Уарп двигателят може да е постижим по-рано от очакваното според проучване

В продължение на десетилетия филми и телевизионни сериали разпалват въображението ни за бъдещето, смесвайки науката с фантастиката по начин, който вдъхновява иновациите в реалния свят.

Сред най-интригуващите идеи е уарп двигателят - концепция, която оспорва Теорията на относителността на Айнщайн, предполагайки, че пътуването по-бързо от светлината може да бъде възможно чрез изкривяване на пространството и времето.

Кредит: golem.de

През 1994 г. физик-теоретикът Мигел Алкубиер представя идеята за пространствено-времеви балон, който може да свива разстоянията пред космически кораб, докато ги разширява зад него. Неговият модел, наречен "двигател на Алкубиер", разкрива вратичка в теорията на относителността, която на теория би могла да позволи пътуване по-бързо от светлината. Въпреки това повечето учени го отхвърлят като невъзможен поради изключителните изисквания за енергия.

Не всички обаче се отказват от тази идея. Джоузеф Агню (Joseph Agnew), студент в Университета на Алабама, решава да проучи дали теорията е математически издържана.

"Ако се изпълнят всички енергийни изисквания, не може да се докаже, че това не работи", заявява той в прессъобщение на университета.

Агню обяснява как би работила такава система. "Да предположим, че имате кораб, който се намира в балона. Това, което ще направите, е да свиете пространство-времето пред кораба и да разширите пространството-време зад него." Това описание съвпада с теорията на Алкубиер, която предполага движение, без да се нарушава познатата физика - поне на хартия.

Джоузеф Агню представя своя документ за варп задвижване на Форума за задвижване и енергия на Американския институт по аеронавтика и астронавтика (AIAA) в Индианаполис, Индиана. Кредит: Propulsion Research Center

И все пак остава една сериозна пречка. Теорията на Айнщайн изисква при по-бързо движение на обектите тяхната маса да се увеличава, което прави ускорението експоненциално по-трудно. За да се достигне скоростта на светлината, ще е необходимо безкрайно количество енергия - непреодолима пречка при сегашната физика.

Въпреки тези ограничения, уарп двигателят продължава да вълнува както учените, така и феновете на научната фантастика. Често описван като крайния пробив в космическите пътувания, той представлява мечтата за достигане на далечни звезди само за миг, а не за цял живот.

Идеята може да изглежда далечна, но научната фантастика е вдъхновявала дълго време реални постижения. Технологиите, които някога са били смятани за невъзможни - като сензорните екрани, компютрите с гласово управление и дори 3D принтирането - са започнали като фантастични идеи. Възможно ли е един ден към този списък да се присъедини и уарп двигателят?

Теорията на Айнщайн обяснява, че нищо не може да пътува по-бързо от светлината поради безкрайната енергия, необходима за ускоряване на обект до тази скорост. Фотоните, частиците на светлината, избягват този проблем, тъй като нямат маса. Следователно в момента е невъзможно космически кораб да се движи със скоростта на светлината.

Илюстрация: The Warp Drive: Kris Holland, въз основа на Enterprise Design от Matt Jeffries
(1) Вертикалните деформации на мрежата представят какъв обем на пространство-времето се разширява или свива. Положителните стойности в червено показват разширяването. Когато пространство-времето се разширява зад кораба, то задвижва кораба напред. (2) Вътре в мехура, неутралното пространство-време ще остави кораба непокътнат. Пътниците ще са в среда с нулева гравитация. (3) Отрицателните стойности в синьо представят свиването на пространство-времето. Свиването балансира разширяване на пространство-времето, като мехурът се движи напред.

Съществуват обаче две потенциални вратички. Първо, фокусът би могъл да се измести от постигането на скоростта на светлината към максимално доближаване до нея. Второ, теорията на Алкубиер за уарп двигателя предлага да се заобиколи универсалното ограничение на скоростта. Чрез изкривяване на пространство-времето този двигател би могъл да даде възможност за пътуване със скорост десет пъти по-висока от скоростта на светлината, без да се нарушава Общата теория на относителността.

