Быстрее света
5 научно-фантастических способов путешествовать в космосе и реальные теории, лежащие в их основе.
Как Дуглас Адамс написал в своей книге "Автостопом по галактике" — космос огромен. То есть он действительно огромен. Альфа Центавра — ближайшая к нам звездная система, находится на расстоянии более чем 4 световых лет от нас.
Даже при использовании самых современных технологий для достижения Альфы Центавра, в теории, потребуется не менее столетия. У нас нет космического корабля, который может двигаться быстрее скорости света; самая большая скорость, которую мы теоретически можем развить с использованием ядерной энергии, составляет 4,5% от скорости света. Скажем так, вам понадобится запастись большим количеством аудиокниг и сериалов, чтобы скоротать время в таком путешествии.
Итак, мы еще не преодолели рубеж скорости света. Но писатели-фантасты уже сделали это.
В жанре фантастики полно примеров звездолетов, которые могут пронизывать космос со скоростями, которые делают межзвездные перелёты весьма удобными. Некоторые авторы объясняют свои вымышленные технологии, опираясь на настоящую науку и научные принципы. Другие же не сильно заморачиваются такими деталями.
Ниже рассмотрим некоторые из самых популярных вымышленных способов межзвёздных (сверхсветовых) путешествий, и как их можно оценить с точки зрения реализма.
Шагнув во Вселенную, мы должны понять, что межзвездные путешествия требуют от нас смотреть дальше пределов отведённой нам жизни. Мы должны мыслить не как индивидуумы, но как биологический вид.
Профессор Брандт, "Интерстеллар", 2014 г.
Мосты Эйнштейна-Розена
Мосты Эйнштейна-Розена, также известные как червоточины или кротовые норы, являются, пожалуй, наиболее известными средствами межзвездных путешествий — и, скорее всего, на самом деле существуют. Общая теория относительности Альберта Эйнштейна предсказала существование червоточин, хотя обнаружить их пока не удалось.
Если говорить простым языком, мост Эйнштейна-Розена является туннелем в пространстве, вызванным деформированием пространства-времени. Массивные объекты, такие как звезды или черные дыры, искривляют время и пространство, как шар для боулинга искривляет батут. Достаточно массивный объект может настолько изогнуть пространство-время, что создаст связь между двумя, достаточно удаленными в обычном состоянии точками.
Или можно воспользоваться объяснением, которое дается в одном из диалогов фильма "Интерстеллар". Представьте себе лист бумаги и две точки на нём. Вам необходимо добраться из одной точки в другую и, если вы будете передвигаться строго по поверхности бумаги, это "путешествие" займет какое-то время. Однако, если сложить лист так, чтобы точки совпадали, и проткнуть его в этом месте карандашом, то, воспользовавшись карандашом, как туннелем (или мостом), мы значительно сократим расстояние между точками.
Вход в кротовую нору часто представлялся в виде входа в туннель, что имеет смысл с учетом названия. Но это ошибочное представление. В фильме "Интерстеллар" этот момент показан правильно — с точки зрения наблюдателя в трехмерном пространстве червоточина должна выглядеть как сфера.
Червоточины — заманчивый метод осуществления межзвёздных перемещений, потому что они не требуют, чтобы вы превышали скорость света. Физика говорит нам, что ничто не может двигаться быстрее света. Но с червоточинами можно преодолевать огромные межзвездные расстояния, не нарушая этот закон.
Это делает их идеально подходящими для использования в фантастике, т.к. они позволяют быстро добраться из пункта А в пункт Б. В юмористической серии книг Дугласа Адамса "Автостопом по галактике" Земля была снесена воганами, чтобы освободить место для строительства гиперпространственной магистрали — или, другими словами, кротовой норы или червоточины.
Кинематографическая вселенная Marvel усеяна червоточинами. Биврёст, который позволяет Тору попадать из Асгарда на Землю, описывается доктором Джейн Фостер как мост Эйнштейна-Розена. В "Мстителях" вторжение инопланетян открывает портал над Нью-Йорком, напоминающий червоточину. Во второй части "Стражей Галактики" подобные порталы показаны как часть галактической системы супермагистралей, в то время как в "Тор: Рагнарёк" мстители покидают Сакаар через "Клоаку дьявола" описанную Брюсом Баннером как "коллапсирующая нейтронная звезда, входящая в мост Эйнштейна-Розена".
