Что произойдет, если космический корабль с варп-двигателем полетит в черную дыру?

Варп-двигатели уже давно не существуют, несмотря на их повсеместное присутствие в научной фантастике.

Писатель Джон Кэмпбелл впервые представил эту идею в научно-фантастическом романе под названием «Острова космоса». В наши дни, в частности, благодаря «Звездному пути», этот термин стал очень известен.

Это почти общее обозначение сверхпорогового путешествия в гиперпространстве. Будет ли когда-либо существовать варп-двигатель — это физическая проблема, которую исследователи все еще пытаются решить, но на данный момент она теоретическая.

Недавно два исследователя изучали, что произойдет, если корабль с варп-двигателем попытается попасть в черную дыру. В результате получился интересный мысленный эксперимент. Возможно, это не приведет к созданию варп-двигателей размером с звездолет, но может позволить ученым когда-нибудь создать меньшие версии.

Ремо Гараттини и Кирилл Затримайлов предположили, что такой двигатель может выжить внутри так называемой черной дыры Шварцшильда. Это при условии, что корабль пересечет горизонт событий со скоростью ниже скорости света.

Теоретически, гравитационное поле черной дыры уменьшит количество отрицательной энергии, необходимой для поддержания работы двигателя. Если бы это было так, корабль мог бы пройти сквозь него и каким-то образом использовать его, чтобы добраться куда-то еще, не раздавившись.

Более того, математика, лежащая в основе этой идеи, указывает путь к возможному созданию мини-варп-двигателей в лабораторных условиях. .

Что такое варп-двигатель?

Могут ли ученые построить микро- или мини-двигатель -варп-двигатель в лаборатории? Хорошие вопросы. Чтобы понять работу команды, давайте посмотрим на основных участников этого исследования: варп-двигатели и черные дыры.

Идея основана на том факте, что ничто не может двигаться быстрее скорости света. Учитывая расстояния в космосе, путешествие к ближайшей звезде заняло бы годы (если бы мы могли двигаться со скоростью света). Чтобы пересечь галактику или добраться до более отдаленных галактик, потребовались бы годы и многие жизни. Итак, если вы хотите стать космическим видом, вы должны путешествовать быстрее света (FTL).

Как бы вы это сделали? Именно здесь на помощь приходят варп-двигатели. Теоретически они позволяют поместить ваш космический корабль внутрь пузыря, который может скользить в космосе со сверхсветовой скоростью.

Вот как звездолеты в «Звездном пути» (и других фантастических историях) получают так быстро преодолевать огромные расстояния. Корабли «Звездного пути» используют источник энергии в «ядре деформации» для питания генераторов поля деформации. Они создают варп-пузырь в подпространстве. Корабль использует это, чтобы добраться туда, где должен быть экипаж.

Нравятся ли физикам варп-двигатели?

Подобный варп-двигатель — заманчивая идея со многими оговорками. Например, создание варп-поля требует безумного количества энергии. Некоторые физики предполагают, что для этого потребуется больше энергии, чем мы способны произвести. Для создания этой энергии потребуется огромное количество экзотической материи — что-то вроде «унобтаниума». Вот в этом и проблема.

Другие говорят, что создание такого двигателя противоречит нашему нынешнему пониманию физики пространства-времени. Однако это не помешало никому размышлять о том, как это осуществить.

Например, у мексиканского физика Мигеля Алькубьерре в 1994 году возникла идея такого двигателя. Он предположил, что с помощью него можно создать пузырь, который сместит пространство вокруг объекта. Он продолжил свои исследования корабля, который мог бы перемещаться куда-то быстрее скорости света.

Однако он и другие по-прежнему указывают на различные проблемы как с созданием, так и с поддержанием варп-двигателя. Это включает в себя идею о том, что такой двигатель эффективно изолирует себя от остальной Вселенной. Помимо прочего, это означает, что корабль не может управлять приводом, который его приводит в движение. Итак, есть еще несколько ошибок, над которыми нужно работать.