Теорията предполага, че космическият кораб може да се намира в уарп балон, заобиколен от пръстен с отрицателна маса. Този пръстен ще компресира пространство-времето пред кораба и ще го разширява зад него, което ще позволи пътуване по-бързо от светлината.

В рамките на балона космическият кораб все още би се придържал към ограничението на универсалната скорост, докато се движи с необикновена скорост спрямо външните наблюдатели.

Пръстеновидно устройство за уарп задвижване би могло да транспортира звездолет с формата на футболна топка (в средата) до ефективни скорости, по-високи от светлинната. Концепцията е предложена за първи път от мексиканския физик Мигел Алкубиере. Кредит: Harold White

Съществено предизвикателство пред тази теория е огромното количество необходима маса-енергия. За задвижването на космически кораб, използващ двигателя на Алкубиер, е необходима маса, равна на тази на Юпитер.

Според уравнението на Айнщайн E=mc² това представлява огромно количество енергия, далеч надхвърлящо възможностите на Вселената в момента.

Д-р Харолд Уайт (Harold White), машинен инженер и физик от НАСА, работи по разрешаването на този проблем. Той смята, че може да е възможно да се намали изискването за маса и енергия чрез промяна на формата на пръстена с отрицателна маса. Това потенциално би могло да намали необходимата маса до около 700 kg.

Уайт ръководи екип от физици и инженери в НАСА при изграждането на Интерферометъра на Уайт-Джудей за уарп полета - устройство, предназначено за откриване и генериране на най-малките уарп мехурчета. Макар че тази технология може да не позволи веднага да се пътува до далечни галактики като Андромеда, тя представлява значителна стъпка към превръщането на уарп двигателя в реалност.

Въпреки тези постижения все още сме далеч от постигането на междузвездно пътуване и уарп двигател. Но непрекъснатият технологичен напредък ни приближава към намирането на отговорите. В "Стар Трек" е предсказано изобретяването на уарп двигателя през 2063 г. Въпреки че тази дата остава в бъдещето, продължаващите изследвания и иновации могат един ден да превърнат тази научнофантастична концепция в научен факт.

Други теории за развитието на уарп двигателя

Освен теорията на Джоузеф Агню за модела на Алкубиер, ето някои други теории и концепции за уарп двигател, които се изследват в момента:

Интерферометър на Уайт-Джудей за уарп поле

Харолд "Сони" Уайт, учен от НАСА, предлага корекции на модела " Алкубиер", за да направи концепцията по-осъществима. Той предлага оформянето на деформационния балон в тор да намали енергийните изисквания с порядък, което теоретично прави възможно създаването на по-малък деформационен балон около кораба.

Предизвикателства: Въпреки намаляването на енергията на теория, създаването на дори този по-малък уорп балон изисква технологии и материали, които в момента са недостъпни за нас.

Ефект на Казимир и отрицателна енергия

Ефектът на Казимир показва как квантовите флуктуации между два близко разположени обекта могат да създадат отрицателна енергия, която може да допринесе за развитието на уарп двигатели. Този подход е все още в ранен етап и се фокусира главно върху разбирането дали и как можем да използваме отрицателната енергия в по-голям мащаб.

Предизвикателства: Контролирането и генерирането на достатъчно отрицателна енергия понастоящем е извън нашите технологични възможности и са необходими допълнителни изследвания в областта на квантовата теория на полето.

Манипулиране на допълнителни измерения (космологията на браните)

Някои теории в областта на теорията на струните и космологията на браните предполагат, че нашата Вселена може да има допълнителни пространствени измерения. Ако това е вярно, може да е възможно да се "пресече" през тези измерения, което на практика ще позволи пътуване по-бързо от светлината, без да се нарушава теорията на относителността. Тази идея е тясно свързана с концепцията за червеевите дупки - друг теоретичен метод за свръхсветлинно пътуване.

