Двигатель искривления. Как создать двигатель корабля из "звездного пути"

Путешествие через кротовую нору в представлении художника

Изображение: Wikimedia Commons

Официальные представители NASA открестились от создания варп-двигателя . На слухи, которые в течение последних недель появлялись в средствах массовой информации, сотрудники агентства ответили в письме изданию Space.com . Ознакомиться с мнением инженеров Космического центра имени Линдона Джонсона, а также ряда независимых экспертов можно в материале издания.

Как ранее сообщил отраслевой наблюдатель, NASASpaceFlight.com, инженеры лаборатории NASA Eagleworks успешно протестировали новый электромагнитный двигатель EmDrive в вакууме и даже смогли измерить его тягу. Особенностью этого устройства, которое многие новостные агенства назвали варп-двигателем, является отсутствии каких либо подвижных частей или камеры сгорания. По словам физиков-теоретиков, разработавших концепцию, функционирование двигателя происходит лишь благодаря взаимодействию порожденных им электромагнитных волн с концевыми пластинками волновода, в котором они распространяются. Важно отметить, что сам механизм возникновения тяги неизвестен.

Внешний вид двигателя EmDrive

SPR, Ltd., of the EM Drive

CNET сообщает , что EmDrive позволит реализовать быстрые перелеты внутри солнечной системы, в частности, что перелет между Землей и Луной может занять всего четыре часа, а путешествие до ближайшей к нам звезды, Альфы Центавра, займет менее 100 лет.

Но подобные заявления являются преждевременными, утверждают представители NASA, отвечая на запрос портала Space.com. Несмотря на то, что инженеры показали возможность создания прототипа EmDrive, поставленный ими эксперимент еще не принес каких-либо значимых результатов. «NASA не занимается разработкой варп-двигателя» - добавляют представители агенства.

По словам Итана Зигеля, профессора физики и астрономии в колледже Льюиса и Кларка (Портленд), значения тяги, наблюдавшиеся в эксперименте (порядка 30-50 микроньютонов), всего лишь в 3 раза превышают погрешность измерения прибора. Это не позволяет рассматривать данные измерения как достаточно надежные, однако эксперт отмечает, что важным моментом было тестирование устройства в различных направлениях, чтобы нивелировать возможное взаимодействие с магнитным полем Земли. Не менее важным он считает факт того, что устройство было испытано в вакууме - в условиях атмосферы могло наблюдаться отталкивание от молекул газа, известное физике. К тому же Зигель отмечает, что детали экспериментов и их результаты еще не прошли рецензирование и не были опубликованы в научном журнале - это условие необходимо для того, чтобы научная общественность признала открытие.

Физик Мигель Алькубьерре разработал модель варп-двигателя после просмотра эпизода «Звездного пути».

Первое употребление выражения «варп-движение» датируется 1966 годом, когда Джин Родденберри запустил «Звездный путь». В течение последующих тридцати лет варп существовал только в виде одной из самых устойчивых концепций научных фантастов. Но однажды эпизод попался на глаза физику по имени Мигель Алькубьерре. Тогда он работал в области общей теории относительности и задался вопросом: что нужно, чтобы создать варп-двигатель ? Свою работу он опубликовал в 1994 году.

Алькубьерре представил пузырь в пространстве. В передней части пузыря пространство-время сжимается, в то время как в задней части пузыря - расширяется (как во время ). Деформация будет слабо влиять на корабль, как обычная волна, несмотря на суматоху за пределами пузыря. В принципе, варп-пузырь может двигаться сколь угодно быстро: ограничение скорости света, предсказанное в рамках теории Эйнштейна, работает только с пространством-временем, а не с искажениями самого пространства-времени. В пузыре, как предсказал Алькубьерре, пространство-время останется неизменным, а сами космические путешественники - целыми и невредимыми.

Варп-двигатель сможет отправить путешественников не только за пределы земной орбиты, но и целой Солнечной системы. Уравнения общей теории относительности Эйнштейна очень сложны в одностороннем решении - вычислении того, как материя искривляет пространство-время, - но в обратную достаточно просты. Используя их, Алькубьерре выяснил, какое распределение материи необходимо для создания варп-пузыря. Но проблема в том, что решение выявило странную форму материи - отрицательную энергию .