О черных дырах

Мы наиболее знакомы с черными дырами с точки зрения звездной массы и сверхмассивными. Они также имеют аккреционные диски, которые передают материал в черную дыру.

Например, центральная сверхмассивная черная дыра Стрельца A* в нашей галактике Млечный Путь периодически поглощает материал. Затем он испускает отрыжку радиации. Другие, более активные галактики, испускают струи вещества, испускаемые в результате непрерывного питания центральной сверхмассивной черной дыры.

Черная дыра — это скопление массы с настолько сильной гравитацией, что ничто, даже свет, не может покинуть ее. В своем исследовании черных дыр и варп-двигателей авторы использовали черные дыры Шварцшильда.

Эти так называемые простые «статические» черные дыры искривляют пространство-время, не имеют электрического заряда и не вращаются. По сути, они являются хорошим приближением для математических исследований характеристик медленно вращающихся объектов в космосе.

Когда корабль с варп-двигателем пересекает черную дыру

Черная дыра Шварцшильда — «идеальная» черная дыра для использования в этом теоретическом исследовании варпа движение, пересекающее горизонт событий. Чтобы разобраться в сценарии, Гараттини и Затрималов решили математически объединить уравнения, описывающие черную дыру, и уравнения, описывающие варп-двигатель.

Среди прочего они обнаружили, что можно «встроить» варп-двигатель во внешней области черной дыры. Сам варп-пузырь гораздо меньше черной дыры, и ему необходимо двигаться к ней. Гравитация черной дыры влияет на энергетические условия, необходимые для создания и поддержания варп-двигателя.

Это означает, что теоретически вы можете уменьшить количество отрицательной энергии, необходимой для поддержания варп-пузыря. Кроме того, исследователи предполагают, что если варп-пузырь движется со скоростью, меньшей скорости света, он эффективно стирает горизонт черной дыры.

Исследовательская группа также высказала идею о том, что такое явление может вызвать преобразование виртуальных частиц в реальные в электрическом поле. Если это так, то это может привести к созданию в лаборатории мини-варп-двигателей.

Немного изменив черную дыру

Интересно, что команда также предполагает, что, если варп-пузырь движется медленно и намного меньше горизонта черной дыры, это может увеличить энтропию черной дыры. Однако, как они заявляют в своих заключительных аргументах, «есть потенциальные проблемные проблемы и в других физических ситуациях: а именно, когда варп-двигатель полностью поглощается черной дырой, это может уменьшить ее массу и, следовательно, ее энтропию». p>

Аналогично, когда через черную дыру проходит более крупный варп-пузырь, он создает эффект «экранирования» и фактически уничтожает горизонт, делая невозможным определение энтропии черной дыры в смысле Хокинга. варп-двигатели возможны в природе, эти проблемы указывают на то, что мы до сих пор не понимаем их с термодинамической точки зрения.»

Технологию варп-двигателя еще предстоит выяснить

Итак, хотя это исследование может оказаться теоретически ценным и может привести к лабораторному созданию мини-черных дыр, остается еще много вопросов.

Возможно, в будущем, когда мы поймем квантовую механику, лежащую в основе обоих этих объектов, мы сможем счесть технологию варпа провальной. Если это так, то, когда корабли проходят через черные дыры, нас могут ожидать странные времена.

Например, сигналы изнутри черной дыры могут передаваться пузырем деформации, сливающимся с сингулярностью. Это позволит нам отправлять изображения или записи того, что происходит внутри горизонта событий — о чем сегодня никто не знает.

Есть также шанс, что эти грозные черные дыры могут сделать варп-двигатель менее трудным для достижения, поскольку им не понадобится так много экзотического источника «отрицательной энергии».

Эта статья была первоначально опубликована в журнале Universe Today. Прочтите оригинал статьи.