Варп двигатель как работает

Варп-двигатель. Ученые сделали еще один шаг к созданию двигателя для межзвездных перелетов

Астрофизик из Геттингенского университета Эрик Ленц предложил теоретическое решение для создания так называемых варп-двигателей, разгоняющих космические корабли до скоростей, превышающих скорость света.

Такой двигатель, если он будет создан, позволит долететь до ближайшей звезды и вернуться обратно за считаные годы вместо десятков тысяч лет. Статья опубликована в журнале Classical and Quantum Gravity.

Варп-двигатель, или двигатель искривления — вымышленный элемент космических аппаратов, описанный во многих научно-фантастических произведениях. Предполагается, что звездолеты, оснащенные таким двигателем, перемещаются в пространстве со скоростью, превышающей скорость света, и таким образом преодолевают межзвездные расстояния за приемлемое для одного поколения людей время.

Чисто теоретически такое сверхсветовое перемещение возможно, если создать перераспределение темной энергии в охватывающем корабль космическом пространстве, чтобы позади корабля был ее избыток, а спереди — область отрицательной энергии.

Но, во-первых, о темной энергии на сегодняшний день практически ничего не известно, а во-вторых, исходя из общей теории относительности Эйнштейна, перераспределение огромного количества гипотетических частиц материи, обладающей экзотическими свойствами, потребует гигантского количества энергии.

Новое исследование, проведенное в Геттингенском университете, позволяет обойти эти проблемы с помощью нового класса сверхбыстрых устойчивых одиночных волн — солитонов, созданных только за счет источников с положительной энергией. Никаких «экзотических» отрицательных плотностей энергии для этого не требуется.

Автор исследования доктор Эрик Ленц (Erik Lentz) описывает теоретически возможные конфигурации кривизны пространства-времени, организованные в солитоны, или «пузыри искривления» — компактные волны, которые, сохраняя свою форму, могут двигаться с любой скоростью. Помещенный внутрь такого пузыря космический корабль будет перемещаться вместе с самим солитоном.

По расчетам ученого, если бы можно было выработать достаточно энергии, путь до ближайшей звезды Проксима Центавра внутри пузыря искривления занял бы всего четыре года.

Для сравнения, при нынешних ракетных технологиях время такого путешествия составит более 50 тысяч лет. При этом все уравнения, использованные автором исследования, основаны на традиционной физике.

Ленц вывел уравнения Эйнштейна-Максвелла для неизученных солитонных конфигураций и обнаружил, что измененная геометрия пространства-времени может быть сформирована таким образом, чтобы работать даже с обычными источниками энергии. По сути, новый метод использует саму структуру пространства и времени, организованную в солитон, чтобы обеспечить решение проблемы сверхсветового путешествия.

Кроме того, солитоны Ленца сконфигурированы так, чтобы минимизировать действие приливных сил, так что течение времени внутри и снаружи пузыря совпадает.

Это позволяет избежать так называемого «парадокса близнецов», согласно которому один близнец, путешествующий со скоростью, близкой к скорости света, будет стареть намного медленнее другого, оставшегося на Земле.

«Эта работа переместила проблему путешествий со скоростью, превышающей скорость света, на один шаг из области теоретических исследований фундаментальной физики к инженерным наукам, — приводятся в пресс-релизе Геттингенского университета слова ученого.

— Следующим шагом будет выяснение того, как снизить астрономическое количество необходимой энергии до диапазона сегодняшних технологий, таких как ядерная силовая установка, работающая на цепной реакции деления. Тогда можно будет говорить о создании первых прототипов».

В настоящее время количество энергии, требуемой для этого нового типа космической силовой установки, по-прежнему огромно.

Варп-двигатель

Варп-двигатель — вымышленная технология, которая, согласно гипотезе, позволит звездолёту, оснащённому таким двигателем, перемещаться со скоростью выше скорости света, и таким образом преодолевать межзвёздные расстояния за приемлемое время. В настоящее время преимущественно рассматривается в научной фантастике. Это возможно, как ожидают некоторые физики, благодаря перераспределению так называемой «тёмной энергии» в охватывающем корабль пространстве таким образом, что позади корабля создаётся избыток «тёмной энергии», тогда как перед кораблем напротив создается область с недостаточным количеством тёмной энергии. Геометрически это выглядит так, что перед кораблём пространство «сжато» и «раздуто» позади корабля. При этом само судно оказывается в своеобразном «пузыре», оставаясь защищённым от воздействия пространственных деформаций. Также корабль внутри области такого искажения пространства фактически физически неподвижен, — перемещается сама область искажённого пространства, внутри которой корабль пребывает словно в контейнере. Естественно, корабль не разгоняется — локально — даже до околосветовых скоростей, но тем не менее движется быстрее, чем плоская электромагнитная волна в вакууме. Для сравнения, в научной фантастике предполагается, что такая деформация пространства достигается общерелятивистским эффектом.

