0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Варп двигатель принцип работы

Ученые NASA сделали еще один шаг на пути к варп-двигателю?

Поделитесь в соцсетях:

  • Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
  • Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)

Прошлогодняя новость о подтверждении работоспособности «невозможного» электромагнитного двигателя EmDrive, принцип работы которого бросает вызов некоторым законам физики, вызвала широкий общественный резонанс не только среди интернет-пользователей, но и наделала немало шума в околонаучном сообществе. И вот на днях из Космического центра имени Джонсона пришли еще более волнующие новости: команда исследователей объявили об успешном тестировании электромагнитного двигателя, который потенциально может сделать доступные космические путешествия по Солнечной системе реальностью.

Как сообщает тематический ресурс NASASpaceFlight.com, электромагнитный двигатель способен доставить космический корабль с астронавтами на Луну в течение нескольких часов или сократить время полета на Марс до 70 дней. Это не совсем варп-двигатель но это, безусловно, еще один шаг в этом направлении.

Идея создания электромагнитного двигателя не нова: работы в этом направлении ведутся параллельно американскими, британскими и китайскими учеными в рамках национальных космических программ. Ее суть сводится к созданию такого типа силовой установки, принцип работы которой не предусматривает сжигание ракетного топлива для создания тяги. Вместо этого, электромагнитные микроволны, исходящие от излучателей, отскакивают от внутренней поверхности вакуумной камеры конусообразной формы таким образом, что преобразуют электрическую энергию с тягу. Источником энергии в данном случае могут служить солнечные батареи, ядерный реактор или что-то другое.

Пока что технология носит преимущественно теоретический характер, но первоначальные результаты тестов, официально обнародованные NASA и китайским космическим агентством весьма обнадеживающие. Идея создания подобных ускорителей также является немного спорной, поскольку, бросают вызов некоторым физическим законам Ньютона.

Чуть меньше года назад на успешный эксперимент исследователей NASA обрушился шквал критики и замечаний, большая часть из которых была связана с тем, что в ходе испытаний двигатель работал при атмосферном давлении, а не в условиях вакуума. Скептики в один голос заявляли, что крошечная сила тяги, создаваемая двигателем, всего лишь последствие конвекционных потоков воздуха, разогреваемого микроволновым излучением.

В своем последнем исследовании сотрудники Космического центра имени Джонсона доказали всему миру работоспособность двигателя EmDrive, который, с теоретической точки зрения, может обеспечить разгон любых объектов до релятивистских скоростей. Результаты тестов показали, что двигатель способен создавать тягу в вакуумной камере, при этом уровень вакуума превышает таковой в космическом пространстве.

Важно отметить, что информация о подтверждении работоспособности двигателя EmDrive в условиях вакуума не имеет статус официальной, и, как минимум, частично базируются на слухах, так что воспринимать их следует с изрядной долей скептицизма. Очевидно одно: исследования в направлении создания электромагнитного двигателя ведутся несколькими разными космическими агентствами, а источник вполне заслуживает доверие. К тому же, очень часто информация просачивается через неофициальные каналы. В случае успешной реализации данной концепции подобные двигатели могут найти достаточно широкое применение в космической индустрии.

Остается пожелать исследователям удачи и по случаю Дня Звездных войн вспомнить сакральную фразу: «Да пребудет с нами сила».

Новая волна в исследованиях варп-двигателя. Решение Ленца и что из него следует

Варп-двигатель — одна из тех концепций, которые кажутся преждевременно проникшими из фантастики в науку, притягательных и недостижимых. Как известно, варп-двигатель был «изобретен» во вселенной «Стар Трек» и представляет собой устройство, позволяющее космическому кораблю мгновенно перемещаться в пространстве из точки A в точку B, не совершая многолетних и многовековых перелетов на субсветовых скоростях. Этот двигатель работает на антивеществе и кристаллах дилития, поэтому, в сущности, авторы могли нарисовать его сколь угодно мощным, компактным и красивым, не ограничивая собственную фантазию. Для полноты картины приведу здесь его схему, взятую с сайта startreker.su.

