Сверхсветовое перемещение вместо движения

В 1994 году мексиканский физик-теоретик Мигель Алькубьерре предположил свою концепцию «двигателя, искривляющего (деформирующего) пространство». Она использует особый вид искривления пространства-времени в виде пузыря, который движется быстрее света во внешнем пространстве Минковского.

Стоп-стоп, вернее, пузырь никуда не движется: он лишь перемещается. Его кинетическая энергия в начале и в конце «движения» одинакова, а перемещается он за счёт искривления пространства перед ним (сжатия) и позади него (расширение).

Перед нами процессы, сходные с текущим нарастающим расширением Вселенной, только протекающие локально и в разных направлениях. Скорость света, как и иные священные животные физики, здесь не страдает: если бы на поверхности пузыря можно было закрепить прожектор, он благополучно светил бы вперёд. Нет и трагедии путешествия в прошлое, обычно неразрывно связываемой со сверхсветовым полётом. В момент прибытия в начальную точку А из посещённой пассажирами пузыря Алькубьерре точки Б там будет примерно то же время, что и до отправления (плюс время путешествия). Однако сам пузырь с изолированным куском пространства сможет прибыть к какой-нибудь удалённой звезде намного раньше, чем туда доберётся свет, стартовавший с Земли одновременно с пузырём, — и это притом, что часы космонавта в пузыре и наблюдателя на Земле будут показывать одно время.

Двигатель Алькубьерре можно назвать скорее «перемещателем»: он лишь меняет расстояние от пузыря Алькубьерре до пункта назначения, не нарушая положения о невозможности движения быстрее света. (Здесь и ниже иллюстрации Harold White.)

Конечно, у концепции были слабости. В частности, первоначальные расчёты показали, что для создания такого пузыря и его перемещения по Галактике потребуется больше массы, чем имеется во Вселенной. Правда, доработки вроде трубы Красникова решили проблему, сведя требуемое вещество к нескольким миллиграммам (для путешествия в пределах нашей Галактики). Вопрос со стенками также решаем: да, они требуют отрицательной энергии, однако нечто подобное уже наблюдалось в эффекте Казимира. Напомним: между двумя чрезвычайно близко расположенными плоскими поверхностями в вакууме возникает притяжение негравитационной природы. Производит его разность в числе виртуальных фотонов, постоянно рождаемых вакуумом: из-за резонансных явлений (обусловленных пластинами) внутри между пластинами их появляется меньше, чем снаружи. Одна из физических интерпретаций эффекта Казимира утверждает: во внутренней области между пластинами наличествует отрицательная энергия. Опять же есть и другие свидетельства существования частиц отрицательных энергий.

По сути, такой двигатель уже использовался — как минимум однажды. Именно так произошло инфляционное расширение Вселенной: пространство расширилось, при этом свет, скажем, от звезды, находящейся в 12 млрд световых лет, мы видим, а сама звезда уже удалена на 44–45 млрд световых лет. И для её «транспортировки» был применён тот же эффект, который Мигель Алькубьерре предлагал космическим путешественникам, людям.

Технически искусственный пузырь Алькубьерре должен состоять не только из корабля, но и из окружающего его кольцеобразного устройства, как раз и занимающегося искривлением пространства-времени вокруг него. Вне трубы Красникова такой двигатель требует огромного количества энергии, но труба напоминает не столько космический корабль, сколько «космическую железную дорогу», с понятными трудностями в строительстве инфраструктуры.

Самостоятельно же путешествующий корабль, даже после ряда «оптимизирующих» его расчётов последних лет, должен потратить на «дорогу» (ещё раз: никто никуда формально не перемещается, изменяется лишь пространство между кораблём и целью) со «скоростью», которая десятикратно превышает световую, энергию, примерно эквивалентную массе Юпитера (речь о корабле диаметром в 200 м).

К счастью, сотрудник НАСА Гарольд Уайт, возглавляющий лабораторию исследования продвинутых форм движения, неофициально известную как Eagleworks, недавно провёл вычисления, которые могут заметно упростить практическое применение такого искривляющего пространство двигателя.

Интерферометр Уайта — Джудэя использует измерение фазового сдвига разбиваемого на две части пучка излучения гелий-неонового лазера для регистрации искривления пространства-времени в лабораторных условиях.

Как? Дело в том, что традиционно наилучшей формой для корабля в пузыре Алькубьерре считалась сфера или что-то вроде неё. Соответственно, то же самое относили и к пузырю. Г-н Уайт полагает, что, изменив форму пузыря на сигарообразную и повысив толщину стенок пузыря, можно резко снизить требования к затрачиваемой энергии, сделав её эквивалентной примерно одной тонне вещества, а для 10-метрового объекта — и вовсе 500 кг. Что чрезвычайно важно, такое изменение формы делает менее энергичным и воздействие пузыря Алькубьерре на окружающее нормальное пространство-время при торможении, иначе в конце пути гипотетический путешественник просто разрушит всё, что там есть.

Более того, по словам г-на Уайта, маломасштабные опыты такого рода НАСА-исследователи намерены предпринять в ближайшее же время, искривляя пространство-время в лаборатории. «Мы пытаемся понять, сможем ли мы… в "настольном” эксперименте искривить пространство-время примерно на одну десятимиллионную», — говорит Гарольд Уайт. Для регистрации такого достижения он и его коллеги хотят использовать экспериментальную установку, называемую ими «интерферометром Уайта — Джудэя для искривляющего поля» (White-Juday Warp Field Interferometer), которая представляет собой модифицированный интерферометр Майкельсона — Морли, а сами эксперименты будут вестись в Космическом центре имени Линдона Джонсона.

Соответствующие тезисы были представлены Гарольдом Уайтом 14 сентября на симпозиуме совместного проекта НАСА и Управления перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA) «Столетний космический корабль».

Подготовлено по материалам Space.Com и НАСА.

Текст: Александр Березин