Варп-двигатели могут посылать гравитационные волны по Вселенной
Будут ли люди будущего использовать варп-двигатели для исследования космоса? Мы не в состоянии исключить такую возможность. Но если наши далекие потомки когда-нибудь это сделают, то это не будет включать в себя кристаллы дилития, и шотландские акценты к тому времени улетучатся в историю. p>
Варп-двигатели берут свое начало в одной из самых популярных научно-фантастических франшиз, но у них есть и научная основа. В новой статье исследуются научные данные, стоящие за ними, и задается вопрос, приведет ли провал сдерживания варп-двигателя к излучению обнаруживаемых гравитационных волн.
Документ называется «То, чего никто раньше не видел: гравитационные волны от коллапса варп-двигателя». Авторы — Кэти Клаф, Тим Дитрих и Себастьян Хан, физики из институтов Великобритании и Германии.
Для варп-двигателей есть место общую теорию относительности, а мексиканский физик Мигель Алькубьерре описал, как они теоретически могут работать в 1994 году. Он хорошо известен в кругах физики и космоса благодаря своей Алькубьерре Драйв.
Все знают, что ни один объект не может двигаться быстрее скорости света. Но варп-двигатели могут предложить обходной путь. Искажая само пространство-время, космический корабль с варп-двигателем не нарушит правило сверхсветовой скорости (FTL).
«Несмотря на то, что варп-двигатели возникли в научной фантастике, они имеют конкретное описание в общей теории относительности. , а Алькубьерре впервые предложил метрику пространства-времени, которая поддерживает перемещение со скоростью, превышающей скорость света», — пишут авторы.
Существуют явные научные барьеры для реального создания варп-двигателя. Но можно смоделировать, как они будут работать и как их можно будет обнаружить с помощью гравитационных волн в случае сбоя. Варп-двигатели искажают само пространство-время, точно так же, как бинарные слияния компактных объектов, таких как черные дыры и нейтронные звезды. Теоретически возможно, что они излучают гравитационно-волновой сигнал в том же духе, что и слияния.
«Чтобы искать такие сигналы и правильно идентифицировать их в измеренных данных, важно понимать их феноменологию и свойства. «, — объясняют авторы.
Все начинается с понимания того, как могут работать варп-двигатели, а для этого нам нужно глубоко углубиться в физику.
«Принципиальная идея варп-двигателя заключается в следующем: что вместо того, чтобы превышать скорость света непосредственно в локальной системе отсчета, что нарушало бы лоренц-инвариантность, «пузырь деформации» мог бы преодолевать расстояния быстрее, чем скорость света (измеренная некоторым удаленным наблюдателем), сжимая пространство-время перед ним. и расширение пространства-времени за ним», — говорится в документе.
Первым препятствием является то, что варп-двигатели требуют состояния нулевой энергии (NEC). Физика утверждает, что область пространства не может иметь отрицательную плотность энергии. Для этого существуют теоретические обходные пути, но на данный момент ни один из них не является практическим.
«Другие проблемы, связанные с метрикой варп-двигателя, включают в себя возможность образования замкнутых времяподобных кривых и, с более практической точки зрения, трудности для тех, кто находится на корабле, с контролем и деактивацией пузыря», — объясняют авторы.
Это связано с тем, что у экипажа не будет возможности отправлять сигналы в носовую часть корабля. Как объясняет в этой статье, событиям внутри пузыря трудно влиять на события за пределами пузыря варпа.
«С точки зрения динамического моделирования варп-двигателя ключевой проблемой является стабильность », — поясняют авторы. Уравнения показывают, что привод Алькубьерре может инициировать варп-пузырь, используя уравнение Эйнштейна, но никакие известные уравнения не могут его поддержать.
«Не существует (насколько нам известно) ни одного известного уравнения состояния, которое поддерживало бы варп-двигатель. Таким образом, хотя можно потребовать, чтобы изначально варп-пузырь был постоянным, он быстро выйдет из этого состояния, и в большинстве случаев деформация варп-жидкости и пространства-времени рассеется или схлопнется. центральная точка.»
Хотя нестабильность является основным препятствием для варп-двигателей, именно она может сделать их обнаруживаемыми. Если привод Алькубьерре достигает постоянной скорости, это невозможно обнаружить. Он не генерирует гравитационных волн и не имеет массы ADM. ADM означает Арновитт-Дезер-Миснер, названный в честь трех физиков. Я оставлю любопытным читателям возможность узнать больше о ADM Mass.
Но варп-двигатель невозможно обнаружить только в том случае, если он постоянен и стабилен. Как только он сломается, ускорится или замедлится, его можно будет обнаружить. В своей работе авторы позволяют пузырю варп-двигателя рухнуть.
«Физически это может быть связано с разрушением сдерживающего поля, которое постварповая цивилизация (предположительно) использует для поддержки варп-пузыря. против крушения», — пишут они.
В их формулировках не важна природа самого корабля. Значимы только варп-пузырь и варп-жидкость внутри.
Исследователи смоделировали разрушение варп-пузыря. Они обнаружили, что коллапс порождает гравитационные волны с характеристиками, отличными от тех, что возникают при слияниях.
«Сигнал возникает в виде всплеска, первоначально не имеющего содержания гравитационных волн, за которым следует период колебаний с характерной частотой порядка 1/[R]», — пишут они. «В целом сигнал сильно отличается от типичных компактных двойных слияний, наблюдаемых детекторами гравитационных волн, и больше похож на такие события, как коллапс нестабильной нейтронной звезды или лобовое столкновение двух черных дыр».
Авторы отмечают, что, хотя варп-двигатель создает GW-сигнал, он находится за пределами частотного диапазона наших нынешних наземных детекторов.
«Были сделаны предложения по созданию более высокочастотных детекторов, поэтому в будущем возможно, удастся ограничить существование таких сигналов», — пишут они. Сам корабль также мог бы послать какой-то тип мультимессенджера, но трудно понять, как материя корабля будет взаимодействовать с обычной материей.
«Поскольку мы не знаем тип материи, использованной для создания варп-корабля , мы не знаем, будет ли она взаимодействовать (кроме гравитационного) с обычной материей при распространении во Вселенной», — объясняют исследователи.
Это забавный мысленный эксперимент. Вполне возможно, что когда-нибудь в отдаленном будущем появится какой-то обходной путь для сверхсветовых путешествий. Если это так, то это может быть связано с лучшим пониманием темной материи и темной энергии. Если какие-либо внеземные цивилизации существуют, они могут быть в состоянии использовать фундаментальные знания о Вселенной, которыми мы пока не обладаем.
Если они выяснили, как построить и использовать варп-двигатель, даже с несмотря на кажущуюся невозможность, их деятельность может создать гравитационные волны, которые наши будущие обсерватории смогут обнаружить даже в других галактиках. Но пока это все теоретически.
«Мы предупреждаем, что полученные формы сигналов, вероятно, будут очень специфичны для используемой модели, которая имеет несколько известных теоретических проблем, как обсуждалось во введении», — пишут авторы. в их заключении. «Потребуется дальнейшая работа, чтобы понять, насколько универсальны эти сигнатуры, и правильно охарактеризовать их обнаруживаемость».
Без сомнения, некоторые любопытные физики продолжат работать над этим.
Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите оригинал статьи.