При всей фантастичности подобного проекта, в нем есть более чем внушительное рациональное зерно. Действительно, согласно теории относительности Эйнштейна, ничто в пространстве не может двигаться быстрее света, но при этом никак не ограничивается скорость движения самого пространственно-временного континуума. Именно такая лазейка позволила молодому мексиканскому физику Мигелю Алькубьерре (род. 1964) сформулировать концепцию пузыря Алькубьерре, а вслед за ним – и смоделировать аналог варп-двигателя, получивший известность под названием «двигатель Алькубьерре».

Двигатель Алькубьерре. Краткая история

В 1994 году в престижном научном журнале «General Relativity and Quantum Cosmology» вышла статья Мигеля Алькубьерре «The warp drive: hyper-fast travel within general relativity» (Варп-двигатель: гипербыстрые перемещения в рамках общей теории относительности). В этой статье Алькубьерре предлагал инженерный проект, более реалистичный, чем гиперпространственные прыжки через червоточины. Червоточина (кротовая нора) – это своеобразный туннель между сильно удаленными областями пространства или разными вселенными. Впервые подобная идея была предложена в 1935 году под названием «Мост Эйнштейна-Розена». Даже без учета того, что ни одна кротовая нора до сих пор не обнаружена, в данном контексте важны две ее черты:

Червоточина служит мостом в неизвестность, то есть, невозможно заранее рассчитать, в какую точку мы попадем, пройдя через нее.

Релятивистские червоточины фактически непроходимы, так как должны схлопываться при попадании в них космического корабля, который в таком случае будет раздавлен сингулярностью.

Стабильная (проходимая) червоточина может существовать лишь при условии, что она будет заполнена веществом с отрицательной массой, которая, соответственно, обладает отрицательной энергией. Червоточины — отдельная большая тема, подробно раскрытая на Хабре, а также популяризованная знаменитым физиком Кипом Торном в фильме «Интерстеллар» и книге «Интерстеллар. Наука за кадром». Алькубьерре формулирует суть своей статьи так:

«Здесь показано, как в рамках общей теории относительности и без привлечения червоточин можно изменять пространство-время таким образом, что космический корабль сможет перемещаться в нем с произвольно большой скоростью. Речь идет о чисто локальном расширении пространства-времени за космическим кораблем и о таком же сжатии пространства-времени перед кораблем. В таком случае возможно перемещение, которое будет происходить со сверхсветовой скоростью с точки зрения наблюдателя, находящегося за пределами области описанных возмущений. Результирующее искажение пространства напоминает эффект «варп-двигателя», описанного в научной фантастике. Однако, как и в случае с червоточинами, для генерации таких искажений пространства-времени, которые обсуждаются здесь, потребуется экзотическая материя».

Прежде, чем перейти к обзору конструкции двигателя Алькубьерре, оговоримся, что мгновенное расширение пространства, несопоставимо более быстрое, чем скорость света – ключевой компонент теории инфляционного расширения Вселенной. Инфляционную теорию впервые предложил в 1980 году советский ученый Алексей Михайлович Старобинский (род. 1948), а вслед за ним, в 1981 году — американский космолог Алан Гут (род. 1947), также пришедший к ней независимо. Суть инфляции заключается в мгновенном расширении Вселенной от 10 -33 см практически до современных, почти сразу после Большого Взрыва. Эпоха инфляции продлилась с 10 -35 до 10 -32 секунд после возникновения Вселенной, но здесь важно отметить, что ей предшествовали еще две космологически принципиальные эпохи: с 0 до 10 -43 секунды продолжалась планковская эпоха, по окончании которой гравитация отделилась от остальных фундаментальных взаимодействий, а с 10 -43 до 10 -35 секунды продолжалась эпоха великого объединения (ЭВО), в течение которой во Вселенной наряду с квантовыми законами начали действовать законы теории относительности. Таким образом, инфляционное расширение Вселенной произошло после того, как в ней включилась теория относительности, и согласуется с релятивистскими законами. Это дополнительно свидетельствует в пользу физической возможности как червоточин, так и двигателя Алькубьерре, к рассмотрению которого мы сейчас вернемся. Тема Мультивселенной, основанная на инфляционной теории и разработанная великим советско-американским физиком Андреем Дмитриевичем Линде (род. 1948), заслуживает отдельного рассмотрения. Периодизация первых эпох в развитии Вселенной подробно изложена в книге нобелевского лауреата Стивена Вайнберга (род. 1933) «Первые три минуты».

