свет не может догнать вас.

Алькубьерре подсчитал, что варп-двигатель позволит развивать скорость в 10 раз быстрее света, однако, по его же мнению, ничто не мешает увеличить мощность двигателя и разгоняться до более высоких показателей.

Однако при ознакомлении с теорией Алькубьерре Сергей Красников из Главной астрономической обсерватории в Пулково выявил одну особенность. Дело в том, что пилот не сможет произвольно менять траекторию движения судна. То есть если вы, к примеру, летите от Земли к Сириусу и вдруг вспоминаете, что не выключили дома утюг, то вернуться назад уже не получится. Придется сначала долететь до пункта назначения, а потом возвращаться назад.

Более того, у вас также не получится связаться с кем-либо, поскольку варп-поле полностью изолирует корабль от внешнего мира и блокирует любые сигналы. Поэтому Красников сравнил путешествие на таком корабле с поездкой в подземке. Он так и назвал это «сверхсветовым метро».

Но это не главная проблема. Само поле деформации должно обладать отрицательным зарядом. Для его создания нужна отрицательная энергия, о существовании которой уже долгие годы идут споры.

То, чего не может быть

Если гравитация - это энергия притяжения, то отрицательная энергия должна обладать противоположными свойствами и отталкивать от себя посторонние объекты. Но как же получить такую энергию?

В 1933 году голландский физик Хендрик Казимир выдвинул предположение, что если взять две идентичные металлические пластины и расположить их идеально параллельно друг другу на минимально возможном расстоянии, то они начнут притягиваться. Как будто незримая сила толкает их навстречу друг другу.

Согласно квантовой механике, вакуум не является абсолютно пустым местом, в нем постоянно возникают пары частиц вещества и антивещества, которые мгновенно сталкиваются и аннигилируют. Этот процесс занимает буквально миллиардные доли секунды. При их столкновении выделяется микроскопическое количество энергии, что создает в «пустом» вакууме ненулевое суммарное давление.

Важно приблизить пластинки друг к другу как можно ближе, тогда объем частиц снаружи будет намного превышать их количество в промежутке между пластинами. Как результат, давление снаружи будет сдавливать пластины, а их энергия будет, в свою очередь, становиться меньше нуля, то есть отрицательной. В 1948 году в ходе эксперимента удалось измерить отрицательную энергию. В историю это вошло под названием «эффект Казимира».

В 1996 году после 15 лет опытов и исследований Стиву Ламоро из Лос-Аламосской национальной лаборатории совместно с Умаром Мохидином и Анушри Роем из Университета Калифорнии в Риверсайде удалось точно измерить эффект Казимира. Он равнялся заряду эритроцита - красного кровяного тельца.

Увы, но это просто чудовищно мало для создания поля деформации, нужно в миллиарды раз больше. До тех пор пока не получится вырабатывать отрицательную энергию в промышленных масштабах, варп-двигатель так и останется на бумаге.

Через тернии к звездам

Несмотря на все сложности в создании, варп-двигатель является наиболее вероятным кандидатом для осуществления первого межзвездного полета. Альтернативные проекты, такие как солнечный парус или термоядерный двигатель, могут развить лишь субсветовые скорости, а такие как кротовые норы или звездные врата, чересчур сложны, и их реализация - вопрос тысяч лет.

Сегодня наиболее активно разработкой прототипа варп-двигателя занимается NASA, чьи специалисты уверены, что это скорее техническая проблема, нежели теоретическая. И команда инженеров уже занимается этим в Космическом центре имени Джонсона, где когда-то готовили первый полет человека на Луну.
По мнению многих экспертов, скорее всего первые образцы технологии деформации пространства появятся не ранее чем через 100 лет, при условии наличия постоянного финансирования.

Скажете, фантастика? Но, может, стоит вспомнить, что за несколько лет до того как братья Райт подняли в воздух свой самолет, выдающийся английский физик Уильям Томсон сказал, что ничто тяжелее воздуха не способно летать. А 60 лет спустя первый космонавт Земли улыбнулся и сказал: «Поехали!..»

Адилет УРАИМОВ