Варп-двигатель (WARP - drive) – это гипотетический двигатель, позволяющий космическому кораблю перемещаться со скоростью, большей скорости света.
Варп – двигатель именуют еще:
- гипердвигателем,
- двигателем Алькубьерре,
- пузырем Алькубьерре.
Варп-двигатель считался абсолютно фантастическим до 1994, когда журнал “Classical and Quantum Gravity” опубликовал работу М. Алькубьерре (физик-теоретик), которая имела название «The warp drive: hyper-fast travel within general relativity». В это статье ученый рассмотрел идею применения для перемещения в пространстве его кривизны.
Двигатель Алькубьерре
Одним из основных постулатов теории относительности Эйнштейна является утверждение о том, что тело, имеющее массу отличную от нуля, в обычном пространственно-временном континууме перемещаться не может. Но теория относительности не утверждает, что это ограничение действует на само пространство и время.
Алькубьерре предположил, что если космический корабль сможет сжимать пространство пред собой и расширять его сзади себя, то сможет двигаться с любой скоростью, в том числе со скоростью большей скорости света в вакууме.
При этом сам космолет должен находиться в неком «пузыре», локальная скорость космического корабля относительно него равна нулю. Получается, что:
- Перед космолетом пространственно-временная область претерпевает расширение, при этом кораблю увлекается вперед. Идея Алькубьерре состоит в предположении возможности использования для движения в космическом пространстве его кривизны, которая создавалась бы и управлялась космическим кораблем.
- За кораблем происходит сжатие пространства-времени, происходит толчок корабля по ходу его перемещения. И так, корабль пребывает в состоянии покоя в «пузыре», не нарушая закон теории относительности. Движется только пузырь искривления пространства-времени.
Алькубьерре решил уравнения для гравитационных полей в общей теории относительности Эйнштейна, данные решения указывают на возможность описанной выше волновой деформации пространства.
Теория Алькубьерре утверждает, что подобный звездолет сможет прибыть к цели быстрее, чем свет при условии, что плотность энергии поля будет меньше, чем плотность энергии вакуума.
Метрика пространства, которую предложил ученый для перемещения тела со скоростью большей скорости света, имеет вид:
$ds^2=g_ikdx^idx^k=-(\alpha^2-\beta_y\beta^y)dt^2+2\beta_ydx^ydt+\gamma_{\alpha \beta}dx^{\alpha}dx^{\beta}=-dt^2+(dx-\nu_s f(r_s)dt)^2+dy^2+dz^2, i,j,k...=0,1,2,3,$
$\alpha, \beta, \gamma...=1,2,3,$
где $\nu_s (t)=\frac{dx_s (t)}{dt}, r_s(t)=[(x-x_s(t))^2+y^2+z^2]^{\frac{1}{2}}$,
$f(r_s)=\frac{th (\sigma (r_x+R))-th(\sigma(r_s-R))}{2th(\sigma R)},$ $\alpha=1$, $\beta^x=-\nu_s(t) f(r_s)(t))$, $\beta^y=\beta^z=0$, $\gamma_{\alpha \beta}=\delta_{\alpha \beta}$,
$R>0, \sigma>0$ - произвольные параметры, $G=c=1$.
Метрика Алькубьерре вызывает следующую кривизну пространства:
$K_{\alpha \gamma}= \frac{1}{2}(\partial_{\alpha}\beta_{\gamma}+\partial_{\gamma}\beta_{\alpha})$,
Расширение пространства происходит по закону:
$\theta=-\alpha TrK=\nu_s\frac{x_sdf}{r_sdr_s}.$
Многие ученые не поддержали гипотезу Алькубьерре, полагая, что это математический трюк.
В 2012 годе NASA заявила о том, что создан интерферометр, способный зафиксировать искажения пространства и времени, которые может вызывать расширение и сжатие метрики Алькубьерре.
Вычисления, которые провел А. Эверетт показали, что варп-пузырь может создать замкнутые временеподобные кривые. Это может означать, что путешествия в прошлое возможно. Получается, что варп-двигатель даст возможность передвигаться в пространстве с огромной скоростью и путешествовать во времени.
Высказывания о возможности использования варп-двигателя для путешествий в прошлое вызвали большой скепсис относительно самой идеи пузыря Алькубьерре, так как стражем причинности и парадоксов времени является гипотеза о защищенности хронологии, которая указывает на то, что законы физики предотвращают каждое макроскопические перемещение во времени.
Проблемы создания и эксплуатации Варп-двигателя
Сам Алькубьерре считал, что для реализации его двигателя необходима материя, которая обладала бы отрицательной массой (отрицательной энергией). Отрицательная энергия должна заставить пространство расширяться.
Помимо этого, для реализации «пузыря» требуется энергии, больше, чем имеется во Вселенной.
Первые оценки затрат энергии на то, чтобы создать «пузырь» были оценены в массовом эквиваленте как $-10^{64}$ кг. Эта масса больше, чем масса наблюдаемой части Вселенной.
В 1999 году были приведены расчеты в которых указывалось, что необходимый массовый эквивалент энергии можно уменьшить до трех масс Солнца, что тоже не мало.
Еще позднее С. Красников (Россия) показал, что достаточно нескольких миллиграмм отрицательной массы для реализации задуманного, но плотность энергии при этом не достижима.
В 2012 году появились сообщения, что проводятся эксперименты по созданию варп-полей.
Некоторые ученые считают, что если даже удастся создать подобный пузырь, то поля гравитации разорвут его на части.
Ученые в качестве проблемы так же указывают на то, что космонавты, управляющие кораблем с варп-двигателем не будут иметь возможности отправлять сигналы и получать извне пузыря. В этой связи команда получить ряд проблем, связанных с управлением и остановкой звездолета.
Ряд исследователей полагает, что при движении «пузыря» со скоростями большими скорости света будут возникать крайне высокие температуры. Эти температуры если не уничтожат «пузырь», то могут сделать его нестабильным.
Высказывается мнение о том, что при остановке корабля с варп-двигателем частицы, которые были захвачены «пузырем» при его перемещении освободятся, что вызовет взрывную волну огромной силы. Эта волна будет способна уничтожить все, что находится рядом с кораблем.
В настоящее время с уверенностью невозможно сказать о том, реально ли сконструировать варп-двигатель, или это математический курьез.
