Астрофизик: В рамках физики Эйнштейна возможно путешествие быстрее света
На протяжении десятилетий люди мечтают побывать в других звездных системах. Есть только одна проблема — они так далеко, что при обычном космическом полете потребуются десятки тысяч лет, чтобы добраться даже до ближайшей.
Однако физики не из тех людей, которые легко сдаются. Подарите им несбыточную мечту, и они предложат вам невероятный гипотетический способ воплотить ее в жизнь.
В новом исследовании, проведенном физиком Эриком Ленцем из Геттингенского университета в Германии, у нас может быть жизнеспособное решение дилеммы, и оно может оказаться более осуществимым, чем другие потенциальные двигатели искривления пространства — времени.
Это область, которая привлекает множество ярких идей, каждая из которых предлагает свой подход к решению загадки сверхсветовых путешествий: создание средств отправки чего-либо в космос со сверхсветовой скоростью.
В рамках традиционной физики, в соответствии с теорией относительности Альберта Эйнштейна, нет реального способа достичь или превысить скорость света, которая нам понадобится для любого путешествия, измеряемого световыми годами.
Однако это не остановило ученых от попыток преодолеть этот универсальный предел скорости.
Хотя продвижение материи быстрее скорости света всегда будет под запретом, в самом пространстве-времени нет такого правила. Фактически, далекие уголки Вселенной уже движутся быстрее, чем свет.
Чтобы подобным образом согнуть небольшой пузырь пространства для перемещения, нам нужно было бы решить уравнения относительности, и создать плотность энергии ниже, чем пустота космоса. Хотя этот вид отрицательной энергии происходит в квантовом масштабе, накопление достаточного количества «отрицательной массы» по-прежнему является областью фантастической физики.
В дополнение к другим видам абстрактных возможностей, таких как червоточины и путешествия во времени, отрицательная энергия может помочь привести в действие то, что известно как варп-двигатель Алькубьерре.
Эта умозрительная концепция будет использовать принципы отрицательной энергии для деформации пространства вокруг гипотетического космического корабля, позволяя ему эффективно путешествовать со скоростью, превышающей скорость света, без нарушения традиционных физических законов.
Но что, если бы можно было каким-то образом достичь скорости, превышающей скорость света, в соответствии с теорией относительности Эйнштейна?
В новой работе Ленц предлагает один из способов, которым мы могли бы этого достичь, благодаря тому, что он называет новым классом сверхбыстрых солитонов — своего рода волны, которая сохраняет свою форму и энергию при движении с постоянной скоростью (и в данном случае скорость больше скорости света).
Согласно теоретическим расчетам Ленца, эти сверхбыстрые солитонные решения могут существовать в рамках общей теории относительности и получены исключительно из положительных плотностей энергии, а это означает, что нет необходимости рассматривать экзотические источники с отрицательной плотностью энергии.
Обладая достаточной энергией, конфигурации солитонов могут функционировать как «пузыри искривления», способные к сверхсветовому движению и теоретически позволяющие объекту проходить через пространство-время, будучи защищенным от экстремальных приливных сил.
Это впечатляющий подвиг теоретической физики, хотя необходимое количество энергии означает, что варп-двигатель пока только гипотетический.
«Энергия, необходимая для двигателя, движущегося со скоростью света в космическом корабле радиусом 100 метров, в сотни раз превышает массу планеты Юпитер», — говорит Ленц.
«Энергосбережение должно быть значительным, примерно на 30 порядков, чтобы быть в пределах досягаемости современных ядерных реакторов деления».
Хотя исследование Ленца претендует на то, чтобы быть первым известным решением такого рода, его статья появилась почти в то же время, что и другой недавний анализ, также предлагающий альтернативную модель для физически возможного варп-двигателя, для функционирования которого не требуется отрицательная энергия.
По словам Ленца, обе группы сейчас поддерживают контакт, и исследователь намерен и дальше делиться своими данными, чтобы другие ученые могли изучить его цифры. Кроме того, Ленц расскажет о своем исследовании через неделю — в прямой трансляции на YouTube 19 марта.
Есть еще много головоломок, которые нужно решить, но беспрепятственный поток таких идей остается нашей лучшей надеждой когда-либо получить шанс посетить далекие звезды.
«Эта работа переместила проблему путешествий со скоростью, превышающей скорость света, на один шаг от теоретических исследований фундаментальной физики и приблизила их к инженерным наукам», — говорит Ленц.
«Следующим шагом будет, снижение астрономического количества энергии, необходимого для современных технологий, таких как большая современная ядерная электростанция деления. Затем мы можем поговорить о создании первых прототипов».
Результаты опубликованы в журналах Classical and Quantum Gravity.
