Быстрее света: какие способы путешествий по Вселенной реальны с точки зрения науки
Предел скорости света делает классические путешествия к звёздам практически невозможными в течение одной человеческой жизни. Тем не менее в общей теории относительности Эйнштейна есть лазейки, которые могут позволить сократить межзвёздные перелёты в тысячи или даже миллионы раз. Разобрали четыре основные концепции быстрых межзвёздных путешествий, чтобы понять, какие из них реальны, а каким суждено остаться на страницах комиксов.
Варп-двигатель
Этот концепт — один из самых элегантных способов обойти ограничение скорости света, не нарушая законы физики.
Как это работает
В 1994 году физик Мигель Алькубьерре предложил идею двигателя, который не разгоняет корабль, а меняет геометрию пространства вокруг него. Это можно сравнить с траволатором в аэропорту: вы не бежите, но движетесь быстрее тех, кто просто идёт по полу.
Визуализация пузыря Алькубьерре в двумерном пространстве
Варп-пузырь сжимает пространство-время перед кораблём и расширяет его позади. Сам звездолёт находится внутри пузыря в зоне «комфорта», где пространство плоское. Экипаж не чувствует перегрузок, а время на борту течёт так же, как и снаружи, что исключает парадоксы времени.
Проблемы классической модели
Идея Алькубьерре столкнулась с суровой реальностью уравнений Эйнштейна:
- Топливо. Для работы пузыря нужна экзотическая материя. Это вещество с отрицательной массой, которое должно расталкивать пространство. В природе его пока не нашли.
- Смертельная радиация. Внутри пузыря скапливается излучение Хокинга. При остановке корабля накопленная энергия может испепелить экипаж или уничтожить пункт назначения.
Современные решения
Физика не стоит на месте, и у концепции появились апгрейды:
- Модель Натарио (2001). Португальский физик Хосе Натарио предложил пузырь, который не сжимает пространство, а «скользит» сквозь него. Это решает проблему смертельного голубого смещения и горизонта событий перед носом корабля, позволяя видеть пространство перед кораблём. Но потребность в экзотической материи остаётся.
- Прорыв Лентца (2021). Теодор Лентц рассчитал геометрию пузыря, который работает на обычной положительной энергии. Это делает варп-двигатель совместимым с известной физикой. Главный минус: для пузыря диаметром 100 метров потребуется энергия, эквивалентная массе Юпитера.
Кротовые норы
Если варп-двигатель — это быстрый транспорт, то кротовая нора — это короткий путь. Кротовая нора — это туннель, соединяющий две удалённые точки Вселенной. Представьте лист бумаги с двумя точками. Если сложить лист пополам и проткнуть его карандашом, вы мгновенно попадёте из точки А в точку Б, минуя пространство между ними.
Можно ли путешествовать сквозь кротовые норы? Объясняет физика
Вердикт физики
Теоретически существование таких туннелей возможно, но есть нюансы:
- Нестабильность. Классическая кротовая нора схлопнется быстрее, чем через неё успеет пролететь даже частица света.
- Нужна распорка. Чтобы держать нору открытой, снова требуется экзотическая материя с отрицательной энергией, которая создаст эффект гравитационного отталкивания. Речь идёт о колоссальных объёмах: для норы радиусом в один метр снова нужна энергия, эквивалентная массе Юпитера.
Путешествие через червоточины в представлении художника для NASA
Новая надежда: ER=EPR
Современные физики предполагают, что кротовые норы могут быть связаны с квантовой запутанностью. Гипотеза ER=EPR утверждает, что запутанные частицы соединены микроскопическими кротовыми норами. В 2022 году на квантовом компьютере Google Sycamore даже удалось смоделировать прохождение информации через такой «голографический мост». Это не позволяет телепортировать людей, но даёт надежду, что кротовые норы — это естественная часть квантовой структуры мира, а не искусственная конструкция.
Релятивистское замедление
Это единственный способ, реальность которого полностью доказана. Для него не нужна новая физика. Необходимо только очень большое количество энергии.
Как это работает
Согласно специальной теории относительности, чем быстрее вы движетесь, тем медленнее для вас течёт время. Если разогнать корабль до 99,9% скорости света, полёт к центру Галактики займёт для астронавтов всего пару лет, хотя на Земле пройдут тысячелетия.
Доказательства:
- Мюоны. Нестабильные частицы, которые живут доли секунды, успевают долететь до поверхности Земли из космоса только потому, что из-за огромной скорости их «личное» время замедляется.
- GPS. Спутники навигации учитывают, что время на орбите течёт быстрее, чем на Земле. Без этой поправки навигатор в вашем телефоне врал бы на километры уже через день.
Цена вопроса
Это билет в один конец во времени. Вернувшись домой, вы окажетесь в далёком будущем, где все ваши близкие давно умерли. Кроме того, для разгона нужны невероятные ресурсы. Чтобы достичь околосветовой скорости, лучшим топливом является антиматерия. Для полёта 100-тонного корабля к звёздам и обратно потребуются сотни тысяч тонн антиматерии, в то время как существующие технологии позволяют производить лишь нанограммы.
Космические струны
Наименее вероятный сценарий, граничащий с машиной времени. Тем не менее, если появятся доказательства того, что теория струн верна, он может быть одним из перспективных вариантов космических путешествий.
Что это такое
Космические струны — это гипотетические дефекты пространства-времени, оставшиеся после Большого взрыва. Это тончайшие, но чудовищно массивные складки вселенной. Пространство вокруг струны имеет форму конуса, в котором «вырезан» клиновидный сектор.
Компьютерная симуляция того, как бы выглядел градиент анизотропии в космическом микроволновом фоне при наличии космических струн
Как лететь
Если две такие струны пронесутся мимо друг друга, они могут создать условия для мгновенного перемещения или даже путешествия в прошлое. Физик Ричард Готт доказал, что определённая конфигурация струн создаёт замкнутые времениподобные кривые.
Главная проблема
Путешествия во времени нарушают принцип причинности — знаменитый «парадокс дедушки». Физика, похоже, защищается от таких сценариев: расчёты показывают, что любое вмешательство — даже пролёт фотона — разрушит такую машину времени ещё до того, как она заработает.
Есть небольшая лазейка: возможны ли путешествия во времени
Фантастика или реальность
Если отбросить откровенную фантастику, то вот каковы перспективы:
- Релятивистский полёт. Реален на 100%. Если решить проблему производства антиматерии, экипаж космического корабля сможет за свою жизнь посетить несколько звёздных систем. Но на Земле за время этого путешествия пройдут сотни или даже тысячи лет.
- Варп-двигатель. Самая перспективная теория. Новые расчёты Лентца убирают потребность в экзотической материи, но требуют генерации энергии планетарного масштаба.
- Кротовые норы. Возможно, существуют на квантовом уровне, но сделать их проходимыми для человека пока не представляется возможным без экзотической материи.
- Космические струны. Скорее всего, невозможны из-за фундаментальных законов защиты хронологии.
Наука говорит, что путь к звёздам будет либо очень долгим, либо человечеству предстоит научиться генерировать колоссальные количества энергии, невообразимые по сегодняшним меркам.