1.2. В фантастике В романе Сергея Снегова «Люди как боги»
Звездолёты, использующие принцип работы, схожий с принципом работы варп-двигателя, описаны в романе Сергея Снегова «Люди как боги».

1.3. В фантастике Технология
В общих чертах принцип работы варп-двигателей заключается в деформации пространства перед и позади звездолёта, позволяя тому двигаться быстрее скорости света. Пространство «сжимается» перед судном и «разворачивается» за ним. При этом само судно находится в своеобразном «пузыре», оставаясь защищённым от деформаций. Сам корабль внутри поля искажения фактически остаётся неподвижным, — перемещается само искажённое пространство, в котором он находится. В целом это совпадает с ожидаемой картиной работы возможного реального варп-двигателя.
Максимальная скорость Энтерпрайза-D — 9.8 варп, что приблизительно равно 9000 скоростей света на основании данных из 6 серии 1 сезона. Скорость в 1 варп равняется скорости света и растет экспоненциально. За день корабль на максимальной скорости способен преодолеть 24 световых года.
В сериале Звёздный путь: Вояджер в первой серии второго сезона на 34 минуте Том Пэрис говорит, что максимальная скорость звездолёта Вояджер — 9.9 Варп = 4млрд миль в секунду, что приблизительно равно 4млрдмиль/сек*1.6/300тыскм/сек = 21333 скоростей света. Однако в энциклопедии Звездного пути сказано, что варп 9.9 равен 3053 скоростей света. Весь путь домой 70 тысяч световых лет команда оценивала в 40-70 лет, со средней скоростью в 1000 скоростей света, что эквивалентно варп 8
По легенде сериалов Звёздный путь, использование варп-двигателей требует больших энергозатрат, поэтому варп-системы Объединенной Федерации Планет запитываются энергией от реакторов аннигиляции материей и антиматерией, разграниченными друг от друга кристаллами дилитиума. Скорее всего кристаллы дилития — важный компонент энергополевого разграничения вещества и антивещества, как минерал способный пропустить через себя огромные объемы энергии. Во всяком случае в оригинальном сериале монокристаллы дилития были конструктивными элементами установок подсистемы энергопитания главной двигательной установки. В результате реакции создается высоко-энергетичная плазма, называемая электроплазмой. Электроплазма направляется специальными электромагнитными трубопроводами электроплазменной системы англ. electro-plasma system, EPS в плазменные инжекторы, которые, в свою очередь, собственно, и создают варп-поле. Разные цивилизации в Звёздном пути используют разные источники энергии, но в целом процесс происходит аналогично.
На звездолёты класса «Интрепид» устанавливались специальные гондолы с изменяемой конфигурацией, позволяющее двигаться с ещё более высокой скоростью без причинения вреда окружающему пространству и объектам, в нём расположенным. На более совершенных классах звездолётов — «Суверин», «Прометей» — устанавливаются более совершенные гондолы искривления, позволяющие двигаться с большими скоростями без изменения конфигурации двигательной установки.

1.5. В фантастике В сериале «Звёздные врата: Вселенная»
В сериале «Звёздные врата: Вселенная» фигурирует сверхсветовой двигатель, по признакам своего принципа действия, скорее всего, являющийся варп-двигателем. Именно такой двигательной установкой оснащены «Судьба» и корабли-установщики Звёздных врат. О конструктивной системе этих варп-двигателей легенда сериала «Звёздные врата: Вселенная» ничего не сообщает. Известно лишь, что в отличие от кораблей в Звёздном пути «Судьба» способна за приемлемое время совершать межгалактические перелёты между соседними галактиками. Внутри же галактики «Судьба» летит со стандартной для конца XXIV столетия в Звёздном пути скоростью. Так по легенде последней серии 2-го сезона «Звёздных врат: Вселенная» «Судьба» должна была пересечь средних размеров спиральную галактику практически все спиральные галактики — галактики-гиганты, куда она влетела, за три года непрерывного полёта.

