«Червоточины» и астродальнобойщики: какие перспективы ждут людей во Вселенной
Быстро сгонять на край Вселенной и обратно. Такую перспективу обещает людям недавнее открытие ученых. То есть космонавтам не придется впадать в анабиоз или яростно размножаться на борту в надежде, что правнуки долетят. Да и по возвращении они не обнаружат, что на Земле прошли века.
Но прежде чем искренне порадоваться за будущих астродальнобойщиков, придется, пусть и бешеным галопом, пробежаться по теории — без нее тут мало что поймешь. Итак, со школьной скамьи нам известно, что передвигаться быстрее скорости света нельзя. Это запрещает специальная теория относительности (СТО) имени Эйнштейна. Специальная она в том числе и потому, что действует на ближних подступах к наблюдателю — например, в нашей Солнечной системе. В рамках CТО перемещался, к примеру, фотонный планетолет «Хиус-2», на котором летели к Венере герои повести Стругацких «Страна багровых туч».
Если же обозревать гораздо большие окрестности, скажем, брать масштабы Вселенной, там уже работает общая теория относительности — ОТО (имени его же). И вот на таких буйных просторах возможно всякое. Там, например, пространство-время превращается в подобие эластичной ткани, которую можно не только растянуть или сжать (причем полностью наплевав на световой барьер), но и понаделать в ней всяких функциональных дырок.
Слышали про «кротовые норы» или «червоточины», сквозь которые можно быстренько попасть из одной вселенной в другую? Если нет, представьте себе лист бумаги и два точечных прокола в противоположных его концах. А теперь сверните лист так, чтобы они соединились. Вот вам схема кротовой норы и пример мгновенного преодоления гигантских пространственно-временных интервалов.
В романе Карла Сагана «Контакт», по которому в 1997 году был снят легендарный фильм с Джоди Фостер, героиня летит за тысячи световых лет через несколько кротовых нор к станции в центре Млечного Пути. Ими же пользуются для космических путешествий и герои известного фильма «Звездные врата», а в «Туманности Андромеды» такую даже удалось получить искусственно.
Впрочем, вселенские дыры нас сейчас мало интересуют. Мы про эластичность и деформацию. В 1994 году физик-теоретик Мигель Алькубьерре предложил вариант двигателя (в виде формул, не в железе), способного перемещать корабль на сверхсветовых скоростях.
Такой агрегат сжимает пространство-время перед звездолетом и расширяет позади него. Экипаж же находится в некоем пузыре нейтральности, где и время течет по-нормальному, и пространство не корежится. И вообще астронавтам кажется, что ничего не происходит — разве что звезды прямо по курсу превратились в яркие штрихи, а сзади по курсу — кромешный мрак и звезд нет вообще (ведь их свет не успевает догнать корабль).
В общем, чем-то все это похоже на серфингиста, оседлавшего волну: стоит себе неподвижно на доске, а ее несет вода. Только волну генерирует не ветер, а сама доска, да и времени на все катание — чих, да и только, ведь внешнее время искажается лишь локально в момент пролета, и тут же выправляется.
Формулы Алькубьерре показали, что для старта и разгона такому звездолету понадобится некий запас вполне обычной энергии, но вот для выхода на сверхсветовые скорости топливо придется поменять — тут уже нужно вещество с отрицательной плотностью энергии, при упоминании которой ортодоксальные физики моментально впадают в недельную истерику на нервной почве.
Вещество это (не путать с антивеществом!), согласно расчетам, должно обладать довольно интересными свойствами. Например, оно легче пустоты и не притягивается, а отталкивается крупными объектами, то есть частица такого вещества при столкновении с планетой не упадет на нее, а улетит куда подальше. Стивен Хокинг считал, что именно виртуальные частицы с отрицательной энергией принимают участие в испарении черных дыр (да, черные дыры тоже смертны). На отрицательную плотность энергии списывают и эффект Казимира, который состоит в том, что, если поместить в вакуум очень близко друг к другу две незаряженные параллельные металлические пластины (с другими объектами это тоже прокатывает), они начнут притягиваться.
Дело в том, что вакуум отнюдь не пуст, в нем полно виртуальных (короткоживущих) частиц, которые возникают и тут же исчезают снова. Между пластинами их гораздо меньше, чем снаружи, такой дефицит может приводить к отрицательной плотности энергии и, соответственно, притяжению железяк. В свое время ее даже удалось измерить. Она оказалась обратно пропорциональна четвертой степени расстояния между пластинами, то есть с уменьшением расстояния энергия резко идет в рост.
И тут мы наконец подходим к анонсированному открытию. Как это часто бывает, сделали его совершенно случайно. Инженер Управления перспективных исследовательских проектов Минобороны США (DARPA) Гарольд Уайт экспериментировал с эффектом Казимира, который крайне мешает нанотехнологам (слипается у них там все из-за него).
В том числе заменял пластины на разные другие железяки. И в случае с шариком, помещенным в полый цилиндр, он обнаружил самый настоящий «пузырь Алькубьерре», или «варп-пузырь» (от англ. warp — «искривлять»). Сильных подробностей он, увы, не огласил, но из статьи в European Physical Journal известно, что наблюдалось все это дело в наномасштабах, деформация фиксировалась внутри цилиндра между сферой и двумя его стенками, и, если процитировать самого Уайта, речь идет не о каких-то там теоретических выкладках, а «о реальной наноструктуре», которая является «настоящим, хотя и скромным, пузырем деформации». То есть у человечества уже появилась штука, «которая генерирует отрицательное распределение плотности энергии вакуума, очень похожее на то, что требуется для деформации космоса по Алькубьерре».