Теория кротовых нор также допускает возможность путешествия между Вселенными. Мосты Эйнштейна-Розена являются ключевыми для различных злоключений Рика и Морти; портальная пушка сумасшедшего учёного может открыть туннель в другие галактики и параллельные реальности.
Некоторые "занудные" ученые утверждают, что червоточина, образовавшаяся из-за сверхмассивной черной дырой, вероятно, будет слишком неустойчивой, чтобы пройти через неё. В статье 1962 года Джона Арчибальда Уилера и Роберта В. Фуллера утверждалось, что подобный туннель слишком быстро коллапсирует. С другой стороны, такие физики как Стивен Хокинг и Кип Торн, предположили, что при наличии достаточного количества энергии, червоточины могли быть, теоретически, стабилизированы. Но в этом предположении очень много "если".
Рейтинг достоверности: 4/5. Достаточно высокий, учитывая, какое количество предсказаний Эйнштейна было в итоге доказано. Вероятно, где-то там, в космосе, червоточины существуют... нам просто нужно их найти.
Только посмотрите! Мне никогда не приходило в голову рассматривать пространство, как движущуюся материю.
Скотт "Скотти" Монтгомери, "Звёздный путь", 2009 г.
Варп-двигатели
Технология варп-двигателей тесно связана с сериалом "Звёздный путь". Даже если вы не являетесь поклонником различных приключений Звездного Флота, которые были показаны на наших экранах за последние 50 лет, вы, вероятно, знакомы с такими терминами, как "скорость 5 варп".
Но что это значит?
Подобно мосту Эйнштейна-Розена, варп технология оборачивается вокруг невозможности разогнать корабль до скорости, превышающей скорость света. Вместо этого варп-двигатель изгибает само пространство. Он сжимает пространство перед кораблем и расширяет его позади корабля.
Звездолёт "Энтерпрайз", по сути, управляет пузырем обычного трёхмерного пространства, в то время как Вселенная вокруг него меняется.
Различные скорости варпа в "Звёздном пути" не просто техно болтовня. Согласно руководству сценариста для "Оригинального сериала", скорость в 1 варп равняется скорости света; варп 2 равно скорости света, умноженной на 8; варп 3 — скорость света, умноженная на 27. Варп 6 — обычная крейсерская скорость для USS Enterprise NCC-1701. Скорость выше варп 7 связана с риском повреждения двигателя или самого судна.
Как мы можем видеть в фильме "Звездный путь: Первый контакт", люди без варп-технологий никогда не встретились бы с инопланетными расами, такими как вулканцы, и не основали бы Объединённую федерацию планет. Изобретение варп-двигателя в конце XXI века преподносится как поворотный момент для человеческой цивилизации, сродни переходу от охоты и собирательства к сельскому хозяйству или изобретению печатного станка.
И, как ни странно, варп-технология может быть возможна в реальности.
В 1994 году физик-теоретик Мигель Алькубьерре предложил метод космических путешествий со сверхсветовой скоростью, совместимый с Общей теорией относительности. Вдохновленный "Звездным путём", Алькубьерре описал двигатель, создающий энергетическое поле с плотностью, меньшей чем вакуум пространства. Сжимая пространство перед собой и расширяя его позади себя, космический аппарат мог "оседлать волну".
К сожалению, предположение Алькубьерре наталкивается на те же теоретические ограничения, что и путешествия сквозь червоточину. Варп-двигатель, также, как и использование червоточин, потребует колоссального количества энергии. Кроме того, для создания космических аппаратов необходим какой-то материал, способный выдержать подобные перелёты. В "Звёздном пути" потребности в энергии обеспечивались выдуманным элементом, называемым дилитием: в кристаллической форме он якобы может сдерживать выделение огромного количества энергии при реакции аннигиляции материи и антиматерии.
Если мы хотим иметь собственный варп-двигатель, нам понадобится подобный экзотический процесс добычи энергии, пока неизвестный современной науке.
Рейтинг достоверности: 3/5. Об этой технологии интересно поразмышлять, но для её реализации нам нужны экзотические вещества, которых может даже не существовать в нашей Вселенной. Скажите, у вас случайно нет лишних кристаллов дилития?
Путешествовать через гиперпространство, парень, — это тебе не корешки собирать!