В примитивном объяснении гравитация - это сила притяжения между двумя объектами. Каждый объект, вне зависимости от своей величины, притягивает окружающую его материю. В понимании Эйнштейна эта сила является кривизной пространства-времени. Отрицательная энергия, однако, является отталкивающей гравитацией. Вместо того, чтобы стягивать пространство-время, отрицательная энергия будет его расталкивать. Грубо говоря, для работы двигателя Алькубьерре нужна отрицательная энергия, чтобы заставить пространство-время позади корабля расширяться.

И хотя никто никогда не измерял отрицательную энергию, квантовая механика (добавим к списку парадоксов) предсказывает ее существование, а значит, ученые вполне могут создать ее в лаборатории. Одним из способов ее создания мог бы стать эффект Казимира : две параллельные проводящие пластины, расположенные достаточно близко друг к другу, должны создавать небольшое количество отрицательной энергии. Модель Алькубьерре рухнула в тот момент, когда потребовалось огромное количество отрицательной энергии, куда большее, чем можно создать - если верить ученым.

Уайт говорит, что нашел способ обойти это ограничение. В компьютерной симуляции Уайт изменял силу и геометрию варп-поля. Выяснилось, что в теории можно создать варп-пузырь, используя в миллион раз меньше отрицательной энергии, чем предполагал Алькубьерре, и достаточно для того, чтобы космический корабль мог сам ее производить.

«Из невозможного всё стало правдоподобным».

«Сынок»

Гарольд «Сынок» Уайт, инженер NASA , разрабатывающий варп-двинатель в лаборатории Eagleworks .

Дальнейшее повествование - от лица Константина Какаэса с PopSci .

Космический центр Джонсона раскинулся рядом с лагунами, где Хьюстон уступает дорогу порту Галвестона. В воздухе витает запах кампусов, в которых тренируются будущие космонавты. В день моего визита Уайт встретил меня в пятнадцатом здании, малоэтажке с лабиринтами коридоров, офисов и лаборатории, которые вместе составляют Eagleworks. Он был одет в поло с вышитой на нем эмблемой Eagleworks: орел, раскинувший крылья над футуристическим звездолетом.

Уайт начал свою карьеру не с лаборатории движения. Он изучал машиностроение и присоединился к агентству в 2004 году к группе робототехники в качестве подрядчика, которым и работал с 2000 года. В итоге, он взял на себя управление манипулятором на МКС, параллельно работая над кандидатской степенью в области физики плазмы. Только в 2009 году Уайт занялся изучением двигателей, которыми давно интересовался, а за рабочим местом в NASA дело не стало.

«Сынок - уникальная личность», - рассказал его босс Джон Эпплуайт, возглавляющий подразделение двигательных систем в центре Джонсона. - «Он определенно фантазер, но при этом инженер. Он может превратить свое воображение в полезный технический продукт».

После присоединения к группе Эпплуайта, Уайт испросил разрешения на открытие собственной лаборатории, посвященной передовой двигателей. Выбрал себе логотип и приступил к работе.

Уайт привел меня в свой кабинет, который делит с коллегой, занимающимся поисками воды на Луне (), а после повел в Eagleworks. Пока мы шли, он рассказывал мне о сложностях, связанных с открытием лаборатории, которые он обозначил как «долгий и муторный процесс поиска продвинутых двигателей, которые помогут людям освоить космос». Он говорит, слегка растягивая слова - результат многих лет, проведенных на юге, сначала в колледже Алабамы, а после - 13 лет в Техасе.

Уайт показывает мне аппаратуру и обращает мое внимание на ее центральный элемент - квантово-вакуумный плазменный двигатель (КВПД). Устройство похоже на большой красный бархатный пончик с проводами, туго закрученными вокруг ядра. Это одна из двух основных разработок Eagleworks, наряду с варп-двигателем. Конечно же, засекреченная. Когда я спросил об этом устройстве, Уайт сказал, что не может разглашать детали, кроме того, что разработка этой технологии будет тянуться дольше, чем создание варп-двигателя. В докладе, опубликованном NASA в 2011 году, говорилось, что она использует квантовые флуктуации пустого пространства в качестве источника топлива (о которых, судя по всему, говорил еще Тесла), поэтому космическому кораблю на базе КВПД не понадобится «бензин».

Уайтовские эксперименты с варпом сосредоточились в углу комнаты. Гелий-неоновый лазер крепится на небольшом столике за решеткой с дырочками, вместе с разделителем лучей и черно-белой камерой CCD. Это интерферометр варп-поля Уайта-Джуди, названный в честь самого Уайта и Ричарда Джуди, отставного сотрудника центра Джонсона, который помогал Уайту анализировать данные с CCD. Половина лазерного света проходит через кольцо - экспериментальное приспособление Уайта. Другая половина - нет. Если кольцо никак не меняется, Уайт заметит это по данным с CCD. Если пространство искажается, то «интерференционная картинка будет совершенно другой».

