|
Путешествия быстрее скорости света
|
|
|
|
Историю затянувшегося переписывания законов гравитации Альбертом Эйнштейном пересказывали много раз, но за последние 100 лет она подарила нам удивительные звезды и черные дыры, расширяющуюся вселенную и гравитационные миражи. Эйнштейн также помог состояться технологии, благодаря которой вы никогда не потеряетесь: она отслеживает местонахождение вашего телефона с высокой точностью.
|
|
|
|
Несмотря на эту научную щедрость, относительно строго ограничивает наши возможности исследования вселенной Эйнштейна, поскольку ни одна ракета не сможет двигаться быстрее скорости света. Поскольку расстояния между звездами измеряются в световых годах, а расстояния между галактиками — сотнями тысяч световых лет, не говоря уж о сложностях замедления времени, непонятно, как в таких условиях создавать и управлять галактической империей.
|
 |
|
Искривляя время, изгибая пространство
|
|
|
|
|
|
В 1994 году физик Мигель Алькубьерре обнаружил, что не все потеряно: искривляя пространство и время, можно проложить нужный путь к искомой точке, а значит путешествовать с любой скоростью, с которой пожелаете. Если отринуть пару недостатков вроде необходимости варп-двигателя и экзотической материи, скорость света можно обойти.
|
|
|
|
И все же на ум приходит пара вопросов, например, как этот сверхсветовой пузырь согласуется с правилами общей теории относительности. И если согласуется, почему только в 90-х годах до этого додумались, ведь ОТО уже тогда было больше семидесяти лет.
|
|
|
|
Благодаря E = mc^2, тот факт, что ничто не может двигаться быстрее света, стал относительно распространенным в рамках специальной теории относительности Эйнштейна. Откуда же берется это сверхсветовой движение?
|
|
|
|
Давайте начнем с того, что на самом деле Эйнштейн говорил о беге наперегонки с лучом света. Для Эйнштейна эта гонка происходит «локально», в лаборатории, например, где у вас частица с массой и луч света начинают одновременно. В таком случае световой луч всегда будет вырываться вперед.
|
|
|
|
Но в его специальной теории детали пространства и времени везде одинаковы. Технически объединение этих двух — известное как пространство-время — плоское, и мы можем сравнить скорость частицы в лаборатории с лучом света где-нибудь еще во Вселенной.
|
|
|
|
В общей теории относительности все становится еще запутанней, поскольку присутствие гравитации гарантирует, что кривизна пространства-времени здесь отличается от кривизны пространства-времени там, и не получится однозначно сравнить скорость частицы в вашей лаборатории с лучом света в далекой вселенной. Единственное разумное сравнение можно провести в вашей лаборатории, и здесь-то луч света всегда побеждает.
|
|
|
|
То же самое справедливо в искривленном пространстве-времени варп-двигателя. Если вам путешественник в варп-пузыре попытается пустить наперегонки частицу и луч света, свет будет побеждать всегда.
|
|
|
|
Наблюдатель, который смотрит на пузырь, мог бы рассчитать, что этот луч света движется быстрее, чем любой из лучей света, которые он создает в своей лаборатории. Но это не проблема, поскольку не имеет смысла сравнивать скорости «там» и скорости «здесь».
|
|
|
|
Именно по этой причине космологи с радостью говорят о галактиках, которые удаляются от нас быстрее скорости света в связи с расширением Вселенной.
|
|
Метрическая механика
|
|
|
|
Как мы уже сказали, теория относительности существовала уже больше семидесяти лет, когда Алькубьерре нашел свое решение. Почему люди раньше не считали сверхскоростные путешествия частью теории?
|
|
|
|
Проблема, конечно же, заключалась в математически дьявольской природе эйнштейновых уравнений. Чрезвычайно трудно рассчитать кривизну пространства-времени и, как следствие, действие гравитации из любого старого распределения массы и энергии.
|
|
|
|
Может быть, математически проще определить свойства пространства-времени, а затем рассчитать необходимое распределение массы и энергии. И великое прозрение Алькубьерре было в том, что пузырь может двигаться с любой скоростью, как волна в пространстве-времени.
|
|
|
|
Но такая «метрическая механика» имеет и свой недостаток: у нас может получиться найти пространство-время, позволяющее сверхсветовое движение, но требуемое распределение массы и энергии может быть физически невозможным.
|
|
|
|
Знакомые с классической механикой знают, что проще вывести гравитационный потенциал для определения сил, но они могут потребовать отрицательной материи, чтобы существовать физически.
|
|
|
|
То же справедливо и для решения варп-двигателя, требующего материала с отрицательной энергетической плотностью, чтобы должным образом сгибать пространство-время. И хотя у нас есть намеки на то, что такие свойства существуют во Вселенной, мы понятия не имеем, как их можно было бы добывать и использовать на благо наших космических аппаратов. Так что, может быть, мы никогда не построим варп-двигатель Алькубьерре.
|
|
|
|
Но разве это должно нас останавливать? Идеи Алькубьерре должны вдохновлять нас и дальше сгибать и растягивать пространство-время, исследуя возможности, которые скрываются в математике. Возможно, однажды мы найдем свой короткий путь к звездам.
|
|
|
|
http://hi-news.ru/space/kak-znamenitaya-teoriya-ejnshtejna-rodila-ideyu-puteshestvij-bystree-skorosti-sveta.html
|