1.6. В фантастике В Warhammer 40.000
В этой вселенной фигурирует так называемое варп-пространство. Корабли летают на сверхсветовых скоростях, совершая перелёты через это варп-пространство. Но физически такие «варп-полёты» ничего общего не имеют с полётами с использованием вымышленных или возможных реальных варп-двигателей. Варп-пространство в Warhammer 40.000, иначе называемое имматериумом, есть параллельное подпространство Вселенной — отражение желаний и эмоций, а также обитель демонов и богов, через которое и летают корабли во вселенной Warhammer 40.000.
Прямым аналогом варп-перемещения Warhammer 40.000 является перемещение в фильме «Сквозь горизонт» с соответствующим эффектом при отсутствии «поля Геллера».

1.8. В фантастике В No mans sky
В No mans sky варп-двигатель установлен на всех кораблях, существенно уменьшая время до прибытия. Его не следует путать с гипердвигателем, который позволяет осуществлять межсистемные прыжки.

1.9. В фантастике Во вселенной EVE Online
В MMORPG EVE Online варп-перемещение является одним из основных способов путешествия в космическом пространстве на межзвездные расстояния.

1.10. В фантастике В романе Сергея Лукьяненко «Порог»
В романе «Порог» «пузырь Алькубьерре в той или иной форме изобрели все цивилизации пятого уровня», то есть цивилизации, сумевшие достичь иной звёздной системы. Правда, наиболее развитая из таких цивилизаций — Ракс — «в результате исследований и экспериментов» сочла этот способ слишком опасным и не советовала никому его использовать, однако новые цивилизации, самостоятельно «дораставшие» до пятого уровня и приступавшие к звёздной экспансии, начинали именно с варп-принципа.
«Русские, впрочем, уверены, что первым эту технологию ещё в двадцатом веке предложил учёный-ядерщик по фамилии Козерюк, но в историю вошёл именно мексиканский физик». В романе как исторический эпизод упоминаются первые русские межзвёздные корабли, основанные «ещё на двигателях Козерюка».

Варп-двигатель из «Звездного пути» вполне может стать реальностью

Большинство из нас, кто живет сегодня, никогда не знали мира, в котором не существует космических полетов. Но еще до того, как мы ступили на поверхность Луны, запустили Международную космическую станцию, направили механических посланцев к другим планетам и даже за пределы Солнечной системы, у нас был «Звездный путь», который предложил общественности такие мечты, что ими грезят до сих пор. Вместо ракетного топлива, нам предложили корабли на антиматерии. Вместо посещения ближайших миров в нашей Солнечной системе, мы отправились к планетам возле далеких звезд. Вместо преодоления звукового барьера, мы прыгнули на световые годы в считанные дни. И среди разнообразных технологических достижений, с которыми нас познакомил «Звездный путь» — и возможностей цивилизации — пожалуй, изобретение варп-двигателя было самым великолепным.

Еще до создания «Звездного пути» человечество было поставлено перед фактом: для успешного освоения космоса нужно победить скорость света. Учитывая, что даже ближайшая звезда к нашему Солнцу — и ближайший потенциально обитаемый мир — более чем в четырех световых годах от нас, путешествие к любой другой звездной системе будет означать, что на Земле пройдут многие годы, даже если сам космический корабль воспользуется преимуществами специальной теории относительности и сократит время путешествия для экипажа. Согласно теории Эйнштейна, когда вы путешествуете на скорости, близкой к скорости света, расстояния по вашему курсу движения будут укорачиваться (сокращение длины), а скорость, с которой проходит время, будет удлиняться (замедление времени). Две этих идеи буквально противоречат здравому смыслу, но тем не менее хорошо изучены и подтверждены в рамках специальной теории относительности. Если бы путешествовать по Вселенной было несложно, члены экипажа, путешествующего на околосветовой скорости, оставался бы относительно молодым, а вот в пункте отправления и назначения прошли бы многие годы. Межзвездное путешествие растянется на поколения.

Но общая теория относительности предлагает возможный выход из этих тесных стен: благодаря податливости самого пространства-времени. Мы, возможно, не смогли бы путешествовать через само пространство на скорости большей, чем 299 792 458 м/с, но если бы мы могли сократить сами расстояния между двумя точками (или событиями), то мы не только могли бы добраться в пункт назначения очень быстро с точки зрения экипажа, но и с точки зрения наблюдателей там и тут. Варп-двигатель, предложенный 50 лет назад, предлагает уникальную реализацию такого решения: за счет искажения (сокращения) пространства по направлению движения звездолета.