Когда устройство активируется, установка Уайта работает, как в фильме: лазер светится красным, а два луча пересекаются, как лазерные мечи. Внутри кольца четыре керамических конденсатора из титаната бария, которые Уайт заряжает до 23 000 вольт. Последние полтора года он моделировал этот эксперимент, и если верить инженеру, «конденсаторы набирают мощный энергетический потенциал».

Однако когда я спросил, каким образом все это будет генерировать отрицательную энергию, необходимую для искажения пространства времени, ответ Уайта стал уклончивым: «Оно работает так… я могу сказать вам то, что могу сказать. Я не могу сказать вам то, чего не могу». Он сослался на подписку о неразглашении, поэтому детали остались под покровом тайны. Я спросил, с кем он подписал такое соглашение, на что последовал ответ:

«Приходят люди и спрашивают о всяких вещах. Я просто не могу вдаваться в подробности больше, чем сейчас».

Варп-двигатель

Уайт работает в тени ракеты «Сатурн-5» в Космическом центре Джонсона (JSC).

Теория варп-путешествий интуитивно понятна - деформировать пространство-время и создать движущийся пузырь. Но на практике у нее есть несколько существенных препятствий. Даже если Уайту удастся существенно снизить требуемое количество отрицательной энергии, чем было нужно Алькубьерре, все равно ее останется гораздо больше, чем могут создать ученые. Об этом говорит физик-теоретик из университета Тафтса Лоуренс Форд, написавший десятки статей об отрицательной энергии за последние 30 лет. Форд и другие физики говорят, что существуют фундаментальные физические ограничения - а не только инженерные проблемы - относительно того, сколько отрицательной энергии может быть сосредоточено в одном месте в течение длительного времени.

Другая проблема заключается в том, что для создания варп-пузыря, который движется быстрее скорости света, ученым придется распространить отрицательную энергию вокруг корабля, в том числе и перед ним. Уайт не считает это проблемой. Когда я поинтересовался у него, он ответил достаточно туманно, мол, варп-двигатель будет работать, поскольку «все, что нужно, это аппарат, который создаст все необходимые условия». Но создание этих условий перед кораблем будет означать распределение отрицательной энергии, которая движется быстрее света, чем нарушает общую теорию относительности.

Наконец, варп-двигатель - это концептуальная проблема. В рамках общей теории относительности путешествие быстрее скорости света эквивалентно движению сквозь время. Мы уже на тему, возможны ли в принципе такие путешествия. Говоря о том, что варп-двигатель возможен, Уайт фактически утверждает, что может создать машину времени.

Сомнения расползаются, как ночь по земле.

«Не думаю, что любое из привычных пониманий физики предполагает то, что он хочет увидеть в своих экспериментах», - говорит Кен Олум, физик из университета Тафтса, принимавший участие в собрании 100 Year Starship 2011 года. Ной Грэм, физик колледжа Миддлбери, читавший две работы Уайта по моей просьбе, ответил следующим замечанием:

«Не вижу ничего научного в этих бумагах, кроме резюмирования старых работ».

Сам Алькубьерре, ныне физик Национального автономного университета Мексики тоже сомневается:

«Даже если я сижу в корабле и у меня есть отрицательная энергия, нет никакой возможности доставить его куда мне нужно», - сказал он по телефону. - «Это отличная идея. Мне нравится она, потому что я сам ее написал. Но у нее есть ряд ограничений, с которыми я столкнулся на протяжении многих лет, и я не знаю, как их обойти».

Слева от главных ворот центра Джонсона лежит перевернутая на бок ракета «Сатурн-5». Все ступени разъединены, чтобы можно было любоваться кишками ракеты. Только один из многочисленных двигателей носителя размером с небольшой автомобиль, а лежащая на боку ракета на пару метров длиннее футбольного поля. Это красноречиво говорит о сложности космических путешествий. Ракете уже сорок лет, и время, когда она была представлена - и когда NASA было частью большой американской мечты отправить человека на Луну - давно минуло. Сегодня Космический центр Джонсона похож на место, где когда-то гостило величие, но исчезло.

