Гиперпространственный двигатель Мигеля Алькубьерре

Обзор авторской статьи из журнала "Наука и Жизнь" 2-1995
Прислал Ralph Mirebs

Дополнительно: Оригинальная статья Мигеля Алькубьерре (заRARеный PDF - размер 186k)

Мало найдется таких научно-фантастических романов о путешествиях в Космосе, где звездолет не был бы снабжен "гиперпространственным двигателем". По вполне понятным причинам в подробности его устройства и работы авторы не входят, но беглый просмотр классики позволил установить, что двигатель каким-то образом так искривляет пространство, что далекие звезды оказываются близко и долететь до них можно за пару часов. До недавних пор считалось, что такие трюки несовместимы с фундаментальными законами физики, однако сейчас, кажется, все меняется.

В майском номере за 1994 год научного журнала "Классическая и квантовая гравитация" английский физик испанского происхождения Мигель Алькубьерре (сам, по его признанию, большой любитель фантастики) описал принцип сверхскоростного полета, сильно напоминающий выдумки фантастов. Реализовав его на практике, можно сколь угодно быстро попасть в любую точку Вселенной.

Создание двигателя Алькубьерре становится возможным благодаря некоторым тонкостям общей теории относительности Эйнштейна, Согласно Эйнштейну, пространствовремя ("сплав" трех измерений пространства с четвертым измерением - временем) является не инертным, а довольно динамичным образованием. Под влиянием концентраций энергии пространство-время может сжиматься и искривляться. Как предполагает Алькубьерре, это его свойство можно использовать для межзвездных полетов со скоростью выше скорости света. Для этого достаточно создать в пространстве-времени такое нарушение, при котором оно будет перед звездолетом сжиматься, а позади него расширяться. Такое искажение будет на самом деле толкать звездолет вперед. Он понесется вперед, как доска для серфинга несется на гребне волны.

На первый взгляд, такой вывод противоречит специальной теории относительности, по которой ничто материальное не может двигаться быстрее света. Иначе возникал бы парадокс причинности, при котором человек мог бы изменить свое прошлое. Но Алькубьерре уверен, что его двигатель не ведет к таким нарушениям. Дело в том, что свет тоже движется в пространстве-времени, и это пространство-время так же несет его вперед, как оно несет корабль. По отношению к кораблю луч света продолжает лететь со скоростью света, а корабль не ускоряется по отношению к тому участку пространства-времени, который непосредственно его окружает.

Хотя двигатель Алькубьерре, по мнению автора идеи, не приводит к нарушению принципа причинности, все же может возникнуть опасение за здоровье пилота и пассажиров корабля. Чтобы за несколько мгновений попасть к отдаленной звезде и вернуться обратно, путешественникам пришлось бы подвергнуться очень большим ускорениям, которые неминуемо размазали бы их по стенкам. Но вспомним, что в общей теории относительности ускорение относительно. Хотя для наблюдателя на Земле ускорение такого корабля будет огромным, для самих космических путешественников оно окажется нулевым! Путешественники при этом будут находиться в невесомости, как космонавты на околоземной орбите.

Наконец, Алькубьерре доказывает, что путешествующие на его космическом корабле не претерпят растяжения времени. Согласно одному из следствий специальной теории относительности Эйнштейна, время течет с разной скоростью для наблюдателей, движущихся по отношению друг к другу. Возьмем двух космонавтов, А и В, отправляющихся в туманность Андромеды - огромную галактику, удаленную примерно на два миллиона световых лет от нас, Космонавт А летит на звездолете с двигателем Алькубьерре, а космонавт В - на старомодном звездолете, который будет всю дорогу развивать ускорение, равное земному ускорению свободного падения. Мкорость В почти всю дорогу будет околосветовой. Благодаря растяжению времени космонави В переживет весь полет, состарившись на 60 лет. Но так как галактика удалена от Земли на 2 миллиона световых лет, то на Земле за это время пройдет более 4 миллионов лет! Космонавт А проделает весь путь туда и обратно за один день, позавтракав и поужинав на Земле.

Чего же не хватает для создания чудесного двигателя? Самой малости - так называемой экзотической материи. Это же, пока лишь теоретически обоснованное, но никогда не наблюдавшееся в природе вещество необходимо и для создания машины времени (см. "Наука и жизнь" № 2, 1990 г.). Экзотическая материя, в отличие от нормальной, окружающей нас и неплохо изученной физиками, обладает отрицательной плотностью энергии, Два тела из обычной материи, с энергетической плотностью одинакового знака, притягиваются одно к другому силой гравитации, Так же ведут себя и два тела из экзотической материи. А два тела из материи с разными знаками энергетической плотности будут отталкиваться одно от другого. Именно отрицательная энергетическая плотность экзотической материи и движет звездолет (возвращаясь к фантастике, вспомним, что в одном из романов межзвездные корабли используют в качестве горючего некий анамезон; не есть ли это экзотическая материя?).

На рисунке, выполненном самим Мигелем Алькубьерре, показано возмущение
пространства-времени, которое будет создавать его двигатель. На гребне этого
возмущения корабль движется в направлении, указанном стрелкой. Перед
кораблем пространство сжимается, делая доступными самые дальние
звезды, позади расширяется, унося корабль все дальше от Земли.

Но возможно ли такое - отрицательная энергетическая плотность? Возможность существования вещества с таким свойством предсказал еще в 1948 году голландский физик Хендрик Казимир. Он же рассчитал, что если отрицательная плотность энергии возможна, то две параллельные пластины из проводящего материала, помещенные в вакуум, должны чуть-чуть притягиваться друг к другу В 1958 году это явление было обнаружено в лаборатории и названо эффектом Казимира. Возможность существования экзотической материи предусматривается и в современной теории расширения Вселенной.

Правда, до того, как начинать строить гиперпространственные космические корабли, придется еще разрешить коека-кие технические трудности. Например, как наработать или найти в больших количествах эту самую экзотическую материю? Но Алькубьерре такие непринципиальные детали уже не интересуют, он предоставляет их другим физикам и инженерам, а сам занялся сейчас проблемами общей теории относительности.

Что ж, не исключено, что в будущих энциклопедиях год 1994 отметят как зарю дальнего космоплавания.