Пузырь Алькубьерре (двигатель Алькубьерре) – это гипотетическое искривление пространственно-временного континуума при помощи волновой деформации, которое сделало бы возможным перемещение с неограниченной скоростью.
Для полета к звездам необходимо, чтобы космический корабль двигался с очень большими скоростями. Даже если построить летательный аппарат, который мог бы двигаться со скоростью света, то путешествия по нашей Галактике занимали бы тысячелетия, поскольку ее радиус равен около 50 000 световых лет.
На сегодняшний день реактивный двигатель - это единственное техническое устройство, при помощи которого имеется возможность двигаться в пространстве Космоса.
Эффективность транспорта, имеющего реактивный двигатель кране мала, и равна около 8%.
Однако на сегодняшний момент реактивная техника достигла наивысшего совершенства и для ее дальнейшего развития необходим принципиально новый, значительно более эффективный способ перемещения в пространстве Космоса.
Идея Алькубьерре состоит в предположении возможности использования для движения в космическом пространстве его кривизны, которая создавалась бы и управлялась космическим кораблем.
Идея М. Алькубьерре
Астрономы полагают, что имеются наблюдения динамики ряда объектов космоса, которые выявляют движения их со сверхсветовыми скоростями.
В соответствии с законом Хаббла, в космосе имеется сверхсветовое движение материи, которая находится от наблюдателя на расстоянии, большее радиуса Хаббла:
$RH=\frac{c}{H_0}(1),$
где $c$ - скорость света; $H_0$ - постоянная Хаббла.
В этом случае движение со скоростью большей скорости света Галактик, удаленных от наблюдателя на Земле на расстояние большее $R_H$, не входит в противоречие с постулатом теории относительности о максимальной скорости. Сверхсветовая скорость в этом случае следствие расширения пространства – времени.
В 1994 году физик – теоретик (Мексика) Мигель Алькубьерре получил решение уравнений поля гравитации общей теории относительности Эйнштейна, которое позволяет осуществлять волновую деформацию пространства. При этом пространство испытывает процесс расширения перед космическим кораблем ($ \theta$) и в тот же самый момент времени расширяется за ним.
Корабль движется в сторону расширения пространства.
Так корабль попадает в пузырь искривления, скорость перемещения которого ничем не ограничивается.
Смысл идеи состоит в том, что звездолет находится в состоянии покоя в этом пузыре искривления, при этом законы ОТО не нарушены. Перемещается только пузырь искривления, который локально деформирует пространственно-временной континуум.
Двигаться со скоростью большей скорости света невозможно, однако, нет препятствий для перемещения пространства или распространению деформации пространственно-временного континуума со скоростью, большей скорости света. Предположительно, что так было после Большого взрыва.
В соответствии с теорией Алькубьерре космический корабль может достигать цели быстрее, чем световая волна, если имеется плотность энергии поля, меньшая, чем в вакууме, то есть масса отрицательна.
В этой гипотетической теории вместо превышения скорости света в локальной системе отсчета, тело должно преодолеть расстояние, трансформируя пространство (увеличивая его пред собой и уменьшая позади себя), что приводит к движению объекта с большой скоростью.
Метрика Алькубьерре, которая была предложена им для описания сверхсветового движения в системе физических единиц $G=c=1$, выглядит как:
$ds^2=g_ikdx^idx^k=-(\alpha^2-\beta_y\beta^y)dt^2+2\beta_ydx^ydt+\gamma_{\alpha \beta}dx^{\alpha}dx^{\beta}=-dt^2+(dx-\nu_s f(r_s)dt)^2+dy^2+dz^2, i,j,k...=0,1,2,3,$
$\alpha, \beta, \gamma...=1,2,3,$
где $\nu_s (t)=\frac{dx_s (t)}{dt}, r_s(t)=[(x-x_s(t))^2+y^2+z^2]^{\frac{1}{2}}$,
$f(r_s)=\frac{tanh (\sigma (r_x+R))-tanh(\sigma(r_s-R))}{2tanh(\sigma R)},$ $\alpha=1$, $\beta^x=-\nu_s(t) f(r_s)(t))$, $\beta^y=\beta^z=0$, $\gamma_{\alpha \beta}=\delta_{\alpha \beta}$,
$R>0, \sigma>0$ - произвольные параметры.
Кривизна трехмерного пространства, которую вызывает метрика Алькубьерре находят по формуле:
$K_{\alpha \gamma}= \frac{1}{2}(\partial_{alpha}\beta_{\gamma}+\partial_{\gamma}\beta_{\alpha})$,
а расширение как:
$\theta=-\alpha TrK=\nu_s\frac{x_sdf}{r_sdr_s}.$
Вне круга радиуса $R$ и ближе к центру пространство плоское, космонавты около центра должны находиться в состоянии невесомости даже при ускоренном движении корабля.
В. Н. Толчин разработал на основе идей Алькубьерре двигатель, который позволил бы перемещаться в Космосе без применения реактивного двигателя.
Проблемы реализации двигателя Алькубьерре
Имеются несколько принципиальных проблем, препятствующих созданию двигателя Алькубьерре.
Для реализации двигателя Алькубьерре необходима «отрицательная энергия». Если предположить, что метрика Алькубьерре является решением уравнений Эйнштейна, то плотность материи равна:
$\rho = -\frac{1}{8\pi}\frac{\nu_s^2 r^2}{4 r_s^2}(\frac{df}{dr_s})^2$
где $r^2=y^2+z^2.$
Отрицательная плотность означает, что масса источника отрицательна, что ведет к нарушению классической причинности.
Пузырь Алькубьерре согласуется с уравнениями Эйнштейна, но ОТО не учитывает квантовую физику. В теории физики имеются доказательства того, что теория квантовой гравитации исключает решения ОТО, которые допускают обратное путешествие во времени, что делает теорию Алькубьерре недействительной.
Научно-техническая пропасть между теоретическим описанием двигателя Алькубьерре и его технической реализацией. Для решения данной проблемы следует геометризировать классическую механику и создать модель устройства, которое смогло бы продемонстрировать управляемое искривление пространства и времени.