Прорыв в разработке двигателей может ознаменовать новую эру в JSC и NASA, которая продлится долгие годы и конца которой мы уже не увидим. Зонд «Рассвет», запущенный в 2007 году, исследует пояс астероидов на ионных двигателях. В 2010 году японцы представили «Икарус», первый межпланетный проект солнечного паруса, еще один вариант экспериментального двигателя. В 2016 году на МКС начнется эксперимент VASIMR, плазменной системы с высокой двигательной тягой. И хотя эти системы в один прекрасный день смогут возить астронавтов на Марс, за пределы Солнечной системы им точно не выбраться. Вот почему, по мнению Уайта, NASA нужно браться за рискованные проекты.

Варп-двигатель - это, наверное, самый невероятный проект NASA в области двигателей. Самые светлые умы научного сообщества утверждают, что Уайт не может его построить. Эксперты говорят, что он работает вопреки законам природы и физики. Несмотря на все это, NASA поддерживает эту разработку.

«То, что он пытается сделать, не нуждается в большом финансировании», - говорит Эпплуайт. - «Думаю, начальство очень заинтересовано в том, чтобы он продолжал работать. Пока это просто теория, но если она воплотится в реальность, правила игры кардинально изменятся».

В январе Уайт собрал свой варп-интерферометр и отнес его в новое помещение. Eagleworks переехала в новый дом, который больше и «сейсмически изолирован» - с энтузиазмом отмечает Уайт. То есть защищен от вибраций. Но самое лучшее в новой лаборатории то, что NASA выделило Уайту помещение, в котором разрабатывалась программа «Аполлон», та самая, которая однажды доставила Нила Армстронга и Базза Олдрина на Луну.

И стала таким невероятным прорывом, что многие до сих пор в то, что американцы высаживались на Луну.

Варп-двигатель

Варп-двигатель (англ. Warp drive , двигатель искривления) - cобирательный, фантастический научно-теоретический образ технологии или явления из вымышленной вселенной Star Trek , позволяющей попасть из одной точки пространства в другую быстрее, чем это делает свет. Это становится возможным благодаря генерации специального поля искривления (варп-поля), которое окутывает судно и искажает пространственно-временной континуум космического пространства , перемещая его. Двигатель искривления не разгоняет физическое тело быстрее скорости света в обычном пространстве, но использует свойства пространства - времени для перемещения быстрее, нежели это происходит с плоской электромагнитной волной (свет) в вакууме.

В сериале Звёздный путь

Технология

В общих чертах принцип работы варп-двигателей заключается в деформации пространства перед и позади звездолета, позволяя тому двигаться быстрее скорости света. Пространство «сжимается» перед судном и «разворачивается» за ним. При этом само судно находится в своеобразном «пузыре», оставаясь защищенным от деформаций. Сам корабль внутри поля искажения фактически остается неподвижным: перемещается само искаженное пространство, в котором он находится.

Использование варп-двигателей требует больших энергетических затрат, поэтому варп-системы Объединенной Федерации Планет приводятся в действие благодаря реакции между материей и антиматерией , разграниченными друг от друга кристаллами дилитиума. В результате реакции создается высоко-энергетичная плазма , называемая электро-плазмой. Электро-плазма направляется специальными электро-магнитными трубопроводами электро-плазменной системы (англ. electro-plasma system, EPS ) в плазменные инжекторы , которые, в свою очередь, создают варп-поле. Разные цивилизации используют разные источники энергии, но в целом процесс происходит аналогично.

Варп-поле, Поле искривления (Warp field)

Поле искривления состоит из множества слоев. Эти слои формируют «субпространственное поле». Это очень походит на «мини-вселенную», которая отделена от нормального пространства. Из-за отличающихся законов в этой мини-вселенной, относительно нормального пространства, мини-вселенная может двигаться со сверх световой скоростью. Чем из большего количества слоев состоит поле искривления, тем более глубоко корабль погружается в субпространство, тем дальше он отделяется от нормального пространства и тем выше скорость. Чтобы достигать более высоких скоростей, необходимо увеличить число субпространственных слоев. Для создания и поддержания последующего слоя требуется все больше энергии. Теоретический предел, наложенный на работу двигателя искривления называется предел Юджина. Согласно которому, фактор деформации 10 никогда не может быть, так как при этом расход энергии, как впрочем и скорость, становились равны бесконечности. Полный оставшийся доступным скоростной диапазон сжат между Warp 9 (9 слоев) и Warp 10 (бесконечная скорость).

На звездолёты класса «Интрепид» устанавливались специальные гондолы с изменяемой геометрией, позволяющее двигаться с еще более высокой скоростью без причинения вреда окружающему пространству и объектам, в нем расположенным. На более новом классе звездолётов «Суверин » устанавливаются более совершенные гондолы искривления, позволяющие двигаться с большими скоростями без изменения геометрии.