Итак, варп-двигатель модели Алькубьерре воздействует не на космический корабль, а на окружающее пространство, искривляя его:

В центре иллюстрации показан пузырь Алькубьерре, в рамках которого действует релятивистская физика Эйнштейна, и скорость света локально ни разу не превышается. Зато в «кильватере» такого корабля пространство расправляется, а в направлении движения – сжимается. Итак, никакого дилития, никакого антивещества, никакого локального превышения скорости света в пространстве.

NASA со всей серьезностью отнеслось к теоретической проработке и экспериментальной проверке принципов, намеченных Алькубьерре. В 2011 году на конференции в Орландо был представлен доклад о метрике Алькубьерре, то есть, о форме пространства-времени, возникающей при движении пузыря Алькубьерре. В этом докладе содержится относительно современное представление о порядке работы двигателя Алькубьерре, и эта работа выглядит так:

Читать еще:  Характеристики двигателя bbj ауди

Космический корабль отправляется от Земли на традиционной реактивной тяге и преодолевает расстояние d, после чего останавливается относительно Земли.

Включается поле Алькубьерре, и корабль отправляется в межзвездное путешествие, ни разу локально не превышая скорость света, но преодолевая расстояние D за произвольно краткий период времени.

Поле выключается в промежуточной точке на расстоянии d от цели, и корабль завершает рейс обычным способом.

Такой метод позволит попасть в систему Альфы Центавра за несколько недель или месяцев, а не за десятилетия или века, как по часам наблюдателя, находящегося на Земле, так и по часам, установленным на самом космическом корабле.

Таким образом, 10 лет назад создание двигателя Алькубьерре уперлось в фундаментальную проблему: он был непредставим без отрицательной энергии, которой должно обладать вещество с отрицательной массой, а такого вещества во Вселенной не наблюдается. На основе конденсата Бозе-Эйнштейна в лаборатории было получено вещество, проявляющее некоторые свойства отрицательной массы — произошло это в 2017 году, но на этом пришлось поставить жирную точку с запятой.

Эрик Ленц и солитоны

Удивительное решение для гиперпространственных прыжков, не требующее привлечения отрицательной массы, предложил в 2020 году Эрик Ленц из Гёттингенского университета. В статье, вышедшей в 2021 году, он предлагает использовать солитоны – одиночные волны, перемещающиеся на (потенциально неограниченно) большие расстояния, не меняя при этом формы и не разглаживаясь.

Солитон, также именуемый в научно-популярной литературе «уединенной волной», возникает в самых разных средах, располагающих к образованию волн. Солитон был открыт шотландским физиком Джоном Скоттом Расселом в 1834 году. В тот период Рассел изучал возможности использования паровой тяги в шотландских каналах, а на момент описываемых событий тяга была еще лошадиная. И вот что он заметил (цитируется по «Науке и жизни»):

«Я следил за движением баржи, которую быстро тянула по узкому каналу пара лошадей, когда баржа неожиданно остановилась. Но масса воды, которую баржа привела в движение, собралась около носа судна в состоянии бешеного движения, затем неожиданно оставила его позади, катясь вперед с огромной скоростью и принимая форму большого одиночного возвышения — округлого, гладкого и четко выраженного водяного холма. Он продолжал свой путь вдоль канала, нисколько не меняя своей формы и не снижая скорости. Я последовал за ним верхом, и когда нагнал его, он по-прежнему катился вперед со скоростью примерно 8-9 миль в час, сохранив свой первоначальный профиль возвышения длиной около тридцати футов и высотой от фута до полутора футов. Его высота постепенно уменьшалась, и после одной или двух миль погони я потерял его в изгибах канала».

