|
Запуск корабля с варп-двигателем в черную дыру
|
|
|
|
Варп-двигатели долгое время не существовали, несмотря на их повсеместное присутствие в научной фантастике. Писатель Джон Кэмпбелл впервые представил эту идею в научно-фантастическом романе "Острова космоса".
|
|
|
|
В наши дни, в частности, благодаря "Звездному пути", этот термин очень хорошо известен. Это почти общее обозначение сверхсветового путешествия через гиперпространство. Будет ли когда-нибудь существовать варп-двигатель - это физическая проблема, которую исследователи все еще пытаются решить, но пока это теоретическая проблема.
|
|
|
|
Недавно два исследователя изучили, что произойдет, если корабль с варп-двигателем попытается попасть в черную дыру. В результате получился интересный мысленный эксперимент. Возможно, это не приведет к созданию варп-двигателей размером со звездолет, но позволит ученым когда-нибудь создать их уменьшенные версии. Статья опубликована в журнале Physics Letters B.
|
|
|
|
Ремо Гараттини и Кирилл Затримайлов предположили, что такой двигатель может выжить внутри так называемой черной дыры Шварцшильда. Это при условии, что корабль пересечет горизонт событий со скоростью ниже световой.
|
|
|
Теоретически, гравитационное поле черной дыры уменьшило бы количество отрицательной энергии, необходимой для поддержания двигателя в рабочем состоянии. Если бы это было так, корабль мог бы пройти сквозь нее и каким-то образом использовать ее, чтобы добраться куда-нибудь еще, не разбившись. Более того, математика, лежащая в основе этой идеи, указывает путь к возможному созданию мини-варп-двигателей в лабораторных условиях.
|
|
Что такое варп-двигатель?
|
|
|
|
Могут ли ученые создать микро- или мини-варп-двигатель в лабораторных условиях? Хорошие вопросы. Чтобы понять работу команды, давайте рассмотрим основных участников этого исследования: варп-двигатели и черные дыры.
|
|
|
|
Идея основана на том факте, что ничто не может двигаться быстрее скорости света. Учитывая расстояния в космосе, полет к ближайшей звезде занял бы годы (если бы мы могли двигаться со скоростью света). Полет через галактику или к более отдаленным галактикам занял бы годы и многие жизни. Итак, если вы хотите покорять космос, вы должны путешествовать быстрее света (FTL).
|
|
|
|
Как бы вы это сделали? Вот тут-то и пригодятся варп-двигатели. Теоретически, они позволяют поместить ваш космический корабль в пузырь, который может перемещаться в космосе со сверхсветовой скоростью. Именно так звездолеты в "Звездном пути" (и других фантастических историях) преодолевают огромные расстояния так быстро. Корабли "Звездного пути" используют источник энергии в "варп-ядре" для питания генераторов варп-поля. Они создают варп-пузырь в подпространстве. Корабль использует его, чтобы перемещаться туда, где должен быть экипаж.
|
|
Нравится ли физикам варп-двигатель?
|
|
|
|
Такой варп-двигатель - заманчивая идея со многими оговорками. Например, создание варп-поля требует безумного количества энергии. Некоторые физики предполагают, что для этого потребуется больше энергии, чем мы способны генерировать. Для получения такой энергии потребовалось бы огромное количество экзотического вещества — чего-то вроде "унобтания". Вот в чем проблема.
|
|
|
|
Другие говорят, что создание такого двигателя противоречит нашему нынешнему пониманию физики пространства-времени. Однако это не помешало никому размышлять о том, как это осуществить. Например, идея создания такого двигателя возникла у мексиканского физика Мигеля Алькубьерре в 1994 году. Он предположил, что это могло бы создать пузырь, который смещал бы пространство вокруг объекта.
|
|
|
|
Он продолжил свои исследования о корабле, который мог бы перемещаться быстрее света. Однако он и другие исследователи по-прежнему указывают на различные проблемы, связанные как с созданием, так и с поддержанием варп-двигателя. В том числе, идея о том, что такой двигатель эффективно изолирует себя от остальной Вселенной. Помимо всего прочего, это означает, что корабль не может управлять двигателем, который заставляет его двигаться. Итак, еще предстоит разобраться с несколькими ошибками.