Элементы системы

• Контейнер с антивеществом
• Катушка индуктивности антивещества
• Реле антивещества
• Патроны дилитиума
• Электро-плазма
• Механизм экстренной остановки реакции
• Основная магистраль охлаждающего устройства
• Магнитный трубопровод
• Магнитный блок
• Гондолы

Часть двигателя деформации, спереди обычно располагается Вихревой сборщик со своими дополнительными системами, далее идет Плазменный инжектор, фокусирующий поток плазмы точно по центру Катушки искривления и собственно ряд катушек по всей оставшийся длине. Стандартом де-факто среди рас, использующих двигатели искривления, является использование двух гондол искривления слева и справа от корпуса корабля.

• • Коллекторы Буссарда

Устройство, обычно располагаемое (на кораблях Федерации) на переднем конце гондол искривления, и служащее для первичного сбора межзвездного газа (последующей сортировкой и переработкой занимаются уже другие системы). Сборщик обычно включается если запасы материи или антиматерии в баках корабля почти иссякли. Вихревой сборщик состоит из набора катушек, которые создают магнитное поле и подобно воронке затягивающее межзвездный газ.

• • Плазменный инжектор
  • Варп-катушка (катушка деформации)

Тороид, разделенный на несколько частей, который создает поле искривления, будучи активированным проходящим потоком высокоэнергетической плазмы. Ряд катушек деформации располагается в гондоле искривления. Используя плазменный инжектор, корабль может регулировать последовательность активации отдельных катушек искривления во время движения, позволяя кораблю маневрировать на Варп - скоростях.

• Аннулирующее ядро
• Предварительная магистраль охлаждения
• Катушка индуктивности
• Плазменный трубопровод
• Промежуточный охладитель плазмы
  • Смазочно-охлаждающая жидкость
• Регулятор плазмы
• Энергопередающий канал
• Сеть передачи энергии

Сеть распределения энергии, используемая на борту звездолетов Федерации для питания всех источников потребления, за ее работой и распределением энергии от источников к потребителям контролирует офицер ЭПС со своего терминала. Энергия передается в канале питания высокими скоростями движения плазменных частиц. Есть два основных источника питания: это ядро искривления и термоядерные реакторы в импульсных двигателях. Ядро в первую очередь питает гондолы искривления, щиты и фазеры, а импульсные двигатели всех прочих потребителей.

• Космическая матричная катушка восстановления
• Варп-плазменный трубопровод
• Ядро деформации
  • Реактор материи/антиматерии
  • Инжектор антиматерии
  • Плата кристаллов дилитиума
    • Кристалл дилитиума

Пожалуй главный компонент ядра искривления, внутри которого потоки вещества и антивещества при управляемом процессе аннигиляции преобразуются в электроплазменный поток. Дилитий - единственный пока известный элемент, который инертен к антивеществу, когда подвергается воздействию высокочастотного электромагнитного поля в мегаваттном диапазоне. Эффективность реакции в кристалле зависит от его качества.

• • • Механизм соединения кристаллов
  • Инжектор материи
  • Наборщик тета-матрицы

Разработка варп-двигателей

Каждая космическая цивилизация разработала варп-технологии самостоятельно и в разное время. Так Вулканцы имели варп-двигатели в третьем столетии по земному летоисчислению. В 2151 они преодолели скорость, равную семи варп-факторам. В том же году Клингоны смогли достичь шестой скорости. Следует заметить что сами клингоны не разработали варп-технологий - они были «позаимствованы» у хур’ков, когда-то захвативших родной мир клингонов КроноС (Хронос).

Объединенная Федерация Планет признала создание варп-двигателя важным этапом и фактором, характеризующим развитие какого-либо общества. Директивы Звёздного флота запрещают вступать в контакт с инопланетными расами до тех пор, пока те не войдут в эру варп-технологий.

Варп-технологии Федерации

Первый полет «Феникса»

На Земле варп-двигатель был создан ученым Зефрамом Кокрейном вскоре после окончания Третьей Мировой Войны. Несмотря на недостаток ресурсов, ему удалось переоборудовать для своих экспериментов космическую ракету «Титан V».

Первый испытательный полет варп-судна «Феникс» состоялся 5 апреля 2063 года и стал причиной «первого контакта» - встречи Землян и Вулканцев.