Долгое время наблюдение Рассела не воспринимали всерьез – «померещилось». Но уже после его смерти (в 1895 году, тогда как Рассел умер в 1882), Дидерик Кортевег и Густав де Фриз показали, что стабильные одиночные волны действительно могут существовать в самых разных средах и подчиняются уравнению, обнаруженному Жозефом Буссинеском еще в 1877 году, но не применительно к солитонам. Впоследствии выяснилось, что ключевое свойство солитона – сохранение неизменной формы и скорости при распространении.

Примерами солитона являются, в частности, цунами и нервный импульс. Признаки солитона обнаружены даже в паттернах образования кровеносных сосудов при развитии раковой опухоли. Долгое время, однако, сохранялись сомнения в том, могут ли солитоны образовываться в вакууме. Утвердительный ответ на этот вопрос был получен в 2002 году, когда спутник Европейского Космического Агентства обнаружил в районе магнитопаузы солитон шириной около 6 км, двигавшийся к внешней границе Солнечной системы со скоростью примерно 9 км/c.

Эрик Ленц изобразил в своей статье различные варианты солитона с силуэтами космических кораблей, захваченных подобной волной:

Но у фанатов «Стар-Трека» получилось более наглядно:

Статья Ленца, ссылка на которую оставлена в начале этого раздела, содержит много формул и сводится к обоснованию того, что при применении солитона вместо варп-пузыря в качестве носителя звездолета можно обойтись только известной материей, имеющей положительную массу. В качестве материи, в которой предполагается возбудить такой солитон, Ленц предлагает использовать магнитоактивную релятивистскую плазму, подчиняющуюся уравнениям Максвелла и Эйнштейна. Вот как он описывает работу над солитонами в разделе «Научные интересы» на своем персональном сайте:

Гипербыстрые (сверхсветовые) солитоны, укладывающиеся в современные теории гравитации, активно обсуждаются на протяжении последних трех десятилетий. Одно из наиболее видных критических замечаний по поводу компактных механизмов, которые бы обеспечивали сверхсветовое движение, не противоречащее общей теории относительности, заключается в следующем: геометрия такого решения в основном зависит от отрицательной энергии, а никаких макроскопических источников отрицательной энергии в физике частиц не известно. Недавно мне удалось опровергнуть это убеждение, предложив новый класс гипербыстрых солитоновых решений, строящихся исключительно на положительной энергии и, следовательно, не требующих источников экзотической материи. Это удалось сделать путем рассмотрения гиперболических отношений между компонентами вектора сдвига пространственно-временной метрики. Кроме того, такие солитоны можно генерировать из классической электронной плазмы, полностью описываемой в рамках известной физики.

Еще одно достижение Ленца заключается в том, что оно позволяет практически полностью нивелировать приливные силы, которые могли бы разорвать космический корабль. При этом масса, которую необходимо преобразовать в энергию для создания сверхсветового солитона, до сих пор остается вне наших технических возможностей и составляет несколько масс Юпитера. Тем не менее, решения Ленца являются очевидным шагом вперед, демонстрирующим, что варп-двигатель может работать в полном согласии с известной физикой.

При этом до сих пор непонятно, сможет ли экипаж выжить после такого путешествия на солитоне, а также каким образом остановить солитон в нужной точке и приступить к торможению. Во Вселенной «Стар Трека» на конечной станции маршрута предполагается ставить специальное оборудование, которое рассеет приближающийся солитон, но непонятно, как остановить волну в диком космосе без наличия какого-либо космопорта.

