Варп-приводи давно не існують, незважаючи на їх всюдисущу присутність у науковій фантастиці. Письменник Джон Кемпбелл вперше представив цю ідею в науково-фантастичному романі «Острови космосу». У наші дні, зокрема завдяки «Зоряному шляху», цей термін дуже знайомий.
Це майже загальне посилання на надлімінальні подорожі гіперпростором. Чи існуватиме коли-небудь варп-привід, чи ні, це проблема фізики, яку дослідники все ще намагаються вирішити, але поки що це теоретична проблема.
Нещодавно двоє дослідників досліджували, що станеться, якщо корабель із варп-приводом спробує потрапити в чорну діру. У результаті виходить цікавий уявний експеримент. Можливо, це не призведе до варп-приводів розміром з корабель, але може дозволити вченим колись створити менші версії.
Ремо Гараттіні та Кирило Затримайлов висунули теорію, що такий драйв може вижити всередині так званої чорної діри Шварцшильда. Це за умови, що корабель перетинає горизонт подій зі швидкістю, нижчою за швидкість світла.
Теоретично, гравітаційне поле чорної діри зменшило б кількість негативної енергії, необхідної для підтримки приводу. Якби це сталося, корабель міг би пройти і якось використати його, щоб дістатися кудись ще, не розчавлюючись. Крім того, математика, що лежить в основі цієї ідеї, вказує шлях до можливого створення міні-приводів деформації в лабораторних умовах.
Що таке Warp Drive?
Чи зможуть вчені побудувати мікро- або міні-привід деформації в лабораторії? Хороші запитання. Щоб зрозуміти роботу команди, давайте подивимося на основних гравців у цьому дослідженні: варп-приводи та чорні діри. Ідея натхненна тим фактом, що ніщо не може рухатися швидше за швидкість світла. Враховуючи відстані в космосі, подорож до найближчої зірки займе роки (якби ми могли рухатися зі швидкістю світла). Перехід через галактику або до більш віддалених галактик зайняв би роки та багато життів. Отже, якщо ви хочете бути космічним видом, ви повинні подорожувати швидше за світло (FTL).
Як би ти це зробив? Ось де на допомогу приходять варп-приводи. Теоретично вони дозволяють помістити ваш космічний корабель у міхур, який може ковзати крізь космос на швидкості FTL.
Ось як зоряні кораблі в «Зоряному шляху» (та в інших історіях про фантастику) так швидко долають величезні відстані. Кораблі Star Trek використовують джерело енергії у «варп-ядрі» для живлення генераторів варп-поля. Вони створюють варп-бульбашку в підпросторі. Корабель використовує це, щоб відправлятися туди, куди потрібно бути екіпажу.
Чи подобаються фізикам варп-приводи?
Такий варп-привід є спокусливою ідеєю з багатьма застереженнями. Наприклад, генерація варп-поля вимагає шаленої кількості енергії. Деякі фізики припускають, що для цього буде потрібно більше енергії, ніж ми можемо виробити. Для створення цієї енергії знадобиться величезна кількість екзотичної матерії — щось на зразок «унобтаніуму». Отже, це проблема.
Інші кажуть, що створення такого приводу суперечить нашому поточному розумінню фізики простору-часу. Однак це не завадило нікому міркувати про те, як це зробити.
Наприклад, мексиканський фізик Мігель Алькуб’єрре мав ідею такого приводу в 1994 році. Він припустив, що він може створити бульбашку, яка зміщуватиме простір навколо об’єкта. Він продовжив дослідження корабля, який міг би дістатися кудись швидше за світло.
Однак він та інші все ще вказують на різні проблеми як зі створенням, так і з підтримкою варп-приводу. Це включає ідею, що такий драйв ефективно ізолює себе від решти Всесвіту. Крім усього іншого, це означає, що корабель не може керувати приводом, який змушує його рухатися. Отже, є ще кілька помилок, які потрібно вирішити.
Про чорні діри
Ми найбільше знайомі з чорними дірами з погляду зоряної маси та надмасивних. Вони також мають акреційні диски, які передають матеріал у чорну діру. Наприклад, центральна надмасивна чорна діра під назвою Стрілець A* у нашій галактиці Чумацький Шлях періодично поглинає матеріал. Потім він випускає відрижку радіації. Інші, більш активні галактики викидають струмені матеріалу, що випускаються, коли центральна надмасивна чорна діра постійно живиться.
Чорна діра — це концентрація маси з настільки сильною гравітацією, що ніщо, навіть світло, не може вирватися. У своєму дослідженні чорних дір і варп-двигунів автори використовували чорні діри Шварцшильда.
Ці так звані прості «статичні» чорні діри викривляють простір-час, не мають електричного заряду та не обертаються. По суті, вони є хорошими наближеннями для математичних досліджень характеристик об’єктів, що повільно обертаються в космосі.
Коли корабель із варп-приводом потрапляє в чорну діру
Чорна діра Шварцшильда є «ідеальною» чорною дірою для використання в цьому теоретичному дослідженні варп-приводу, що перетинає горизонт подій. Щоб зрозуміти сценарій, Гараттіні та Затрималов вирішили математично поєднати рівняння, що описують чорну діру, і ті, що описують варп-привід.
Крім іншого, вони виявили, що можна «вбудувати» варп-привід у зовнішню область чорної діри. Сама деформована бульбашка набагато менша за чорну діру і повинна рухатися до неї. Гравітація чорної діри впливає на енергетичні умови, необхідні для створення та підтримки варп-приводу.
Це означає, що ви теоретично можете зменшити кількість негативної енергії, необхідної для підтримки викривленої бульбашки. Крім того, дослідники припускають, що якщо варп-бульбашка рухається зі швидкістю менше світла, вона ефективно стирає горизонт чорної діри.
Дослідницька група також описала ідею про те, що така подія може викликати перетворення віртуальних частинок у реальні в електричному полі. Якщо так, то це може призвести до створення міні-приводів деформації в лабораторії.
Трохи змінивши чорну діру
Цікаво, що команда також припускає, що якщо варп-бульбашка рухається повільно і набагато менша за горизонт чорної діри, це може збільшити ентропію чорної діри. Однак, як вони заявляють у своїх заключних аргументах, «існують потенційні проблемні питання в інших фізичних ситуаціях: а саме, коли варп-привід повністю поглинається чорною дірою, вона може зменшити її масу, а отже, і ентропію.
Подібним чином, коли через чорну діру проходить більша викривлена бульбашка, це створить ефект «екранування» і фактично усуне горизонт, що унеможливить визначення ентропії чорної діри в сенсі Гокінга. Якщо варп-приводи можливі в природі, ці проблеми вказують на те, що ми все ще не розуміємо їх з термодинамічної точки зору».
Технологію Warp Drive ще належить побачити
Таким чином, хоча це дослідження може виявитися цінним теоретично і може призвести до лабораторного виробництва міні-чорних дір, залишається багато питань. Можливо, у майбутньому, коли ми зрозуміємо квантову механіку, що стоїть за обома цими об’єктами, ми можемо вважати варп-технологію невдалою. Якщо так, тоді, коли кораблі подорожують через чорні діри, ми можемо зіткнутися з дивним часом.
Наприклад, сигнали зсередини чорної діри можуть надходити через викривлену бульбашку, що зливається з сингулярності. Це дозволить нам надсилати зображення або записи того, що відбувається всередині горизонту подій — те, про що сьогодні ніхто не знає. Також існує ймовірність, що ці страшні чорні діри можуть зробити варп-привід менш складним для досягнення, оскільки їм не знадобиться стільки екзотичного джерела «негативної енергії».