|
|
О черных дырах
|
|
|
|
Мы больше всего знакомы с черными дырами с точки зрения звездной массы и сверхмассивных дыр. У них также есть аккреционные диски, которые переносят материал в черную дыру. Например, центральная сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А* в нашей галактике Млечный Путь периодически поглощает материал. Затем она испускает поток излучения. Другие, более активные галактики выбрасывают струи вещества, поскольку центральная сверхмассивная черная дыра непрерывно подпитывается.
|
|
|
|
Черная дыра - это скопление массы, гравитация которого настолько сильна, что ничто, даже свет, не может вырваться наружу. В своем исследовании о черных дырах и варп-двигателях авторы использовали черные дыры Шварцшильда. Эти так называемые простые "статичные" черные дыры искривляют пространство-время, не имеют электрического заряда и не вращаются. По сути, они являются хорошими приближениями для математических исследований характеристик медленно вращающихся объектов в космосе.
|
|
Когда корабль с варп-двигателем попадает в черную дыру
|
|
|
|
Черная дыра Шварцшильда является "идеальной" черной дырой для использования в теоретическом исследовании варп-двигателя, пересекающего горизонт событий. Чтобы понять сценарий, Гараттини и Затрималов решили математически объединить уравнения, описывающие черную дыру, и уравнения, описывающие варп-двигатель.
|
|
|
|
Среди прочего, они обнаружили, что можно "встроить" варп-двигатель во внешнюю область черной дыры. Сам варп-пузырь намного меньше черной дыры и должен двигаться к ней. Гравитация черной дыры влияет на энергетические условия, необходимые для создания и поддержания варп-двигателя.
|
|
|
|
Это означает, что теоретически вы можете уменьшить количество отрицательной энергии, необходимой для поддержания варп-пузыря. Кроме того, исследователи предполагают, что если деформационный пузырь движется со скоростью, меньшей скорости света, он эффективно стирает горизонт черной дыры.
|
|
|
|
Исследовательская группа также описала идею о том, что такое явление может вызвать превращение виртуальных частиц в реальные в электрическом поле. Если это так, то это может привести к созданию мини-варп-двигателей в лаборатории.
|
|
Немного изменив форму черной дыры
|
|
|
|
Интересно, что команда также предполагает, что если деформационный пузырь движется медленно и намного меньше горизонта черной дыры, это может увеличить энтропию черной дыры. Однако, как они заявляют в своих заключительных аргументах, "существуют потенциальные проблемы в других физических ситуациях, а именно, когда варп-двигатель полностью поглощается черной дырой, это может привести к уменьшению ее массы и, следовательно, энтропии.
|
|
|
|
Аналогично, когда через черную дыру проходит более крупный варп-пузырь, это создает эффект "экранирования" и де-факто устраняет горизонт, делая невозможным определение энтропии черной дыры в смысле Хокинга. Если варп-двигатели возможны в природе, эти проблемы указывают на то, что мы все еще не понимаем их с термодинамической точки зрения".
|
|
Технология варп-двигателей еще предстоит изучить
|
|
|
|
Таким образом, хотя это исследование может оказаться ценным в теоретическом плане и привести к созданию мини-черных дыр в лабораторных условиях, остается много вопросов. Возможно, в будущем, когда мы поймем квантовую механику, лежащую в основе обоих этих объектов, технология варп может оказаться для нас удачным выбором.
|
|
|
|
Если это так, то, поскольку корабли путешествуют через черные дыры, мы можем столкнуться с необычными временами. Например, сигналы изнутри черной дыры могут передаваться варп-пузырем, выходящим из сингулярности. Это позволило бы нам отправлять изображения или записи того, что происходит за горизонтом событий — то, о чем сегодня никто не знает.
|
|
|
|
Есть также шанс, что эти страшные черные дыры могут облегчить создание варп-двигателя, поскольку им не понадобится так много экзотического материала-источника "отрицательной энергии".
|
|
|
|
Источник
|