Предизвикателства: Тази теория все още е силно умозрителна и няма емпирична подкрепа, тъй като не са открити преки доказателства за съществуването на допълнителни измерения или структури на брани.

Космологията на браните предполага, че нашата Вселена може да има допълнителни пространствени измерения. Кредит: CC BY-SA 4.0

Уарп двигател с корекции в квантовата теория на полето

Някои изследователи са проучили модификации на квантовата теория на полето, които биха могли да направят уарп двигатели по-възможни. Този подход включва изследване на начина, по който квантовите полета взаимодействат с пространство-времето, и дали тези взаимодействия могат да бъдат контролирани или използвани за създаване на стабилни уарп мехури.

Предизвикателства: Настоящите модификации на теорията на квантовите полета остават предимно теоретични и все още не са налични експериментални методи за проверка на тези идеи.

Манипулиране на тъмната енергия

Тъй като се смята, че тъмната енергия е движеща сила на ускореното разширяване на Вселената, някои предполагат, че манипулирането на тъмната енергия може да позволи да се създадат подобни ефекти на разширяване и свиване в локалното пространство около космическия кораб.

Предизвикателства: Тъмната енергия е един от най-слабо разбраните аспекти на физиката и манипулирането ѝ остава в сферата на спекулациите. Изследователите ще трябва първо да открият начин за използване на тъмната енергия в контролирани условия.

Всяка от тези теории е изправена пред значителни препятствия поради изискването за екзотична материя, отрицателна енергия или изключително напреднали технологии, с които все още не разполагаме. Въпреки това напредъкът в квантовата теория на полето, манипулирането на енергията и фундаменталната физика може да направи уарп двигател - или нещо подобно - по-възможен в далечното бъдеще.

Двигателят на Алкубиер

Феновете на научнофантастичните филми, особено на "Стар Трек", вече са запознати с уарп двигателите. Това са хипотетични двигатели, които могат да контролират тъканта на пространство-времето, като я свиват пред космическия кораб и я компресират зад него. Такъв процес създава уарп балон, който позволява на космическия кораб да се движи с невероятна скорост. Дори се предполага, че двигателят може да се движи многократно по-бързо от скоростта на светлината.

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

През 1994 г. мексиканският физик Мигел Алкубиер публикува статията "Уарп двигателят: свръхбързо пътуване в рамките на Общата теория на относителността", в която описва как може да работи реален уарп двигател. Тази вълнуваща разработка обаче е съпроводена със сериозно предизвикателство. Предложеното от Алкубиер задвижване се нуждае от отрицателна енергия, която може да съществува, но може и да не съществува. Възможно е също така да се наложи да се използва тъмната енергия - загадъчната сила, която изглежда причинява ускореното разширяване на Вселената.

Илюстрация bgchaos.com по идея на daviddarling.info

Уарп двигателите могат потенциално да осигурят нови средства за транспорт чрез използване на Общата теория на относителността на Айнщайн. Ако бъде създадена успешно, тази машина може да манипулира пространството и да нарушава законите на движението.

Технологията може да даде възможност за по-бързо пътуване в космоса чрез генериране на уарп поле, което да създаде подпространствен балон, обгръщащ звездолета. Чрез изкривяване на локалния пространствено-времеви континуум машината може да се движи със скорости, които значително да надвишават скоростта на светлината.

Още по темата

08/07/2024

Физика

В надпревара за изграждането на първия в света работещ уарп двигател

10/05/2024

Физика

Първият по рода си модел на свръхбърз двигател подсказва, че са възможни уарп двигателите

29/11/2023

Физика

Ако уарп двигателят е невъзможен, може ли поне да комуникираме по-бързо от светлината?

14/04/2015

Физика

Полети със свръхсветлинна скорост. Двигателят на Алкубиер.