Чи будуть люди в майбутньому використовувати варп-двигуни для дослідження космосу? Ми не в змозі виключити таку можливість. Але якщо наші далекі нащадки колись це зроблять, то це не буде пов’язано з кристалами ділітію, а шотландські акценти на той час випаруються в історії.
Варп-двигуни беруть свій початок в одній з найпопулярніших науково-фантастичних франшиз, але вони мають під собою наукове підґрунтя. У новій статті досліджується наука, що стоїть за ними, і ставиться питання про те, чи може пошкодження утримуючої оболонки привода випромінювати гравітаційні хвилі, які можна було б виявити.
Стаття називається “Те, чого ніхто не бачив раніше: форми гравітаційних хвиль від колапсу двигуна викривлення”. Її автори – Кеті Клаф, Тім Дітріх і Себастьян Хан, фізики з інститутів Великої Британії та Німеччини.
У загальній теорії відносності є місце для приводів викривлення, і мексиканський фізик Мігель Алькуб’єр описав, як вони теоретично можуть працювати, у 1994 році. Він добре відомий у космічних та фізичних колах завдяки своєму двигуну Алькуб’єрре.
Всім відомо, що жоден об’єкт не може рухатися швидше за швидкість світла. Але приводи викривлення можуть запропонувати обхідний шлях. Викривляючи сам простір-час, космічний корабель з двигуном викривлення не порушуватиме правило швидкості світла (FTL).
“Незважаючи на те, що вони виникли в науковій фантастиці, двигуни викривлення мають конкретний опис в загальній теорії відносності, оскільки Алькуб’єр вперше запропонував метрику простору-часу, яка підтримує подорожі швидше за світло”, – пишуть автори статті.
Існують чіткі наукові бар’єри на шляху до створення двигуна викривлення. Але можна змоделювати, як він буде працювати і як його можна буде виявити за допомогою гравітаційних хвиль у разі збою. Варп-двигуни спотворюють сам простір-час, так само, як бінарні злиття компактних об’єктів, таких як чорні діри і нейтронні зірки. Теоретично можливо, що вони випромінюють гравітаційний хвильовий сигнал так само, як і злиття.
“Щоб шукати такі сигнали і правильно ідентифікувати їх у виміряних даних, важливо розуміти їх феноменологію і властивості”, – пояснюють автори.
Це починається з розуміння того, як можуть працювати приводи викривлення, а для цього нам доведеться заглибитися у фізику.
“Основна ідея, що лежить в основі двигуна викривлення, полягає в тому, що замість того, щоб перевищувати швидкість світла безпосередньо в локальній системі відліку, що порушило б інваріантність Лоренца, “бульбашка викривлення” може долати відстані швидше, ніж швидкість світла (виміряна якимось віддаленим спостерігачем), стискаючи простір-час перед собою і розширюючи простір-час позаду себе”, – йдеться в статті.
Перша перешкода полягає в тому, що для роботи варп-двигунів необхідна умова нульової енергії (NEC). Фізика стверджує, що область простору не може мати від’ємну густину енергії. Існують теоретичні обхідні шляхи для цього, але поки що жоден з них не є практичним.
“Інші проблеми з метрикою варп-двигуни включають потенціал для замкнутих кривих часу і, з більш практичної точки зору, труднощі для тих, хто перебуває на кораблі, в управлінні і деактивації бульбашки”, – пояснюють автори статті.
Це пов’язано з тим, що у екіпажу не буде можливості надсилати сигнали в передню частину корабля. Події всередині бульбашки важко впливати на події за її межами, як пояснюється в цій статті.
“З точки зору динамічного моделювання двигуна викривлення, ключовим викликом є стабільність”, – пояснюють автори. Рівняння показують, що привід Алькуб’єра може ініціювати бульбашку викривлення за допомогою рівняння Ейнштейна, але жодне з відомих рівнянь не може її утримати.