Хан Соло, "Звёздные войны", 1977 г.
Проблема: похоже, что эта Вселенная не позволяет передвигаться со сверхсветовой скоростью. Решение: ну, тогда просто не будем передвигаться внутри нашей Вселенной, делов-то.
Гиперпространство проще всего понять, представив его как некое подпространство нашего реального пространства, где работают другие физические законы. И как же научная фантастика предлагает нам попасть в него? Трудно сказать: Гиперпространство не имеет теоретического базиса, как червоточины или варп-двигатель.
В фильмах "Звездные войны" все виды кораблей оснащены гиперпространственными двигателями, от небольших персональных истребителей, таких как "X-wing" По Дэмерона, до крупных грузовых кораблей, таких как "Сокол тысячелетия". Даже та огромная космическая станция размером с Луну, "Звезда Смерти", имеет гипердвигатель. Как это возможно? Мы не знаем. Джордж Лукас решил создать скорее космическую фантастику, чем научную.
В этом случае "гиперпространство" может быть просто другим названием для перемещения со скоростью света. В оригинальных "Звездных войнах" Хан Соло хвастается, что его корабль "может сделать .5 сверх световой скорости". В книгах по "Звёздным войнам" — как тех, которые больше не являются канонами, так и тех, которые являются, — нам говорят, что космические корабли разделяют на классы, которые соответствуют их скорости. Чем ниже класс, тем быстрее корабль; Сокол стал быстрым судном класса 0.5.
Но всё же, даже в "Звездных войнах" корабли, путешествующие на гиперскорости, должны учитывать некоторые законы физики. Чтобы построить беспрепятственный курс и избежать столкновений со звездами или планетами, или другими кораблями во время перемещения в гиперпространстве требуется астромеханический дроид или навигационный компьютер. Как известно из фильма "Последние джедаи", столкновения на скорости света могут быть фатальными.
Идея гиперпространства появляется во многих научно-фантастических произведениях, хотя разные авторы используют разные названия для описания одной и той же концепции. Серия видеоигр "Halo" использует термин "slipstream", настольная игра "Warhammer 40,000" называет его "Immaterium", подростковая серия фантастических произведений "Аниморфы" использует название "Z-space", комикс и фильм "Валериан" называет его "Exospace"; сериал "Дюна Фрэнка Герберта" описывает навигацию в "свёрнутом пространстве" для перемещений на большие расстояния.
Это очень удобно с точки зрения художественного повествования, но оставляет не раскрытым вопрос входа и выхода в "гипер" состояние, что оставляет данную фантастическую технологию далеко позади червоточин или варп-двигателей, в плане возможной реализации.
Рейтинг достоверности: 2/5. Это, безусловно, больше выдумка, чем настоящая наука. Но если всё же вы когда-нибудь застрянете на Татуине, позвоните Уотто.
Наш дом остался далеко. Мы прыгнули за Красную Черту в неразведанный космос. У нас мало припасов, мало топлива. Никакой помощи.
Коммандер Адама, "Звёздный крейсер «Галактика»", 2003 г.
Прыжковые двигатели
Хотя гиперпространство и варп-двигатели описывают способы перемещения со сверхсветовой скоростью, всё же перемещение с их помощью занимает какое-то время. Хан Соло, Люк и Оби-Ван успели потусоваться и поболтать о Силе, прежде чем они прибыли в Альдераан.
Но что, если бы вы могли попасть туда мгновенно, избегая того, что Дуглас Адамс назвал "всей этой нудной вознёй с гиперпространством"?
Прыжковые двигатели в "Звёздном крейсере «Галактика»" сделали возможной практически мгновенную межзвездную телепортацию. И человеческие корабли, и их сайлонские аналоги, использовали сверхсветовые двигатели. Было сказано, что человеческие корабли оснащены очищенным тилиумом — невероятно редкой породой, в 10 миллионов раз более энергоёмкой, чем бензин. Также было сказано, что, когда корабль совершает прыжок, он деформирует пространство вокруг себя и, таким образом, может повредить близлежащие суда.
Как и в случае с гиперпространством, прыжковые двигатели, по-видимому, требуют сложных вычислений до и во время прыжка, чтобы избежать риска того, что корабль материализуется слишком близко к атмосфере планеты — или даже внутри самой планеты.