Однако дальнейшее развитие варп-технологий шло очень медленно (это во многом связанно с позицией Вулканцев, считающих человечество не готовым к освоению космоса) и только 80 лет спустя, в 2140-х, новый двигатель, созданный инженером Генри Арчером смог достичь варп-фактора 2. Вскоре сын Генри, Джонатан Арчер , преодолел 2-варп барьер, достигнув скорости варп 2.5.

К 2151 технология была развита настолько, что человечество стало готовым преодолеть барьер в 5 варп-факторов. Первым судном, оборудованным новым двигателем, стал звездолет «Энтерпрайз », который 9 февраля 2152 поставил новый рекорд скорости.

В 2161 была достигнута скорость 7 и новые двигатели начали устанавливаться на звездолеты.

В 2240-х годах скорость в 6 варп-факторов стала крейсерской (максимальная скорость на тот момент составляла варп 8).

Более высокие скорости были достигнуты только благодаря вмешательству других цивилизаций. Так в 2268 году Келвансы внесли изменения в конструкцию звездолета «Энтерпрайз», в результате чего тот смог добиться скорости варп 10 . В том же году из-за саботажа Лосира звездолет «разогнался» до варп 14.1.

В то же время на звездолеты стали устанавливаться новые гондолы, сделавшие скорость варп 8 обыденной («Звёздный путь: Фильм »). В 2280-х была разработана технология «трансварп», которая должна была позволить двигаться с ещё большей скоростью, однако неудача испытаний новых двигателей вынудила инженеров отказаться от их практического применения.

Ко времени появления класса «Галактика » в 2360-х успехи инженеров позволили звездолетам двигаться со скоростью варп 9.6 в течение двенадцати

На днях специалисты NASA осуществили успешное тестирование нового революционного метода космических путешествий, позволяющего достичь нереально высоких скоростей. Эксперименты впервые проводились в глубоком вакууме, что соответствует условиям космического пространства.

Команда ученых из США, Китая и Великобритании занималась разработкой варп-двигателя для космических ракет более 15 лет, однако перспектива исследований была спорной, так как законы его работы не вписывались в существующие физические теории. Однако тесты, проведенные в лабораториях NASA, установили, что новый способ осуществления электромагнитного движения в космосе всё же реализовать возможно.

Технология основывается на применении электромагнитного привода. Основная идея – преобразование электрической энергии в тягу без использования пропеллента (ракетного топлива). Однако в реалиях классической физики это невозможно, так как в данном случае нарушается фундаментальный закон сохранения импульса.

Если теория, выдвинутая учеными, действительно имеет право на жизнь, то её можно будет внедрить в разработке космических аппаратов уже в ближайшем будущем. Варп-двигатели обеспечат снижение стоимости космических полетов и повышение их скорости, дадут возможность путешествовать не только по Солнечной системе, но и за её пределы.

Представьте себе автомобиль, который способен доставить на Луну четырех пассажиров и их багаж примерно за четыре часа, или космическое путешествие нескольких поколений на скорости, составляющей всего одну десятую скорости света – достичь Альфы Центавра при этом можно менее чем за столетие. Варп-двигатели, без сомнения, изменят мир космических путешествий. Именно они сегодня являются главным козырем американской космической программы.

Пол Марч (Paul March), инженер, работающий над созданием варп-двигателей, отмечает:

«Моя работа в Eagleworks [лаборатории, занимающейся проведением испытаний варп-двигателей] является продолжением исследования фундаментальных проблем, препятствующих развитию пилотируемой космонавтики и ставших причиной приостановления лунной программы Аполлон. Если результаты исследований будут успешными, то мы получим эффективную технологию, которая позволит избавиться от ограничений, налагаемых ракетным уравнением [формула Циолковского, определяющая взаимосвязь между скоростью летательного аппарата и тягой ракетного двигателя]».

По мнению Марча, технология по-прежнему требует проведения значительного количества испытаний, которые убедят ученых в том, что она действительно не является результатом ошибки или совпадения. В настоящее время варп-двигатели проходят тестирование в Космическом центре Джонсона. Предполагается, что если такой двигатель будет создан, его можно будет установить на любом космическом корабле, причем энергию электромагнитный привод будет получать от компактной атомной электростанции, созданной специально для таких целей.

«Мистер Сулу, установите курс, скорость варп два» - эти слова, пожалуй, известны каждому поклоннику научной фантастики. Они принадлежат Джеймсу Кирку, капитану звездолета «Энтерпрайз» из легендарного сериала «Звездный путь» . По сюжету, герои перемещаются по Галактике в сотни раз быстрее света благодаря варп-двигателю , который искривляет окружающее пространство.

