"Herr Sulu, sätt kursen, varphastigheten är två" - kanske är dessa ord kända för alla fans av science fiction. De tillhör James Kirk, kaptenen för Starship Enterprise från den legendariska Star Trek-serien. Enligt handlingen rör sig hjältarna runt galaxen hundratals gånger snabbare än ljus tack vare varpdrevet som böjer det omgivande rymden.
I fjärran 1960-talet, när serien släpptes på skärmar, upplevdes den som en omöjlig fantasi. Men idag talar många forskare och ingenjörer på allvar om möjligheten att skapa en sådan motor, och dessutom finns det redan konkreta förslag.
Universumets hastighetsgräns
Vårt solsystem är beläget i en ganska tunn del av Vintergatan med en låg täthet av stjärnkluster. Det närmaste stjärnsystemet, Alpha Centauri, är 4,36 ljusår från solen. På moderna raketer, som utvecklar en hastighet på 10-15 kilometer per sekund, skulle astronauter behöva flyga till den i mer än 70 000 år!
Och detta trots att vår Galaxys totala diameter är 100 000 ljusår. Om vi inte ens kan övervinna ett sådant obetydligt avstånd med universums standarder, borde vi inte ens stamna om kolonisering och utforskning av djupa rymden.
Det finns ett annat, mer allvarligt hinder på vägen till stjärnorna. Det återspeglas i Einsteins relativitetsteori. Innan teorin dök upp 1905, regerade Newtons himmelmekanik högst i fysiken. Enligt det berodde ljusets hastighet på observatörens rörelseshastighet. Det vill säga, om du lyckades få tag på ljuset och flytta med det, skulle det helt enkelt stoppa för dig. Senare gav Maxwell denna teori en matematisk grund.
Medan han fortfarande var student kunde Albert Einstein inte acceptera detta postulat - han kände att någonstans var det ett misstag. Till slut fann han svaret på frågan som plågade honom. Han bevisade att ljusets hastighet är konstant och på inget sätt beror på en extern observatör.
Kampanjvideo:
Det visade sig att det var omöjligt att komma på ljuset. Oavsett hur snabbt du rör dig kommer ljuset fortfarande att vara framåt. Einsteins berömda formel E = ms², där energin i en kropp är lika med dess massa multiplicerad med kvadratet med ljusets kvadrat, läser bokstavligen följande: för att påskynda ett objekt till ljushastighet krävs en oändlig mängd energi, vilket innebär att ett objekt måste ha en oändlig massa. I själva verket kommer en raket som vill accelerera till ljusets hastighet väga lika mycket som hela universum!
Naturligtvis är det i verkliga livet absolut omöjligt att göra detta, ljusets hastighet är en slags universell DPS-inspektör som en gång för alla sätter hastighetsgränsen.
Det verkar som om detta slutar mänsklighetens dröm om att flyga till avlägsna stjärnor. Tio år efter publiceringen av särskild relativitetsteori dök emellertid allmän relativitet, där mer omfattande kommentarer och tillägg gavs.
I generell relativitet kombinerade Einstein rum och tid. Innan dess betraktades de som olika fysiska begrepp. För en bättre illustration jämförde han rymdtid med duk. Under vissa förhållanden kan denna duk röra sig mycket snabbare än ljus. Men detta gav inte svaret på huvudfrågan: hur, trots allt, att ta över ljuset?
Under nästan 70 år har många forskare förundrat sig över detta mysterium. Och en fin dag slog en ung forskare på TV: n och växlade kanaler, kom över en fantastisk serie. När han tittade på det gick det plötsligt upp för honom, och han insåg hur han skulle utveckla superluminal hastighet utan att bryta mot fysikens lagar. Denna forskares namn är Miguel Alcubierre.
Warpdrift
Sedan 1994 studerade Alcubierre relativitetsteorin vid University of Cardiff (Wales, Storbritannien). På TV såg han serien "Star Trek". Forskaren uppmärksammade det faktum att hjältar använder en rymdeformationsmotor, eller varpdrivning, för att röra sig i rymden.
Precis som äpplet som föll på Newtons huvud en gång inspirerade honom att skapa himmelmekanik, så inspirerade TV-serien Miguel till att föda en teori som en gång för alla kan få slut på universitetets "snabba" diskriminering.
Alcubierre började beräkna och publicerade snart resultaten. Han grundade den allmänna relativitetsteorin, som säger att om du tillämpar en viss mängd energi eller massa kan du få rymden att röra sig snabbare än ljus.
För att göra detta måste du skapa ett speciellt bubbla- eller deformationsfält runt fartyget. Detta varpfält kommer att krympa utrymmet framför fartyget och expandera bakom. Det visar sig att fartyget faktiskt inte rör sig någonstans, rymden i sig böjer sig och skjuter fartyget i en given riktning.