Итак, по состоянию на март 2021 года известны математические (но не физические) решения, которые позволяют согласовать сверхсветовые путешествия с общей теорией относительности. Более того, в феврале 2021 году вышла еще одна статья от Алексея Бобрика и Джанни Мартире, работающих в Лаборатории Реактивного Движения NASA (Advanced Propulsion Laboratory), в которой представлена полноценная классификация варп-двигателей. Подробный ее разбор с удовольствием уступаю читателям, готовым еще немного пофантазировать, а здесь процитирую лишь ремарку авторов, тон которой кажется мне скептическим и оптимистическим одновременно:

«Варп-двигатели оказываются гораздо более простыми и менее таинственными объектами, чем может показаться по изучению популярных источников, посвященных работе Алькубьерре. Варп-двигатель – это инерционно движущаяся оболочка, внутри которой заключен «пассажирский» регион с плоской метрикой. Источником движения для варп-двигателя может служить как положительная, так и отрицательная энергия. Ключевая черта, отличающая корабли с варп-двигателем от тривиальной оболочки, движущейся по инерции – это колоссальный объем энергии, нужной для искривления окружающего пространства и модификацию пространства-времени внутри затронутой области».

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.

Читать еще:  Ep6 двигатель большой расход масла масло

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».

1.7. В фантастике Во вселенной Mass Effect
Сверхсветовое движение в серии видеоигр Mass Effect осуществляется посредством так называемого «эффекта массы» — поля темной энергии, которое генерируется путем подачи электрического тока на ядро варп-двигателя. Ядро двигателя содержит в себе «нулевой элемент» — фантастический химический элемент, в котором отсутствует ядро. Согласно кодексу вселенной, нулевой элемент образуется при воздействии энергии вспышки сверхновой звезды на поверхность планет, астероидов и т. д. Когда на ядро двигателя с нулевым элементом подается электрический ток с отрицательным зарядом, образуется темная энергия, а масса объекта снижается. Космический корабль оказывается заключенным в поле темной энергии, в которое он как бы проваливается. Принцип действия поля «эффекта массы» очень схож с предполагаемым принципом действия Пузыря Алькубьерре. В результате, получается, что объект, будучи заключенным в поле «эффекта массы» способен преодолевать скорость света не нарушая при этом ОТО, так как в локальном «пузыре» скорость света увеличивается, а световой барьер не преодолевается. Однако, эта разновидность варп-двигателя лишь решает проблему, связанную со снижением массы корабля и заключением его в поле темной энергии. Для движения и создания реактивной тяги все еще нужны обычные маршевые двигатели. Они могут быть жидкостными химическими, ионными или, военными, антипротонными. Также, в качестве источника энергии для питания масс-ядра, на корабле должен присутствовать термоядерный реактор, обычно работающий на Гелии-3. В качестве «побочного эффекта» при движении на сверхсветовых скоростях на корабле, использующем двигатель с масс-ядром накапливается статический электрический заряд, который необходимо периодически сбрасывать либо на специальных станциях разрядки, либо путем посадки на планету грубо говоря, заземления, либо же путем выхода на орбиту газовых гигантов — сброс заряда происходит за счет мощного магнитного поля планет-гигантов, которое поглощает накопившийся заряд корабля. Однако, в 2185 году был создан двигатель «ОДИС», который преобразует накопившуюся энергию и передает её на питание внутренних систем корабля. При помощи этого двигателя члены экспедиции «Andromeda Initiative» сумели достичь галактики Андромеда за 634 года непрерывного полета, двигаясь со скоростью около 10 св. лет в сутки. В целом же, скорости кораблей во вселенной Mass Effect варьируются от 50 до 11000 скоростей света.
Отдельно от технологий сверхсветового перемещения на самих космических кораблях, в галактике Млечный Путь существует разветвленная система ретрансляторов массы — загадочных древних порталов, способных мгновенно перемещать объекты на расстояния в сотни или даже тысячи световых лет. Ретрансляторы массы работают по принципу парного взаимодействия: космический корабль может пройти через пару ретрансляторов мгновенно переместившись на расстояние, которое с помощью обычных сверхсветовых двигателей пришлось бы преодолевать многие месяцы или даже годы. Согласно ЛОРу вселенной, ретрансляторы массы являются мощнейшими из известных механизмов использующих «эффект массы» темную энергию, а уничтожение ретранслятора массы способно полностью уничтожить планетарную систему в которой он находится, так как энергия взрыва ретранслятора сопоставима с энергией взрыва сверхновой звезды.