Искажение пространства времени по направлению движения (перед) космического аппарата впервые взяли на вооружение фантасты 1960-х годов, подпоясавшись выдуманным механизмом. По их планам, варп-двигатель мог бы эффективно сократить путешествие от звезды к звезде, будучи ограниченным только тем, насколько можно сжать пространство перед кораблем, но можно ли его сделать в принципе? В 1994 году было показано, что решение в рамках ОТО позволяет привести пространство-время к такому поведению. Сжимая пространство перед аппаратом и удлиняя пространство позади на равный и противоположный показатель, можно создать «пузырь» пространства, в котором будет ваш космический аппарат. Мигель Алькубьерре показал, что такой варп-двигатель будет полностью соотносится с законами, управляющими поведение пространства-времени. 22 года назад, одним махом, физика перешла от фантастических путешествий с варп-скоростью — теперь этот двигатель называется в честь Алькубьерре — к теоретически возможным.

Чтобы двигатель Алькубьерре стал реальностью, нам необходимо решить множество практических вопросов, в настоящее время непреодолимых препятствий. Во-первых, по самым скромным расчетам расхода энергии, необходимой для деформации любой непустой части пространства таким образом, необходимо минимум 20 000 мегатонн тротилового эквивалента. Или тонна массы, преобразованная в чистую энергию по формуле Эйнштейна E = mc2. Во-вторых, двигатель Алькубьерры требует создания области пространства с энергией, которая меньше нулевой энергии самого пространства, что требует наличия отрицательной массы (или отрицательной энергии) в той или иной форме. Хотя это может показаться непреодолимым препятствием, поскольку только положительные массы и энергии, как известно, существуют в этой Вселенной, создание условий, аналогичных эффекту Казимира, когда параллельные проводящие пластины могут уменьшать эффективную нулевую энергию самого пространства, могло бы удовлетворить необходимым требованиям. Это решение предложил сам Алькубьерре.

Наконец, не существует известного способа начать путешествие на варп-скорости и закончить его, как только оно началось. Очевидно, чтобы управлять космическим аппаратом, нужно уметь и то и другое. Когда-нибудь, возможно, мы снова вернемся к чертежам и позволим себе покинуть эту галактику. А пока остается только мечтать.

7 технологий, разработку которых стоит прекратить

Прогресс в последние несколько десятилетий всё больше ускоряется. Мы уже готовы посылать экспедиции на другие планеты, создавать киберпротезы, синтезировать химические элементы, которые практически не встречаются во Вселенной.

Но прогресс — это не всегда хорошо, ведь есть потенциально опасные технологии, к которым человечество ещё не готово. Существуют и такие, которые могут нас уничтожить даже при намного большем уровне развития. В любом случае учёным стоит перестать заниматься развитием технологий, которые могут привести к гибели человечества.

1. Самовоспроизводящиеся нанороботы

Нанороботы — это перспективная технология, которая поможет избавить человечество от болезней, помочь нам в тех сферах, где мы бессильны или тех, что слишком опасны для нас. Но что будет, если наделить их функцией самовоспроизведения. В статье про самые реалистичные сценарии апокалипсиса на ближайшее десятилетие мы рассказывали про сценарий конца света под названием «серая слизь». Если вкратце, то запрограммированные на самовоспроизведение наноботы будут разбирать любую материю на атомы и собирать из неё себе подобных роботов.

Под любой материей мы понимаем не только железо, камни и другие неодушевлённые предметы, но и в том числе людей. Может дойти до того, что это облако всепожирающей саранчи, разобрав на атомы все живые организмы, сначала поглотит Землю, затем все планеты Солнечной системы, а после и всю галактику. Поэтому наноботов не стоит оснащать функцией самовоспроизведения, и на всякий случай лучше встроить в них механизм самоуничтожения по команде.

2. Автоматизированные беспилотные дроны

Уже сегодня у военных развитых стран есть беспилотные дроны с искусственным интеллектом, которые могут принимать решения без участия оператора. Это помогает решить сразу две проблемы: потери войск на поле боя и моральный выбор. Беспилотники делают наземные войска нужными только для тактических спецопераций по захвату противников или освобождению заложников. Что касается морали, то операторам не придётся чувствовать угрызения совести всякий раз, когда они отдают команду на бомбардировку террористов.

