Чарльз Уолфорт - За пределами Земли: В поисках нового дома в Солнечной системе

Эта идея пришла в голову мексиканскому физику Мигелю Алькубьерре после просмотра старого эпизода сериала «Звездный путь» в 1994 г., когда он еще студентом изучал теорию относительности; фильм натолкнул его на размышления о варп-двигателе [98] От англ. warp — искривление. — Прим. ред. , известном также как подпространственный или деформационный. Алькубьерре вычислил, что материя, обладающая отрицательной массой (если таковая существует), способна свернуть пространство в пузырь вокруг космического аппарата, сминая пространство в одном направлении и растягивая в другом. Двигаясь в сторону сжатия пространства, аппарат сможет превысить скорость света с точки зрения наблюдателя, находящегося вне пузыря. Внутри пузыря аппарат будет двигаться с куда меньшей скоростью в области неискаженного пространства. Это напоминает ходьбу по ленте эскалатора.

Если это показалось вам неприемлемым, предлагаем краткое изложение общей теории относительности Эйнштейна в одном абзаце. Эйнштейн связывал пространство, время и тяготение, представляя пространство и время как ткань Вселенной, которая искажается в присутствии материи. Масса изгибает пространство-время, образуя в нем ямы, или колодцы, что приводит к возникновению тяготения и замедлению времени. Эти предсказания подтверждаются наблюдениями. Так, гравитационные искажения пространства близ крупных объектов, например звезд, изменяют направление распространения света. Идея Алькубьерре заключалась в том, чтобы сжимать ткань пространства перед космическим аппаратом и расширять его позади него, чтобы значительно сократить время, необходимое для перемещения между двумя точками.

Материю с отрицательной массой не купишь в интернете, но квантовая теория поля говорит, что она может существовать. Субатомные частицы, из которых состоит материя и все остальное, существуют благодаря квантовым полям. Квантовые поля занимают также все пустое пространство. Квантовое поле можно представить себе как собрание частиц, соединенных так, что они действуют совместно подобно волнам. Квантовая частица никогда не покоится, а ее энергия может изменяться только скачками на дискретные величины, или кванты; иными словами, энергия изменяется не плавно, а ступенчато, существует некоторый минимальный шаг. (Вопрос о том, почему это так, — из области философии.) Одним из следствий этого аспекта действительности является то, что пустое пространство содержит в себе энергию, так как его квантовое состояние не может быть нулевым. По той же причине в пустом пространстве непредсказуемо возникают частицы (именно они, по предположению Сонни Уайта, могут послужить рабочим телом для Q-двигателя, описанного в главе 7).

Многочисленные странные эксперименты демонстрируют причудливые следствия из квантовой механики. Например, две близкорасположенные металлические пластины в вакууме будут притягиваться, и единственной причиной этому будет давление, создаваемое квантовой энергией вакуума. Узкая щель ограничивает квантовое поле, сокращая его энергию по сравнению с полем вне пластин. Эта сила, называемая силой Казимира, была продемонстрирована в лаборатории только в 1997 г. и до сих пор вызывает споры, но некоторые физики считают ее свидетельством возникновения отрицательной энергии вакуума между пластинами. Отрицательная энергия вакуума удовлетворяет требованиям отрицательной массы в уравнениях Алькубьерре.

Может ли космический аппарат использовать эту экзотическую отрицательную массу и искажать пространство, позволяя стремительно пересечь Галактику? Сам Алькубьерре ответил «нет» и прекратил работу. Позже другой исследователь, Ричард Обуси, показал, что это может сработать в случае кольца экзотической материи вокруг аппарата, но потребуется объем экзотической материи размером с Юпитер, что очевидно невозможно.

В таком состоянии находилась эта идея в 2011 г., когда Сонни Уайта пригласили выступить на Симпозиуме столетнего звездолета — ежегодной встрече, посвященной осуществлению межзвездного путешествия длительностью менее века.

«У меня на самом деле не было какой-то цели. Я просто возился с этой темой. “Эй, приезжай, мы хотим, чтобы ты выступил!” Ладно, но я не хочу еще раз повторять то, что уже говорил раньше, я лучше сделаю что-нибудь новое».

Повозившись с уравнениями поля, Сонни придумал космический корабль, которому не требуется столько экзотической материи, — это он объяснил нам, делая наброски на доске в Космическом центре имени Джонсона, где возглавляет группу по перспективным двигательным установкам и лабораторию под названием Eagleworks.

«Идея такова: нужен бублик вокруг маленькой центральной части космического аппарата. Здесь могут храниться инструменты, и Скотти тоже будет тут. А кольцо — это экзотическая материя. Эта материя необходима, чтобы все заработало. И вот что я узнал: вместо того, чтобы делать кольцо тонким, как обручальное кольцо, т.е. очень тонким, можно сделать его похожим на спасательный круг, что значительно снизит количество необходимой энергии».

Помимо утолщения кольца Сонни также изменял бы силу поля, чтобы снизить жесткость пространства-времени (как бы странно это ни звучало). С этими изменениями кольцо вокруг космического аппарата создаст пузырь искажения 10 м в поперечнике, движущийся со скоростью, в 10 раз превышающей скорость света. В начале путешествия корабль должен развить 1/10 от скорости света в необходимом направлении. После включения варп-двигателя пузырь направится к точке назначения вместе с кораблем, но в сущности в 100 раз быстрее. Ближе к концу путешествия деформационный двигатель отключается, и корабль завершает движение с помощью обычной тяги.

Согласно математическим выкладкам, внутри пузыря пространство останется неискаженным. Никакого тяготения, искаженного времени, ощущения ускорения. Корабль покоится, будто в оке тайфуна, движется же само пространство. Поскольку корабль не приближается к скорости света относительно окружающего пространства, время в нем движется так же, как и на Земле. Астронавты старятся одновременно со своими близнецами, оставшимися дома.

В разработке Сонни необходимое количество экзотической материи сокращается до одной тонны — более чем на 24 порядка меньше, чем масса Юпитера.

Ведя исследования для нашей книги, мы повстречали много очаровательных людей, но Сонни — один из наших любимцев. Вдобавок к своему уму он обладает нехарактерной для многих успешных ученых скромностью. Ему свойственен чистый восторг, открытый им в детстве во время частых поездок в Национальный музей авиации и космонавтики из его дома в Вашингтоне, округ Колумбия. Он немного похож на поклонника «Звездного пути», отчасти переместившегося из выдуманной вселенной в реальную жизнь.