Учёные начинают всерьёз рассматривать варп-двигатели космических кораблей

Тяжело жить в релятивистской Вселенной, где даже ближайшие звёзды расположены так далеко от нас, а скорость света абсолютна. Неудивительно, что различные научно-фантастические произведения сплошь и рядом используют двигатели, позволяющие передвигаться быстрее света (Faster-than-Light, или FTL), в качестве устройства для развития сюжета.

Нажмите кнопочку, надавите на педаль, и модный двигатель – принцип работы которого никто не может объяснить – перенесёт нас в другую точку пространства-времени.

Но в последние годы научное сообщество всколыхнули волны понятного вдохновения и естественного скептицизма, связанные с заявлениями о том, что определённую концепцию такого двигателя – пузырь Алькубьерре – вполне можно реализовать на практике.

Именно по этой теме в августе 2019 проходила презентация в Американском институте аэронавтики на форуме космических двигателей и энергии. Презентацию давал Джозеф Анью – будущий инженер, помощник исследователя из Алабамского университета в Хантсвилле, стажирующийся в исследовательском центре реактивных двигателей.

В разделе “Будущее ядерной энергии и передовые концепции двигателей” Анью сообщил о результатах проведённого им исследования под названием “Исследование варп-теории и технологий для определения состояния этой области и её реализуемости“.

Анью объяснил присутствующим в забитом до отказа зале, что теория, лежащая в основе варп-двигателя, относительно проста. Изначально её предложил мексиканский физик Мигель Алькубьерре в 1994 году. Изначально её рассматривали, как в высшей степени теоретическое (но допустимое) решение Эйнштейновских уравнений поля, описывающих, как во Вселенной взаимодействуют пространство, время и энергия.

Говоря обывательским языком, двигатель Алькубьерре позволяет двигаться быстрее света, создавая волну на ткани пространства-времени, сжимая пространство, находящееся впереди него, и растягивая пространство позади.

В теории космический корабль, находящийся внутри этой волны, мог бы при помощи этого “варп-пузыря” достигать скоростей, превышающих скорость света. Это явление известно, как “метрика Алькубьерре”.

Читать еще:  Датчик холостого хода для карбюраторного двигателя

В контексте общей теории относительности внутренняя часть этого пузыря будет инерционной системой отсчёта для всего, что находится внутри него. Такие пузыри могут появляться в бывших до этого плоскими участках пространства-времени, преодолевая скорость света.

Поскольку корабль не двигается через пространство-время (двигается само пространство-время), обычные релятивистские эффекты к нему неприменимы.

Проще говоря, метрика Алькубьерре позволяет осуществлять FTL-передвижение без нарушения законов относительности в обычном смысле. Как объяснил нам Анью, его эта концепция вдохновила ещё в старших классах, и с тех пор он ею увлечён:

Благодаря этой идее я углубился в математику и в другие науки, и в итоге заинтересовался научной фантастикой и передовыми теориями с более технической точки зрения. Я начал смотреть “Звёздный путь”, оригинальный сериал и “Следующее поколение”, и заметил, как там предсказывали или вдохновляли изобретение сотовых телефонов, планшетов и других удобных устройств.