Мгновенная телепортация — удобный приём в научно-фантастических произведениях; она также используется в "Звездном пути" чтобы перебрасывать людей между кораблями и планетами, находящимися под ними. Но имеет ли он хоть какое-то научное обоснование?
Краткий ответ: возможно.
Квантовая запутанность — явление, при котором группы частиц ведут себя одинаково, даже если их разделяет огромное расстояние. Эйнштейн назвал это "жутким взаимодействием на расстоянии". Писательница Урсула Крёбер Ле Гуин использовала эту идею, чтобы придумать вымышленное устройство, называемое "ансибл", которое могло мгновенно сообщаться с другими ансиблами, независимо от того, в каком месте Вселенной они находятся.
Теоретически вы можете "телепортировать" корабль или человека с использованием такого типа технологий, хотя это всё становится еще более сложным. Вы должны будете "записать" квантовую информацию всех частиц в начальной точке, и перенести её на частицы в конечной точке. Это избавит вас от проблемы, вызванной другими видами вымышленной телепортации, а именно — вам не придется убивать оригинальную версию или создавать клон себя каждый раз, когда вы телепортируетесь.
В данный момент квантовая запутанность — явление, которое мы можем наблюдать в чрезвычайно малых масштабах. Мы ещё очень далеки от телепортации людей или переноса кораблей в пространстве.
Рейтинг реализма: 2/5. Мгновенная телепортация в любое место Галактики? Вероятно, она не станет реальностью ещё очень долгое время.
Всё время и пространство; всё, что когда-нибудь случалось или когда-нибудь будет; каждая звезда, которая когда-либо существовала. Откуда хочешь начать?
Доктор, "Доктор Кто", 2010 г.
Замкнутые времениподобные кривые
Последняя форма сверхсветового перемещения, которую мы рассмотрим, на первый взгляд кажется наименее научной. В течение 55 лет сериал "Доктор Кто" рассказывал о приключениях во времени и пространстве Доктора и его/ее человеческих компаньонов. Какими средствами передвижения они пользовались? Большая синяя будка, известная как ТАРДИС (англ. TARDIS — Time and Relative Dimension in Space), которая может перенести их в любое место и любое время, какое они только захотят.
Построенные (или, скорее, выращенные) древней расой "Повелителей Времени", ТАРДИСы более волшебны, чем технология "Звездного пути". Как объяснял сам Доктор, его транспортное средство — это "шаткая-ваткая временная-швременная фиговина". Кажется, что при перемещении в ТАРДИСе есть какая-то задержка — то есть он ближе к гипердвигателю, чем к телепортатору. Но, по сути, ТАРДИС исчезает здесь, пролетает сквозь "временной вихрь" и появляется там. Это всё, что вам действительно нужно знать.
Или нет? Оказывается, что ТАРДИС имеет даже больше теоретической основы, чем гипердвигатель.
В 2013 году физики Бенджамин К. Типпетт и Дэвид Цанг опубликовали документ, предлагающий теоретические основы создания реальной машины времени, т.е. способа путешествовать в свое прошлое. Статья называлась "Traversable Achnronal Retrograde Domains In Spacetime" (зацените аббревиатуру).
Типпетт и Цанг описывают путешественника во времени, находящегося в пузыре пространства-времени, который входит в Замкнутую времениподобную кривую (по существу, такую же, как мост Эйнштейна-Розена). В пределах этой кривой путешественник может отправиться куда угодно на своей собственной временной шкале, в то время как внутри пузыря время, похоже, протекает как обычно.
Два физика даже предположили, что времениподобные кривые могут быть разделены и соединены, открывая возможность путешествовать не только по вашей собственной временной шкале, но и где угодно во времени и пространстве.
Все это могло бы сделать ТАРДИС победителем в этом "соревновании средств для сверсветовых путешествий". Приносим извинения Хану Соло, идти со скоростью ".5 сверх скорости света", конечно, очень впечатляет, но нет ничего быстрее, чем прибыть на место прежде, чем вы отправитесь туда.
Рейтинг реализма: 1/5, и это щедро. На данный момент ТАРДИС — это просто "шаткая-ваткая временная-швременная фиговина".
Перевел scorp13
Статья является свободным переводом материалов сайта mashable.com
Автор оригинального текста и иллюстраций Bob Al-Greene