Може би "Светият граал" на творенията на научната фантастика е уарп-двигателят от Стар Трек и мнозина са се опитали да разберат дали изобщо е възможно да се пътува по-бързо от скоростта на светлината. Към днешна дата, уви, без резултат, но ако уарп-двигателят е невъзможно да се осъществи (засега), дали пък е възможна по-бърза от светлината комуникация?

Да започнем с уарп-двигателя. Концепцията е двигател, което може да задвижва космически кораб със скорости, надвишаващи скоростта на светлината.

Според сценаристите на Стар Трек, скоростта се описва в коефициенти на уарп-скоростта, които я преобразуват в кратни на скоростта на светлината чрез умножение с повдигане на куб на самия уарп-фактор. По същество скоростта "уарп 1" е равна на скоростта на светлината, "уарп 2" е 8 пъти по-голяма от скоростта на светлината и "уарп 3" е 27 пъти по-голяма от скоростта на светлината и т.н.

Уарп-задвижването в Стар Трек е една от най-детайлно измислените фантастични технологии. В сравнение с хиперпространствените двигатели в други измислени вселени, той се различава по това, че космическият кораб не напуска нормалния пространствено-времеви континуум и вместо това самото пространство-време е изкривено, както е възможно според Общата теория на относителността.

Как може да се постигне скорост по-голяма от тази на светлината?

В опит да се разбере това са предприети многобройни експерименти. Например Бил Бертоци от Масачузетския технологичен институт ускорява електрони и ги наблюдава как стават все по-тежки и по-тежки, докато вече не могат да бъдат ускорени. За да се ускори обект до скоростта на светлината, е необходимо безкрайно количество енергия. Максималната скорост, която може да постигне, е скоростта на светлината. В други експерименти синхронизирани атомни часовници са взети на борда на самолети и бе установено, че след пътуване с висока скорост спрямо еталонния часовник на Земята, времето тече по-бавно. Резултатът е, че колкото по-бързо движиш, толкова по-бавно тече времето и със скоростта на светлината времето спира. Ако времето спре, спира и скоростта. Задачата е невъзможна.

Това ограничение означава, че за човечеството е затворен пътя към другите звезди и галактики, но това не обезсърчава физиците-теоретици - мнозина се опитват и може би, успяват да заобиколят това ограничение.

Двигателят на Алкубиер

Първата научно обоснована концепция за свръсветлинен двигател е на мексиканския физик Мигел Алкубиер (Miguel Alcubierre), който я представя в публикацията си от 1994 г. "The Warp Drive: Hyper-Fast Travel Within General Relativity".

Идеята на  Алкубиер е да използва "двигател, изкривяващ пространството", специален вид деформиране на време-пространството под формата на мехур, който се движи по-бързо от светлината във външното пространство на Минковски. Всъщност мехурът не се движи - неговата кинетична енергия в началото и в края на "движението" е една и съща, а той се премества за сметка на изкривяването на пространството.

2D визуализация на двигател на Алкубиер, показваща противоположните региони на разширяване и свиване на пространство-времето, които изместват централния регион. Кредит: AllenMcC

Същината на технологията се състои в деформиране на пространството - тъканта на пространството пред космическия кораб се свива локално, а зад него се разширява бързо, бутайки го напред - пътниците ще го възприемат като движение, въпреки пълната липса на ускорение.

Тъй като корабът не се движи в рамките на този мехур, а е носен заедно със самата движещаа се зона, традиционните релативистични ефекти като забавяне на времето например, не биха се случили както се очаква при високи скорости през плоското пространство-време.  Циклични деформации ще тласкат кораба напред.По този начин, космическият кораб ще бъде изтеглен към местоназначението си от пространство-времето.

Илюстрация bgchaos.com по идея на daviddarling.info

Илюстрация: golem.de

Как ще се създаде гравитационната яма пред кораба е позната задача - тези вдлъбнатини в гравитационния "гумен лист" на пространство-времето се образуват около всяко масивно тяло. Но за да се образува хълмчето е необходима отрицателна маса или енергия (Айнщайн ги свърза завинаги в познатата му формула). За да не стане объркване, нека уточним: отрицателната маса (m <0), не е "антиматерия" - това са частици, които се анихилират, срещайки се с нашата материя и реагират на гравитацията като обикновената материя.

И така, за пътуване по-бързо от светлината е нужна отрицателна енергия и тя се изисква в големи количества.

Квантовата механика показва, че дори празното пространство има енергия и всичко, което има по-малко енергия от празното пространство, има "отрицателна енергия".

Проблемът (измежду многото) е, че никой не знае как да получи отрицателна енергия в огромни количества, за да захранва уарп-двигателя.

Изглежда, че уарп-двигателят ще почака още известно време, но не може ли да се осъществи по-бърза от светлината комуникация?

Ускоряването на макроскопични обекти, като космически кораби, изисква големи количества отрицателна енергия, но комуникацията, както се обяснява в скорошен документ, която работи в много по-малък мащаб, изисква по-малко енергия. Всъщност доста по-малко, по-малко, отколкото се съдържа в една мълния.

Примамливо е, че може да се създадат малки количества отрицателна енергия, използвайки съвременните технологии.

Един от начините, по които това може да се постигне, е да се осигури правилната конфигурация и разпределение на отрицателната енергия към комуникационните канали.

В статията се предлага разпределение на отрицателна енергия в т. нар. хипертръби, за да се даде възможност за ускоряване и забавяне на мехурчетата деформация за свръхсветлинна комуникация.

Разбира се, постигането на тази цел за комуникация на дълги разстояния ще изисква разработката и изграждането на специални устройства, но както авторът на статията Лоренцо Пиери (Lorenzo Pieri) заключава, "изкушаващо е да се помисли за производството на микрочипове, способни на свръхсветлинни изчисления".

Да, това е вълнуващо предложение и мисълта за изстрелване на съобщения към космоса със скорост, по-висока от тази на светлината, е много вдъхновяваща!

Справка: Hyperwave: Hyper-Fast Communication within General Relativity; Lorenzo Pieri; https://arxiv.org/abs/2311.12069 

Източник: If Warp Drives are Impossible, Maybe Faster Than Light Communication is Still on the Table?, Mark Thompson, Universe Today

Още по темата

20/12/2022

Космос

LIGO може да открие по гравитационните вълни извънземни космически кораби

05/03/2021

Физика

Първият модел на уарп-двигател, деформиращ на пространството, е физически възможен

14/04/2015

Физика

Полети със свръхсветлинна скорост. Двигателят на Алкубиер.

08/03/2015

Физика

Възможна ли е скорост, по-голяма от скоростта на светлината? В търсене на тахионите