Путешествие быстрее света может работать в рамках физики Эйнштейна, считает астрофизик

На протяжении десятилетий мы мечтали посетить другие звездные системы. Есть только одна проблема - они так далеко, что при обычных космических полетах потребуются десятки тысяч лет, чтобы добраться даже до самой близкой из них.

Однако физики не из тех людей, которые легко сдаются. Дайте им невозможную мечту, и они дадут вам невероятный, гипотетический способ воплотить ее в жизнь. Возможно.

В исследовании, проведенном в 2021 году физиком Эриком Ленцем из Геттингенского университета в Германии, мы можем найти приемлемое решение этой дилеммы, и оно может оказаться более осуществимым, чем другие потенциальные варп-двигатели.

Эта область привлекает множество ярких идей, каждая из которых предлагает свой подход к решению загадки путешествий быстрее света: достижение средств, позволяющих отправлять что-либо через пространство на сверхсветовых скоростях.

Однако с этим представлением есть некоторые проблемы. В рамках традиционной физики, в соответствии с теориями относительности Альберта Эйнштейна, не существует реального способа достичь или превысить скорость света, что необходимо для любого путешествия, измеряемого световыми годами.

Однако это не остановило физиков от попыток нарушить этот универсальный предел скорости.

Если для материи превышение скорости света всегда будет большим запретом, то для самого пространства-времени такого правила нет. На самом деле, дальние пределы Вселенной уже простираются быстрее, чем свет может когда-либо надеяться сравниться с ней.

Чтобы согнуть небольшой пузырь пространства подобным образом для целей транспортировки, нам нужно решить уравнения теории относительности, чтобы создать плотность энергии, которая ниже, чем пустота пространства. Хотя этот вид отрицательной энергии имеет место в квантовом масштабе, накопление достаточного количества в виде "отрицательной массы" все еще является областью экзотической физики.

Помимо того, что отрицательная энергия может облегчить другие виды абстрактных возможностей, таких как червоточины и путешествия во времени, она может помочь в создании так называемого искривляющего привода Алькубьерре.

Эта умозрительная концепция использует принципы отрицательной энергии для искривления пространства вокруг гипотетического космического корабля, позволяя ему эффективно путешествовать быстрее света, не бросая вызов традиционным физическим законам, но по причинам, описанным выше, мы не можем надеяться обеспечить такой фантастический источник топлива.

Но что, если бы можно было каким-то образом добиться путешествия быстрее света, которое не противоречило бы теории относительности Эйнштейна и не требовало бы экзотической физики, которую физики никогда не видели?

В своей последней работе Ленц предлагает один из таких способов, благодаря тому, что он называет новым классом сверхбыстрых солитонов - вид волн, которые сохраняют свою форму и энергию, двигаясь с постоянной скоростью (в данном случае со скоростью, превышающей скорость света).

Согласно теоретическим расчетам Ленца, эти сверхбыстрые солитонные решения могут существовать в рамках общей теории относительности, и источником их является исключительно положительная плотность энергии, то есть нет необходимости рассматривать экзотические источники отрицательной плотности энергии, которые еще не были проверены.

При достаточной энергии конфигурации этих солитонов могут функционировать как "пузыри искривления", способные к сверхсветовому движению и теоретически позволяющие объекту проходить сквозь пространство-время, будучи защищенным от экстремальных приливных сил.

Это впечатляющий подвиг теоретической гимнастики, хотя количество необходимой энергии означает, что такой привод искривления пока является лишь гипотетической возможностью.

"Энергия, необходимая для такого привода, движущегося со скоростью света и охватывающего космический корабль радиусом 100 метров, в сотни раз превышает массу планеты Юпитер", - сказал Ленц в марте прошлого года.

"Экономия энергии должна быть значительной, примерно на 30 порядков, чтобы оказаться в диапазоне современных ядерных реакторов деления".

Хотя исследование Ленца претендовало на звание первого известного решения такого рода, его работа появилась почти одновременно с другим недавним анализом, также опубликованным в марте 2021 года, который предложил альтернативную модель физически возможного искривляющего привода, для функционирования которого не требуется отрицательная энергия.

Обе команды установили контакт, сказал тогда Ленц, и исследователь намерен поделиться своими данными, чтобы другие ученые могли изучить его данные. Ленц также представил свои выводы широкой публике в прямом эфире на YouTube.

Нам еще предстоит решить множество головоломок, но свободный поток подобных идей остается нашей лучшей надеждой на то, что мы когда-нибудь получим шанс посетить эти далекие мерцающие звезды.

"Эта работа отодвинула проблему путешествий быстрее света на один шаг от теоретических исследований в области фундаментальной физики и приблизила ее к инженерным разработкам", - сказал Ленц.

"Следующий шаг - выяснить, как снизить астрономическое количество необходимой энергии до уровня, доступного для современных технологий, таких как крупная современная электростанция с ядерным делением. Тогда мы сможем говорить о создании первых прототипов".

Результаты исследования были опубликованы в журнале Classical and Quantum Gravity.