“Не існує (наскільки нам відомо) жодного відомого рівняння стану, яке б підтримувало метрику приводу викривлення в стабільній конфігурації з плином часу. Тому, хоча можна припустити, що на початковому етапі параметри бульбашки будуть постійними, вона швидко відійде від цього стану, і, в більшості випадків, рідина викривлення і просторово-часові деформації розійдуться або колапсують в центральній точці”.
Хоча нестабільність є головною перешкодою для варп-двигунів, це також те, що може дозволити їх виявити. Якщо двигун Алькуб’єра досягає постійної швидкості, його неможливо виявити. Він не генерує гравітаційних хвиль і не має ADM-маси. ADM розшифровується як Arnowitt-Deser-Misner, названий на честь трьох фізиків. Я залишу допитливим читачам можливість почитати більше про ADM-масу.
Але привід викривлення неможливо виявити, тільки якщо він постійний і стабільний. Як тільки він ламається, прискорюється або сповільнюється, його можна виявити. У своїй роботі автори дозволяють бульбашці двигуна викривлення зруйнуватися.
“Фізично це може бути пов’язано з пробоєм у стримувальному полі, яке цивілізація після викривлення (імовірно) використовує для підтримки міхура викривлення від колапсу”, – пишуть вони.
У їхніх формулюваннях природа самого корабля не важлива. Важливими є лише бульбашка викривлення та рідина викривлення всередині неї.
Дослідники змоделювали розпад бульбашки викривлення. Вони виявили, що колапс генерує гравітаційні хвилі з характеристиками, відмінними від тих, що генеруються при злитті.
“Сигнал надходить у вигляді сплеску, який спочатку не містить гравітаційних хвиль, а потім з’являється коливальний період з характерною частотою порядку 1/[R], – пишуть вони. “Загалом, сигнал дуже відрізняється від типових компактних бінарних злиттів, що спостерігаються детекторами гравітаційних хвиль, і більше схожий на такі події, як колапс нестабільної нейтронної зірки або лобове зіткнення двох чорних дір”.
Автори зазначають, що хоча привід викривлення створює GW-сигнал, він знаходиться за межами частотного діапазону наших нинішніх наземних детекторів.
“Були зроблені пропозиції щодо більш високочастотних детекторів, тому в майбутньому, можливо, вдасться встановити межі існування таких сигналів”, – пишуть вони. Сам корабель також може надсилати певний тип багатомісного сигналу, але важко сказати, як матерія корабля буде взаємодіяти зі звичайною матерією.
“Оскільки ми не знаємо, з якого типу матерії був побудований корабель викривлення, ми не знаємо, чи взаємодіяв би він (окрім гравітації) зі звичайною матерією, коли вона поширювалася б у Всесвіті”, – пояснюють дослідники.
Це цікавий уявний експеримент. Цілком можливо, що колись у далекому майбутньому з’явиться якийсь обхідний шлях до надсвітлових подорожей. Якщо так, то це може бути пов’язано з кращим розумінням темної матерії і темної енергії. Якщо такі ETI існують, вони можуть бути в змозі використовувати фундаментальні знання про Всесвіт, якими ми ще не володіємо.
Якщо вони з’ясували, як сконструювати і використовувати двигун викривлення, навіть при всій його, здавалося б, неможливості, їхня діяльність може створити гравітаційні хвилі, які наші майбутні обсерваторії зможуть виявити навіть в інших галактиках. Але поки що це все теоретично.
“Ми попереджаємо, що отримані форми хвиль, ймовірно, будуть дуже специфічними для використовуваної моделі, яка має кілька відомих теоретичних проблем, як обговорювалося у вступі”, – пишуть автори у своєму висновку. “Потрібна подальша робота, щоб зрозуміти, наскільки загальними є підписи і належним чином охарактеризувати їхню здатність до виявлення”.
Без сумніву, деякі допитливі фізики продовжать працювати над цим.