Tid och utrymme inuti bubblan utsätts inte för deformation och snedvridning. Därför upplever fartygets besättning inga ytterligare överbelastningar och det kan verka som om ingenting har förändrats. I detta fall kommer inte bara astronauter som har godkänt speciellt medicinskt urval och utbildning, utan också vanliga människor att kunna flyga ut i rymden.
Om du skulle vara på fartygets bro under dess rörelse i superluminal hastighet och titta på utrymmet runt dig, skulle stjärnorna förvandlas till långa slag. Men om du tittar tillbaka så ser du ingenting annat än ogenomträngligt mörker, eftersom ljuset inte kan komma i kontakt med dig.
Alcubierre beräknade att en varpdrivning skulle tillåta en hastighet att nås 10 gånger snabbare än ljus, men enligt hans åsikt hindrar ingenting en ökning av motoreffekten och accelerationen till högre hastigheter.
När han bekanta sig med Alcubierres teori avslöjade emellertid Sergei Krasnikov från Main Astronomical Observatory i Pulkovo en funktion. Faktum är att piloten inte kommer att kunna ändra fartygets bana godtyckligt. Det är, om du till exempel flyger från jorden till Sirius och plötsligt kommer ihåg att du inte stängde av järnet hemma, kommer du inte att kunna gå tillbaka. Du måste först flyga till din destination och sedan återvända tillbaka.
Dessutom kommer du inte att kunna kontakta någon, eftersom varpfältet helt isolerar fartyget från omvärlden och blockerar några signaler. Därför jämförde Krasnikov en resa på ett sådant fartyg med en resa i tunnelbanan. Han kallade det "FTL-tunnelbana".
Men detta är inte huvudproblemet. Själva deformationsfältet måste ha en negativ laddning. För att skapa den behövs negativ energi, vars existens har diskuterats i många år.
Vad kan inte vara
Om tyngdkraften är attraktionens energi, bör negativ energi ha motsatta egenskaper och avvisa främmande föremål från sig själv. Men hur får du sådan energi?
År 1933 föreslog den nederländska fysikern Hendrik Casimir att om du tar två identiska metallplattor och placerar dem perfekt parallellt med varandra på minsta möjliga avstånd, kommer de att börja locka. Som om en osynlig kraft driver dem mot varandra.
Enligt kvantmekanik är vakuumet inte ett absolut tomt ställe, par av ämnen och antimateriella partiklar förekommer ständigt i det, som omedelbart kolliderar och förstörs. Denna process tar bokstavligen miljontals sekund. När de kolliderar frigörs en mikroskopisk mängd energi, vilket skapar ett icke-nollt totaltryck i ett "tomt" vakuum.
Det är viktigt att föra plattorna så nära varandra som möjligt, då kommer volymen av partiklar på utsidan att överstiga deras antal i gapet mellan plattorna. Som ett resultat kommer trycket från utsidan att pressa plattorna, och deras energi blir i sin tur mindre än noll, det vill säga negativt. 1948 lyckades ett experiment mäta negativ energi. Det försvann i historien under namnet "Casimir-effekten".
1996, efter 15 års experiment och forskning, lyckades Steve Lamoreau från Los Alamos National Laboratory, tillsammans med Umar Mohidin och Anushri Roy från University of California vid Riverside, noggrant mäta Casimir-effekten. Det var lika med laddningen av en erytrocyt - en röd blodcell.
Tyvärr är detta helt enkelt otroligt litet för att skapa ett deformationsfält, det tar miljarder gånger mer. Tills det är möjligt att generera negativ energi i industriell skala, kommer varpdrivningen att förbli på papper.
Genom svårigheter mot stjärnorna
Trots alla svårigheter med att skapa är varpkörningen den mest troliga kandidaten för den första interstellära flygningen. Alternativa projekt, till exempel en solsegla eller en termonukleär motor, kan bara uppnå subluminal hastighet, medan maskhål eller stargates är alltför komplicerade och tar tusentals år att slutföra.
Idag utvecklar NASA mest aktivt en prototyp av en varp-enhet, vars specialister är säkra på att detta är mer ett tekniskt problem än ett teoretiskt problem. Och ett team av ingenjörer gör redan detta vid Johnson Space Center, där den första bemannade flygningen till månen en gång var förberedd.
Enligt många experter kommer troligen de första proverna av rymdeformationsteknologi att dyka upp tidigare än 100 år senare, med förbehåll för tillgänglighet av konstant finansiering.
Säg fantastiskt? Men det kanske är värt att komma ihåg att några år innan Wright-bröderna tog sitt flyg i luften, sa den framstående engelska fysikern William Thomson att ingenting som var tyngre än luften kunde flyga. Och 60 år senare log jordens första kosmonaut och sa: "Låt oss gå!"
Adilet URAIMOV