Но что тогда ждёт нас в будущем, если у каждой стороны в руках окажутся беспилотные дроны? Те, посланные уничтожать по сути таких же роботов, могут объединить свои усилия и нанести удар по «поработителям».

Даже если отбросить этот маловероятный сценарий, всё ещё остаётся нерешённым вопрос морали. Если автоматизированный беспилотный дрон сам принимает решение об атаке противника, то как он решает, кто именно является противником, и, что важнее, кто будет нести ответственность за его действия?

3. Варп-двигатель

Человечеством уже давно движет желание преодолеть скорость света, ведь расстояние даже до ближайшей к нам звезды Проксима Центавра для современных двигателей колоссально — 4,244 световых года. Одна из идей преодолеть ограничения законов физики и выйти за пределы скорости света — варп-двигатель, который искривляет пространство, раздувая его позади корабля и сжимая впереди.

Проблема такого способа перемещения в том, что частицы высокой энергии, попадающие в варп-поле, будут накапливаться вокруг корабля. Остановка движения приведёт к высвобождению колоссального количества энергии, которого будет достаточно для разрушения целых звёздных систем.

Что касается другого двигателя, основанного на разрыве пространства и преодолении огромного расстояния по гипертуннелям, то уже по его принципу работы понятно, что это не приведёт ни к чему хорошему.

4. Виртуальные тюрьмы

Во многих фантастических фильмах и сериалах демонстрируется технология, которая позволяет поместить преступников в своеобразный цифровой ад, где они ежесекундно будут испытывать боль и страдания за причинённый ими ущерб. Причём в цифровом пространстве можно манипулировать временем так, что каждый год будет казаться человеку десятилетиями. После отбывания наказания, преступника предполагается отпустить на волю.

Возникает вопрос: кто выйдет в этом случае на волю? Вряд ли человек, получивший за свои злодеяния 5 лет строгого режима, и отбывший в цифровом пространстве по факту 500 лет, выйдет оттуда психически здоровым и способным к интеграции в общество.

5. Виртуальный мир

Если предыдущий вариант предназначен для наказания, то этот, наоборот, для блаженства. Виртуальный мир может быть лишён недостатков реального, и наделять людей преимуществами, недоступными из-за ограничений в рамках законов физики. Это будет самый настоящий рай, где благодаря манипуляции временем, можно будет прожить сотни лет в наслаждении, тогда как в реальном мире пройдёт всего час.

Но кто тогда захочет вернуться из блаженства в суровую реальность? Вряд ли среди пользователей такой виртуальной системы найдётся хотя бы десяток людей, добровольно отказывающихся от своего персонального рая. В итоге человечество потеряет всякий интерес к реальности и вымрет в своих капсулах виртуальной реальности.

6. Выделение генов патогенов

С самого начала пандемии коронавируса некоторые люди высказывали предположение, что он вышел из лаборатории. Пару десятков лет назад таких людей нарекли бы конспирологами и обсмеяли, но сегодня, когда генная инженерия шагнула далеко вперёд, эта точка зрения уже не кажется бредом.

Так, например, уже неплохо изучены гены птичьего гриппа, и их описание опубликовано в открытом доступе. Эти данные могут использоваться как во благо, для создания вакцин или редактирования генетического кода человечества для внедрения полного иммунитета к заразе, так и для разработки улучшенных патогенов с повышенной заразностью и смертельностью. В наше время это маловероятно, но кто знает, что будет, когда наука придёт к пониманию, как можно манипулировать генами.

7. Гравитационная связь

Этот тип связи, основанный на гравитационных волнах, изучается ещё с середины 20 века, и является одним из самых перспективных способов для общения на дальнем расстоянии. В отличие от радиоволн и лазеров, гравитационные волны искажаются меньше, и потенциально в будущем помогут человечеству общаться между Землёй и далёкими колониями.

Проблема кроется как раз в этой самой дальности и мощности сигнала, который могут поймать не только люди. Есть мнение, что внеземная разумная жизнь, если она существует, не реагирует на человечество из-за принципиально разных способов связи или нашего низкого развития в плане технологий.

Гравитационная связь может привлечь к нашей планете нежелательное внимание враждебно настроенных существ, до которых ранее не могли добраться радиоволны и лазеры.