Уайт со своей командой просчитал компьютерную модель наномасштабного корабля с варп-двигателем. Получилась сфера диаметром 1 микрон, расположенная в центре цилиндра диаметром 4 микрона.
В принципе, ничто не мешает такой создать — современным 3D-принтерам вполне по силам напечатать. Инженер даже предложил путь для дальнейших исследований: составить цепочку из стоящих друг за другом пузырей, созданных пустотами Казимира, и посмотреть, что будет. По его словам, такой паровозик позволит лучше понять физику структуры «пузырей Алькубьерре» и выяснить, можно ли в итоге на них полетать.
— Появившаяся в XVIII веке паровая телега двигалась со скоростью 2–3 км/ч, — говорит историк науки Сергей Александров. — В конце XIX века паровозы превысили скорость 100 км/ч, сейчас рекорд скорости на рельсах — 605 км/ч. Поэтому то, что мы можем представить сегодня на основании нынешней науки и гениального озарения одного Алькубьерре, которое активно развивается тоже фактически одним человеком с небольшой командой, — это одно. Но если за это возьмутся активно, к каким фантастическим результатам это приведет, даже предсказать сложно. Разумеется, от наноразмеров до хотя бы видимых — дистанция серьезная, и каждый шаг масштабирования — это целая куча новых научных и технических проблем, на решение которых уйдет неизвестно сколько сил, средств и мозгов. И понятно, что двигать это должны не одиночки, а серьезные научные и промышленные структуры.
У нас таких структур, по мнению Александрова, немного: — В принципе, пока еще живы соответствующие организации в Росатоме, начиная с «Курчатника» и заканчивая атомными производствами, для которых наномасштабы давно не являются проблемой.
У нас есть очень солидные и вменяемые авиастроительные производства, они все сейчас в Ростехе, но там надо очень внимательно посмотреть, что они реально могут. Роснано, увы, не про это, там горизонт планирования — полгода, и то, что окупится через более длительные сроки, их не интересует. DARPA, на которое работает Уайт, — структура Минобороны, функционирует уже несколько десятилетий, финансируя разные, на первый взгляд, экзотические вещи, которые в конце концов дают реальную отдачу. В частности, всю цифровую революцию начинали именно они. У нас, увы, такой структуры в Минобороны нет. В ЕС «пузырями Алькубьерре» занимались немцы в 90-е, но от них давно ничего не слышно. Китайцы… Китайцы неплохо живут, потому что за последние 45–50 лет в развитых странах по разным причинам была остановлена чертова уйма прорывных разработок. Китайцы активно их подбирают и развивают, но для того, чтобы создавать что-то с нуля, нужно иметь несколько иные мозги...
В общем, одна надежда — на загнивающую, как уверяют, Америку, да на наш Росатом. Но у того других проблем хватает, чем шататься по Вселенной в поисках ее конца. Хотя, если подумать, не в одних шатаниях профит.
— Чем привлекательно открытие Уайта? Прежде всего своей глубиной, — объясняет историк науки. — Потому что отрицательная масса и энергия — это действительно очень серьезная штука, открывающая широчайшие просторы для физики и самые неожиданные направления науки и техники, которые вообще еще никто не может предугадать. Но кое о каком применении помечтать уже можно.
Например, уверен Александров, можно и нужно помечтать о телепортации. Как в плане передачи информации (даже до Марса радиосигнал идет десятки минут, что уж говорить о дальних планетах, а за Солнцем такая связь и вовсе невозможна — с варп-эффектом все это будет мгновенно), так и о передаче материальных объектов. Если отрицательная энергия будет освоена, можно подумать об антигравитации, а это решение вообще всех транспортных и логистических проблем! А с учетом телепортации, так и вовсе сказка — жмешь на кнопку, и любой тяжелый груз уже у заказчика.
Ну а если прибавить к этому эксперименты с мерностью нашего мира, в частности, по созданию маленьких параллельных миров, примыкающих к квартире (там и хлам можно хранить, и бабушкины закрутки, и пляжик оборудовать с персональным морем, да вообще что хочешь!), то квартирный вопрос, что до сих пор нас портит, окончательно канет в прошлое, а риелторы с застройщиками пойдут в управдомы.
КАК ЭТО БУДЕТ
О том, как летают варпзвездолеты, можно узнать не только в Star Trek, но и в романах Ивана Ефремова «Час быка» (звездолет прямого луча) и Сергея Снегова «Люди как боги», в сериале «Звездные врата. Вселенная», а также в компьютерной игре Mass Effect
ИДЕЯ
По словам Алькубьерре, на идею пузыря его натолкнул сериал Star Trek, герои которого использовали для перемещения деформационные двигатели. Это не первый случай, когда кинофантазии приводят к чему-то реальному. Тот же сериал предвосхитил создание сотовых телефонов, планшетов и очков Гугл. А наш фильм «Туманность Андромеды» (1967 год) — появление ноутбуков, принцип работы которых был изложен в диссертации IT-ученого из Стенфорда Алана Кея лишь два года спустя.