Най-близката звезда до Земята е Проксима Кентавър. Намира се на около 4,25 светлинни години или на около 40 трилиона км от нас. Най-бързият космически кораб, сега в космоса Parker Solar Probe, ще достигне максимална скорост от 670 000 км/час. Би му отнело само 20 секунди, за да премине от Лос Анджелис до Ню Йорк с тази скорост, но на слънчевата сонда ще са необходими около 6633 години, за да достигне до най-близката съседна на Земята слънчева система.
Ако човечеството някога иска да пътува лесно между звездите, хората ще трябва да пътуват по-бързо от светлината. Но засега пътуване по-бързо от светлината е възможно само в научната фантастика.
В поредицата Фондацията на Исак Азимов човечеството може да пътува от планета на планета, звезда до звезда или през вселената, използвайки скачащи устройства. Тази идея на писателят фантаст все още очарова не само мечтателите и читателите на неговите романи, но и физиците-теоретици, които вярват, че човечеството един ден ще пътува в дълбокия космос.
Някои герои – като астронавтите от филмите „Interstellar“ и „Thor“ – използват червеи (Warp задвижвания), за да пътуват между слънчевите системи за секунди. Друг подход – познат на феновете на „Стар Трек“ – е технологията за задвижване чрез изкривяване на пространство-времето.
Warp задвижванията теоретично са възможни, макар все още да е пресилено да говорим за такива технологии. Две скорошни статии попаднаха в заглавията тази година, като изследователите твърдят, че са преодолели едно от многото предизвикателства, които стоят между теорията за деформационните задвижвания и реалността.
Но как наистина работят тези теоретични изкривяващи устройства? И скоро ли хората ще постигнат деформационна скорост?
Сегашното разбиране на физиците за пространство-времето идва от теорията на Алберт Айнщайн за общата теория на относителността. Общата теория на относителността гласи, че пространството и времето са слети и че нищо не може да пътува по-бързо от скоростта на светлината. Общата теория на относителността също така описва как масата и енергията изкривяват пространството-времето – тежки обекти като звезди и черни дупки извиват пространство-времето около тях. Тази кривина е това, което усещате като гравитация и защо много космически герои се притесняват да не „заседнат в“ или „да паднат“ в гравитационен кладенец. Ранните писатели на научна фантастика Джон Кембъл и Азимов видяха това изкривяване като начин да се преодолее ограничението на скоростта.
Ами ако един звездолет може да компресира пространството пред себе си, докато разширява пространство-времето зад себе си? „Стар Трек“ взе тази идея и я нарече „warp drive“.
През 1994 г. Мигел Алкубиер, мексикански физик-теоретик показа, че компресирането на пространство-времето пред космическия кораб и разширяването му отзад е математически възможно в рамките на законите на общата теория на относителността.
И така, какво означава това? Представете си, че разстоянието между две точки е 10 метра. Ако стоите в точка А и можете да пътувате един метър в секунда, ще ви отнеме 10 секунди, за да стигнете до точка Б. Да приемем обаче, че бихте могли по някакъв начин да компресирате пространството между вас и точка Б, така че интервалът сега да е само един метър. След това, движейки се през пространство-времето с максимална скорост от един метър в секунда, ще можете да стигнете до точка Б за около една секунда.
На теория този подход не противоречи на законите на относителността, тъй като не се движите по-бързо от светлината в пространството около вас. Алкубиер показа, че задвижването от „Стар Трек“ всъщност е теоретично възможно.
За съжаление методът на Алкубиер за компресиране на пространство-времето има един проблем: изисква отрицателна енергия или отрицателна маса.
Warp задвижването на Алкубиер ще работи чрез създаване на балон от плоско пространство-време около космическия кораб и извиване на пространство-времето около този балон, за да намали разстоянията. Този тип задвижване ще изисква или отрицателна маса – теоретизиран тип материя – или пръстен с отрицателна енергийна плътност, за да работи. Физиците никога не са наблюдавали отрицателна материя, така че отрицателната енергия е единствената възможност.
За да създаде отрицателна енергия, Warp задвижването ще използва огромно количество маса, за да създаде дисбаланс между частици и античастици. Например, ако електрон и антиелектрон се появят в близост до изкривяването, една от частиците ще се хване в капан от масата и това води до дисбаланс. Този дисбаланс води до отрицателна енергийна плътност. Warp задвижването на Алкубиер ще използва тази отрицателна енергия, за да създаде балона пространство-време.
Но за да се генерира достатъчно негативна енергия, ще ви трябва много материя. Алкубиер изчислява, че Warp задвижването със 100-метров балон ще изисква масата на цялата видима вселена.
През 1999 г. физикът Крис Ван Ден Брук показва, че разширяването на обема вътре в балона, но запазването на повърхностната площ постоянна, би намалило енергийните нужди значително, почти до масата на слънцето. Значително подобрение, но все още далеч отвъд всички практически възможности.
Две скорошни статии – едната на Алексей Бобрик и Джани Мартире и друга от Ерик Ленц – предоставят решения, които изглежда приближават Warp задвижванията до реалността. Бобрик и Мартиър стигат до извода, че модифицирайки пространство-времето в балона по определен начин, биха могли да премахнат необходимостта от използване на отрицателна енергия. Това решение обаче не създава деформационно устройство, което може да върви по-бързо от светлината.
Независимо от тях, Ленц също предлага решение, което не изисква отрицателна енергия. Той използва различен геометричен подход за решаване на уравненията на общата теория на относителността и по този начин открива, че деформационното задвижване няма да има нужда да използва отрицателна енергия. Решението на Ленц би позволило на балона да пътува по-бързо от скоростта на светлината.
Важно е да се отбележи, че тези вълнуващи разработки са математически модели. Трудно е да се доверим напълно на модели, докато няма експериментални доказателства. И все пак науката за задвижванията чрез деформация идва в полезрението, при това не само на научната фантастика и отново предизвиква внимание. В крайна сметка, както казва капитан Пикард*, „нещата са невъзможни само докато не са“.
*Измислен фантастичен герой от телевизионния сериал „Стар Трек: Следващото поколение“