Я поразмыслил по поводу других технологий – фотонных торпед, фазеров и варп-двигателя, и попытался исследовать то, что по этому поводу говорит “наука звёздного пути” и “её эквивалент из реального мира”. Я наткнулся на оригинальную работу Мигель Алькубьерре, и, переварив её немного, я начал искать информацию по другим ключевым словам и всё больше углублялся в эту теорию.

И хотя сперва эту концепцию отмели, как полностью теоретическую и слишком умозрительную, в последние годы в неё вдыхают новую жизнь. В основном это происходит благодаря Гарольду Уайту по прозвищу “Санни”, руководителю команды разработки передовых двигателей в лаборатории физики передовых двигателей НАСА (также известной, как “лаборатория Иглворкс”).

На “симпозиуме столетия космических путешествий” в 2011 году Уайт поделился некоторыми обновлёнными вычислениями метрики Алькубьерре, в рамках презентации “Основы механики варп-поля” (и в работе с тем же названием).

Уайт утверждал, что теория Алькубьерре жизнеспособна, но её нужно тщательно проверить и разработать. С тех пор именно этим они с коллегами из лаборатории Иглворкс и занимались.

Анью также большую часть академической карьеры занимался исследованием этой теории и механики варпа. Под руководством Джейсона Кассибри – адъюнкт-профессора машиностроения и авиационно-космической техники, работающего в исследовательском центре алабамского университета, работа Анью вылилась в исследование, описывающее основные препятствия и возможности, возникающие на фоне исследований механики варпа.

Как говорит Анью, одно из важнейших препятствий состоит в том, что концепция варп-двигателя до сих пор не воспринимается серьёзно в научных кругах:

По моему опыту, любое упоминание варп-двигателя в разговоре сразу вызывает усмешки, поскольку эта идея очень теоретическая и больше относится к научной фантастике. Часто её сразу же отвергают, и используют как пример чего-то нелепого, и это можно понять.

В моём случае, у себя в голове я отнёс её к категории типичных сверхсветовых концепций, поскольку они, очевидно, нарушают предположение о том, что скорость света является абсолютным пределом скорости.

Зарегистрируйтесь с промокодом в системе каршеринга, и на ваш счёт зачислят бонусы.

YouDrive и YouDrive litea8Yh6e
BelkaCarTMGA3338

Оплатите подписку, и реклама отключится

И только когда я более подробно закопался в теорию, я понял, что у неё нет таких проблем. Думаю, что к ней было бы больше интереса, если бы люди ознакомились с прогрессом, достигнутым по этой теме. Исторически теоретическая природа этой идеи может отпугивать людей, поскольку гораздо сложнее увидеть прогресс, смотря на уравнения вместо каких-то осязаемых результатов.

Хотя данная область находится в зачаточном состоянии, недавно было проведено несколько интересных разработок. К примеру, открытие гравитационных волн естественного происхождения, сделанное учёными из лаборатории LIGO в 2016 году, подтвердило как предсказание Эйнштейна столетней давности, так и существование базиса варп-двигателя в природе.

Как отметил Анью, это, возможно, одно из важнейших событий, но не единственное:

За последние 5-10 лет был достигнут прекрасный прогресс в предсказании ожидаемых эффектов, оказываемых двигателем, в разработках по конкретной реализации этого проекта, в подтверждении фундаментальных предположений и концепций, и, что лично мне больше всего нравится – в разработке способов проверки теории в лабораторных условиях.

Открытие, сделанное на LIGO несколько лет назад, по-моему, представляет серьёзный скачок для науки, поскольку оно экспериментально подтвердило возможность “сворачивания” и изгибания пространства-времени в присутствии гравитационных полей значительной силы, и распространения этого искривления по Вселенной измеряемым способом. До этого благодаря Эйнштейну у нас было представление об этом, но теперь оно стало определённостью”.

Поскольку система зависит от расширения и сжатия пространства-времени, сказал Анью, это открытие демонстрирует, что некоторые из предполагаемых явлений встречаются в природе.