В далекие 1960-е годы, когда сериал вышел на экраны, это воспринималось как неосуществимая фантазия. Но сегодня многие ученые и инженеры всерьез говорят о возможности создания такого двигателя, и более того, уже есть конкретные предложения.

Скоростной лимит Вселенной

Наша Солнечная система расположена на довольно разреженном участке Млечного Пути, с невысокой плотностью звездных скоплений. Ближайшая к нам звездная система альфа Центавра находится от Солнца в 4,36 светового года. На современных ракетах, развивающих скорость 10-15 километров в секунду, космонавтам пришлось бы лететь к ней более 70 000 лет!

И это при том, что общий диаметр нашей Галактики составляет 100 000 световых лет. Если мы не можем преодолеть даже такое ничтожное по меркам Вселенной расстояние, то не стоит и заикаться о колонизации и освоении дальнего космоса.

Есть и другая, более серьезная преграда на пути к звездам. Она отражена в теории относительности Эйнштейна. До появления теории в 1905 году в физике безраздельно властвовала небесная механика Ньютона. По ней, скорость света зависела от скорости движения наблюдателя. То есть если бы вам удалось догнать свет и двигаться вместе с ним, то он для вас просто остановился бы. Позже Максвелл дал этой теории математическое обоснование.

Еще будучи студентом, Альберт Эйнштейн не мог принять этот постулат - чувствовал, что где-то здесь кроется ошибка. В конце концов, он нашел ответ на мучивший его вопрос. Он доказал, что скорость света постоянна и никоим образом не зависит от постороннего наблюдателя.

Получалось, что свет догнать невозможно. Как бы быстро вы ни передвигались, свет все равно будет впереди. Знаменитая эйнштейновская формула Е = мс², где энергия тела равна его массе, помноженной на скорость света в квадрате, гласит буквально следующее: для того чтобы разогнать объект до световой скорости, потребуется бесконечное количество энергии, а это значит, что объект должен иметь бесконечную массу. По сути, ракета, которая хочет разогнаться до скорости света, будет весить как вся Вселенная!

Разумеется, в реальной жизни это сделать абсолютно невозможно, скорость света - своего рода вселенский инспектор ДПС, раз и навсегда поставивший скоростное ограничение.

Казалось бы, это ставит крест на мечте человечества о полете к далеким звездам. Однако через десять лет после публикации специальной теории относительности появилась общая теория относительности, где давались более расширенные комментарии и дополнения.

В общей теории относительности Эйнштейн объединил пространство и время. До этого они считались разными физическими понятиями. Для лучшей иллюстрации он сравнил пространство-время с полотном. При определенных условиях это полотно может двигаться гораздо быстрее света. Однако это не давало ответа на главный вопрос: как же все-таки обогнать свет?

Почти 70 лет множество исследователей ломали голову над этой загадкой. И в один прекрасный день один молодой ученый включил телевизор и, переключая каналы, наткнулся на фантастический сериал. Во время просмотра его вдруг осенило, и он понял, как можно развить сверхсветовую скорость, не нарушая при этом законов физики. Этого ученого зовут Мигель Алькубьерре.

Варп-драйв

Тогда, в 1994 году, Алькубьерре изучал теорию относительности в Университете в Кардиффе (Уэльс, Великобритания). По телевизору он увидел сериал «Звездный путь». Ученый обратил внимание на то, что для перемещения в космосе герои используют двигатель деформации пространства, или варп-драйв.

Как когда-то яблоко, упавшее на голову Ньютону, подвигло его на создание небесной механики, так и телешоу вдохновило Мигеля на рождение теории, которая, возможно, раз и навсегда покончит со скоростной «дискриминацией» Вселенной.

Алькубьерре принялся за расчеты и вскоре опубликовал полученные результаты. За основу он взял общую теорию относительности, в которой говорится, что если приложить определенное количество энергии или массы, то можно заставить пространство двигаться быстрее света.

Для этого необходимо создать вокруг корабля специальный пузырь, или поле деформации. Это варп-поле будет сжимать пространство впереди корабля и расширять позади. Получается, что корабль фактически никуда не движется, сам космос искривляется и толкает корабль в заданном направлении.

Внутри пузыря время и пространство не подвергаются деформации и искривлению. Поэтому экипаж судна не испытывает каких-либо дополнительных перегрузок, и может показаться, будто бы ничего и не менялось. В таком случае в космос смогут летать не только астронавты, прошедшие специальный медицинский отбор и подготовку, но и обычные люди.

Если бы вы оказались на мостике корабля во время его движения со сверхсветовой скоростью и взглянули на окружающий вас космос, звезды превратились бы в длинные штрихи. Но если вы посмотрите назад, то не увидите ничего, кроме непроглядной тьмы, так как свет не может догнать вас.

Алькубьерре подсчитал, что варп-двигатель позволит развивать скорость в 10 раз быстрее света, однако, по его же мнению, ничто не мешает увеличить мощность двигателя и разгоняться до более высоких показателей.

Однако при ознакомлении с теорией Алькубьерре Сергей Красников из Главной астрономической обсерватории в Пулково выявил одну особенность. Дело в том, что пилот не сможет произвольно менять траекторию движения судна. То есть если вы, к примеру, летите от Земли к Сириусу и вдруг вспоминаете, что не выключили дома утюг, то вернуться назад уже не получится. Придется сначала долететь до пункта назначения, а потом возвращаться назад.

Более того, у вас также не получится связаться с кем-либо, поскольку варп-поле полностью изолирует корабль от внешнего мира и блокирует любые сигналы. Поэтому Красников сравнил путешествие на таком корабле с поездкой в подземке. Он так и назвал это «сверхсветовым метро».

Но это не главная проблема. Само поле деформации должно обладать отрицательным зарядом. Для его создания нужна отрицательная энергия, о существовании которой уже долгие годы идут споры.

То, чего не может быть

Если гравитация - это энергия притяжения, то отрицательная энергия должна обладать противоположными свойствами и отталкивать от себя посторонние объекты. Но как же получить такую энергию?

В 1933 году голландский физик Хендрик Казимир выдвинул предположение, что если взять две идентичные металлические пластины и расположить их идеально параллельно друг другу на минимально возможном расстоянии, то они начнут притягиваться. Как будто незримая сила толкает их навстречу друг другу.

Согласно квантовой механике, вакуум не является абсолютно пустым местом, в нем постоянно возникают пары частиц вещества и антивещества, которые мгновенно сталкиваются и аннигилируют. Этот процесс занимает буквально миллиардные доли секунды. При их столкновении выделяется микроскопическое количество энергии, что создает в «пустом» вакууме ненулевое суммарное давление.

Важно приблизить пластинки друг к другу как можно ближе, тогда объем частиц снаружи будет намного превышать их количество в промежутке между пластинами. Как результат, давление снаружи будет сдавливать пластины, а их энергия будет, в свою очередь, становиться меньше нуля, то есть отрицательной. В 1948 году в ходе эксперимента удалось измерить отрицательную энергию. В историю это вошло под названием «эффект Казимира».

В 1996 году после 15 лет опытов и исследований Стиву Ламоро из Лос-Аламосской национальной лаборатории совместно с Умаром Мохидином и Анушри Роем из Университета Калифорнии в Риверсайде удалось точно измерить эффект Казимира. Он равнялся заряду эритроцита - красного кровяного тельца.

Увы, но это просто чудовищно мало для создания поля деформации, нужно в миллиарды раз больше. До тех пор пока не получится вырабатывать отрицательную энергию в промышленных масштабах, варп-двигатель так и останется на бумаге.

Через тернии к звездам

Несмотря на все сложности в создании, варп-двигатель является наиболее вероятным кандидатом для осуществления первого межзвездного полета. Альтернативные проекты, такие как солнечный парус или термоядерный двигатель, могут развить лишь субсветовые скорости, а такие как кротовые норы или звездные врата, чересчур сложны, и их реализация - вопрос тысяч лет.

Сегодня наиболее активно разработкой прототипа варп-двигателя занимается NASA, чьи специалисты уверены, что это скорее техническая проблема, нежели теоретическая. И команда инженеров уже занимается этим в Космическом центре имени Джонсона, где когда-то готовили первый полет человека на Луну.
По мнению многих экспертов, скорее всего первые образцы технологии деформации пространства появятся не ранее чем через 100 лет, при условии наличия постоянного финансирования.

Скажете, фантастика? Но, может, стоит вспомнить, что за несколько лет до того как братья Райт подняли в воздух свой самолет, выдающийся английский физик Уильям Томсон сказал, что ничто тяжелее воздуха не способно летать. А 60 лет спустя первый космонавт Земли улыбнулся и сказал: «Поехали!..»

Адилет УРАИМОВ