“Теперь, зная, что эти эффекты реальны, я задаюсь следующим вопросом: как их изучить, и как создать в лаборатории? – добавил он. – Очевидно, это потребует вложения огромных ресурсов и времени, однако преимущества также будут огромными”.

Конечно, концепция варп-двигателя требует дополнительной поддержки и различных прорывов до того, как станут возможными экспериментальные исследования. Сюда входят прорывы в теоретической платформе, а также технологический прогресс. И если разделить эту задачу на мелкие, и не относиться к ней, как к огромной проблеме, сказал Анью, то прогресса определенно можно будет достичь:

По сути, для варп-драйва нужен способ расширять и сжимать пространство-время по необходимости и локально – вокруг небольшого объекта, или корабля. Мы точно знаем, что очень большая плотность энергии в виде, к примеру, электромагнитных полей или масс, может привести к искривлению пространства-времени. Однако в нашем сегодняшнем представлении для этого требуется огромное количество энергии.

С другой стороны, в технической области нужно как можно лучше усовершенствовать оборудование и все процессы, чтобы такая высокая плотность энергии стала достижимой. Считаю, что есть все шансы на более глубокое понимание гравитации после воспроизведения эффекта в лабораторных масштабах, и что это откроет нам путь к пока ещё не придуманным теориям или лазейкам.

Если подытожить, то самым большим препятствием остаётся энергия, а из этого следуют технологические препятствия, необходимость в получении более мощных электромагнитных полей, более чувствительного оборудования, и т.д.

Огромные объёмы положительной и отрицательной энергии, требуемые для создания варп-пузыря, остаются самой большой проблемой концепции Алькубьерре. Сейчас учёные считают, что для поддержания плотности отрицательной энергии, необходимой для создания пузыря, потребуется экзотическая материя. Кроме того, учёные оценивают общее количество энергии, необходимой для этого, равным массе Юпитера.

Однако это уже значительно меньшие требования по сравнению с предыдущими, в которых было заявлено, что для данного процесса потребуется энергия массы, эквивалентной всей Вселенной. Однако и экзотическая материя массой с Юпитер пока остаётся недоступной для нас. В этом смысле всё равно требуется достичь значительного прогресса, чтобы уменьшить требования к энергии до чего-либо более реалистичного.

Единственный из видимых вариантов связан с дальнейшими прорывами в квантовой физике, квантовой механике и получении метаматериалов, говорит Анью. Также требуется технологический прогресс в таких областях, как сверхпроводники, интерферометры и магнитные генераторы. И, естественно, есть ещё проблема с финансами, всегда встающая остро в случае таких отвлечённых концепций.

Но, как говорит Анью, эта проблема не кажется непреодолимой. Учитывая уже сделанный прогресс, есть причины оптимистично смотреть в будущее:

Имеющуюся пока теорию вполне стоит развивать и дальше, и сегодня проще, чем раньше, предоставить доказательства её правдивости. Что до оправданий траты на неё ресурсов, то несложно видеть, что возможность исследовать космос за пределами Солнечной системы, или даже Галактики, станет невероятным скачком для человечества. Также мы определённо получим преференции от роста технологий, последующего за расширением границ исследований”.

Как и авионика, ядерные исследования, изучение космоса, электромобили и многоразовые ракеты, концепции варп-двигателя Алькубьерре, судя по всему, на роду написана необходимость пробиваться наверх. Но если все эти исторические примеры можно считать примером, то в итоге эта концепция может пересечь определённую черту и внезапно оказаться вполне реализуемой!

А учитывая всё возрастающий интерес к экзопланетам (ещё одна крайне быстрая растущая область астрономии), не будет недостатка в людях, надеющихся отправить миссии к ближайшим звёздам в поисках потенциально обитаемых планет. И, как демонстрируют перечисленные примеры, иногда для того, чтобы мячик покатился, бывает достаточно его как следует пнуть…

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector