НАСА готовит эксперимент для проверки концепции варп-двигателя / Хабр

alizar

27 авг 2013 в 15:22

Время на прочтение
2 мин

Количество просмотров

296K

Космонавтика

Знатокам научно-фантастических произведений (в частности, сериала Star Trek) хорошо известно, что основным двигателем на кораблях Звёздного флота Федерации планет является именно варп-двигатель. В научно-фантастических произведениях исключительно подробно объясняют принцип его работы.

Варп-поле представляет собой пузырь Алькубьерре, своеобразное искривление пространства-времени, внутри которого корабль может достичь сверхсветовой скорости. Поскольку варп-поле сжимает пространство перед собой и расширяет его позади корабля, то не нарушается запрет на движение выше скорости света в обычном пространстве-времени.

Физики давно смакуют идею реализации пузыря Алькубьерре. До сих пор считалось, что искривление пространства-времени потребует нереально больших затрат энергии. Обнаружились и некоторые другие проблемы, в том числе возможность аннигиляции звёздных систем в пункте назначения по прибытию корабля.

Однако, инженер НАСА Гарольд Уайт (Harold White) уверен, что есть способ значительно снизить затраты энергии. Он убедил руководство НАСА провести эксперимент по созданию пузырей Алькубьерре в лабораторных условиях для проверки теории, пишет New Scientist.

Гарольд Уайт объясняет, что для простоты восприятия звездный корабль с варп-двигателем можно представить себе как мяч для американского футбола с окружающим его тороидальными кольцом.

^{Иллюстрация из презентации Гарольда Уайта для конференции “100 Year Starship Symposium” в Орландо (2011)}

Корабль с варп-двигателем может выглядеть примерно так.

Мяч — это сам корабль, в котором находятся экипаж и техника, а кольцо содержит некую «отрицательную энергию вакуума», существование которой следует из законов квантовой механики. Присутствие тороидального кольца с отрицательной энергией, согласно математическим и физическим расчётам, — необходимое условие для создания варп-поля.

Идею впервые предложили в 1994 году, и тогда расчёт показал, что нужно слишком большое количество энергии. На долгое время практическую реализацию варп-двигателя пришлось отложить. Но в 2011-2012 гг Гарольд Уайт сделал собственные расчёты — и нашёл способ снизить требования к энергозатратам на много порядков, так что теоретически можно создать варп-поле для корабля диаметром 10 метров с разгоном до скорости в 10х от скорости света, говорит он.

В ближайшее время будет поставлен эксперимент для проверки правильности математических и физических концепций, на которые опирается Уайт в своих расчётах. Инженеры НАСА попытаются сгенерировать микроскопические варп-пузыри в лаборатории — и измерить их свойства.

Теги:

• НАСА
• WARP-двигатель
• WARP drive
• варп-двигатель
• пузырь Алькубьерре

Хабы:

• Космонавтика

Всего голосов 140: ↑126 и ↓14 +112

Комментарии
243

Анатолий Ализар
@alizar

автор, фрилансер

Telegram

Комментарии
Комментарии 243

ученые создали первый пузырь Алькубьерре / Хабр

Еще одна технология из Star Trek оказалась больше наукой, чем фантастикой. Ученые под финансированием DARPA создали так называемую «warp bubble» — область пространства, способную расширяться или уменьшаться быстрее скорости света. Об этом сообщает бывший специалист НАСА по варп-двигателям Гарольд Уайт. Это первый настоящий «пузырь варп-движения», созданный в лаборатории. Который, как минимум, подтверждает, что такое возможно. И, по словам Уайта, устанавливает новую перспективу для тех, кто захочет создать первый космический корабль, способный к деформации.

Уайт говорит:

Чтобы быть ясным, наше открытие — не аналог варп-пузыря, это настоящий, хотя и скромный и крошечный, варп-пузырь. Поэтому это так важно.

Теоретические двигатели быстрее скорости света

Доктор Гарольд «Сонни» Уайт

В 1994 году мексиканский математик Мигель Алькубьерре предложил первое математически правильное уравнение для варп-двигателя. Вдохновленный перелетами в Star Trek, он в общих чертах обрисовал двигательную установку космического корабля, которая может перемещаться по космосу быстрее скорости света без нарушения законов физики.

Это решение хвалили за элегантную математику, но одновременно высмеивали за использование «науки из сериала» и траты многих лет работы впустую над решением, которое казалось невозможным на практике.

Десять лет спустя теория Алькубьерре претерпела серьезные изменения, когда доктор Уайт, работавший тогда в НАСА, переработал исходную метрику Алькубьерре и привел ее в каноническую форму. Это изменение в дизайне двигателя резко сократило требования к экзотическим материалам и снизило необходимые затраты энергии. Тогда исследователи и поклонники научной фантастики получили проблеск надежды на то, что реальный варп-двигатель может однажды стать реальностью. Работа Уайта также привела к неофициальному переименованию первоначального теоретического проекта: теперь концепцию чаще называют «Варп-двигатель Алькубьерре/Уайта».

С тех пор многие физики и инженеры предпринимали попытки разработать жизнеспособный варп-двигатель, включая целую группу международных исследователей, работающих над двигателем варпа, не требующего никакой странной материи. Однако, как и Алькубьерре и Уайт до них, их концепции до сих пор оставались полностью теоретическими. Но теперь, похоже, ситуация изменилась.

Время — всё. Особенно на скорости света

Часто говорят, что время решает все. Поэтому неудивительно, что когда доктор Уайт начал свое последнее исследование, финансируемое DARPA, он и не думал о создании варп-пузыря. Ученые занимались исследованием геометрии пустот Казимира (наноскопической структуры, возникающей в результате эффекта, заставляющего две металлические пластины притягиваться в вакууме).

Не вдаваясь глубоко в сложную физику, лежащую в основе пустот Казимира и странных квантовых сил, наблюдаемых в этих структурах, достаточно сказать, что они никоим образом не связаны с механикой варп-двигателя. По крайней мере, так думали раньше. Но, по словам Уайта, они с его командой в LSI очень увлечены этой работой, а по мнению DARPA она имеет ряд возможных применений, выходящих далеко за рамки даже текущей находки.

Первый варп-пузырь

В итоге один из немногих ученых с интересом к варп-пузырям и пониманием уравнений Алькубьерре оказался в нужное время и в нужном месте. И заметил поразительное сходство между его текущим проектом и теоретическим микроскопическим двигателем, способным перемещаться быстрее скорости света.

Проверка учеными и подтверждение пузыря Алькубьерре

Фактические результаты, опубликованные после проверки в European Physical Journal, говорят:

При проведении анализа, связанного с проектом, финансируемым DARPA, по оценке возможной структуры плотности энергии, присутствующей в полости Казимира, как это предсказано динамической моделью вакуума, была обнаружена наноразмерная структура, которая предсказывает распределение плотности отрицательной энергии, которое близко соответствует требованиям метрики Алькубьерре.

Или, проще говоря, как говорит Уайт, «Насколько мне известно, это первая статья в рецензируемой литературе, которая говорит о реальной наноструктуре, которая, по прогнозам, будет являться настоящим, хотя и скромным, пузырем деформации».

Это случайное открытие, по словам Уайта, не только подтверждает предсказанную «тороидальную» структуру варп-пузыря и наличие в нем отрицательной энергии, но также дает потенциальный путь другим исследователям, пытающимся спроектировать, а в один прекрасный день и построить настоящий космический корабль, способный на перемещение путем искажения пространства-времени вокруг себя.

 «Эта потенциальная структура будет генерировать отрицательное распределение плотности энергии вакуума, которое очень похоже на то, что требуется для деформации пространства Алькубьерре».

Путь вперед

Чтобы оценить возможные перспективы, Уайт и его команда разработали проект тестируемого наномасштабного «корабля с варп-двигателем». Во время его презентации AIAA (крупнейшему в мире аэрокосмическому техническому сообществу) он объяснил:

Мы проанализировали игрушечную модель двигателя, состоящую из сферы диаметром 1 микрон, расположенной в центре цилиндра диаметром 4 микрона. Она показала трехмерную плотность энергии Казимира, которая хорошо коррелирует с требованиями метрик Алькубьерре.

Эта качественная корреляция предполагает, что мы можем проводить эксперименты в масштабе наночипа, чтобы попытаться измерить крошечные сигнатуры. Но пока что мы видим наглядную иллюстрацию реального, хотя и очень скромного по размерам, варп-пузыря деформации.

Уайт развил эту идею в электронном письме в The Debrief:

Мы уже можем предложить сообществу структуру, которая генерирует отрицательное распределение плотности энергии вакуума, очень похожее на то, что требуется для деформации космоса Алькубьерре.

Уайт говорит, что такие мини-двигатели уже можно производить — если использовать 3D-принтер GT, печатающий в нанометровом масштабе. Но в настоящее время ученые продолжают заниматься тем, на что получили финансирование — исследовании свойств полостей Казимира. А постройкой кораблей и масштабированием двигателей для них могут заняться все остальные.

Предложение для следующего эксперимента

Уайт и его команда даже предлагают путь для дальнейших исследований. По их словам, стоит построить эксперимент, включающий несколько созданных пустотами Казимира варп-пузырей, стоящих друг за другом в виде цепочки. По их словам, такая конструкция позволит лучше понять физику структуры варп-пузыря, а также то, сможет ли корабль однажды пересечь реальное пространство внутри такого пузыря.

Уайт на конференции AIAA объяснил:

Мы могли бы провести исследование оптических свойств этих маленьких, наноразмерных пузырей деформации. Если объединить большое количество из них подряд, мы можем намного усилить эффект, чтобы можно было его увидеть и изучить.

Ползти, идти, бежать

Учитывая, что DARPA платит лаборатории LSI Eagleworks за исследование полостей Казимира, а не за случайное открытие пузыря искривления пространства-времени, независимо от его (потенциально) невероятных последствий Уайт и его команда не могут бросить свой текущий проект. Поэтому призывают других ученых попробовать реализовать варп-пузыри и протестировать их свойства. Поскольку DARPA принадлежит Министерству обороны США, публично обнародовать результаты проектов им сложно. Текущий прорыв был достигнут еще в начале лета, а говорить о нем в деталях стало можно только сейчас. И это при том, что исследование полостей Казимира официально не было засекреченным, что и позволило ученым в итоге выйти на публику.

Если DARPA профинансирует работу LSI над космическим кораблем с наноразмерным варп-двигателем, о таком проекте мы можем не услышать еще много лет.

В конце концов, особенно с учетом масштабов этого открытия и его потенциальных последствий, Уайт считает, что создание и испытание его мини-варп-корабля — это лишь вопрос времени. По его мнению, теперь наука будет медленно, но верно продвигаться к этой цели в виде космического корабля, способного к деформации.

Когда его спросили, как быстро протестированный наноразмерный «корабль» может быть масштабирован до чего-то, на чем действительно можно было бы летать в космос, Уайт предложил более реалистичный подход к этому исследованию:

Еще рано задавать вопросы о каких-то реальных летательных экспериментах. На мой взгляд, первый шаг — просто изучить основную науку в нано / микромасштабе. И постепенно пытаться переходить к чему-то более крупному. Сначала мы должны научиться ползать, потом — идти, и только потом — бежать.

• Дополнительный разбор того, что становится возможным с варп-двигателем, на Хабре есть тут.

• Перевод статьи научного журнала TheDebrief.

• Первая презентация варп-пузыря Уайтом на Propulsion Energy Forum доступна на ютубе. Тогда его находка еще не была проверена научным сообществом.

Хотите найти крутую работу? Подключайте телеграм-бот getmatch. Указываете желаемую зарплату, и он выдает вам лучшие вакансии от топовых компаний, и помогает пройти интервью. Для старта не нужно ни резюме, ни портфолио, настройка занимает меньше 30 секунд.

Что ещё почитать

• Почему оксфордский физик считает, что квантовые вычисления — это большой пузырь
• Теория мертвой Сети. Возможно ли, что весь интернет — это ИИ?
• Квантовое предсказание 70-летней давности сбылось: как ученые впервые создали что-то из ничего
• Ученые все чаще не могут объяснить, как работает ИИ. Теория «черного» и «белого» ящика

Журнал «Кофе или умри» | Ученые DARPA и НАСА случайно создали варп-пузырь для межзвездных путешествий Ученые опубликовали свои выводы в июле.

Гарольд «Сонни» Уайт, исследователь НАСА из лаборатории Eagleworks в Хьюстоне, штат Техас, в июле опубликовал исследовательскую работу со своей командой о «возможной структуре плотности энергии, присутствующей в полости Казимира».

Согласно отчету, команда Eagleworks обнаружила «структуру микро/наномасштаба… которая предсказывает отрицательное распределение плотности энергии, которое точно соответствует требованиям для метрики Алькубьерре».

Другими словами, Уайт и его коллеги случайно провели микроскопический эксперимент, исследуя распределение энергии по длинам волн — теорию, разработанную голландским физиком Хендриком Казимиром. В результате эксперимента было получено достаточно теоретической энергии для достижения «скорости деформации» — концепции, теоретизированной мексиканским математиком и физиком Мигелем Алькубьерре.

Если вы использовали Slinky для визуализации, как показано выше, Alcubierre Drive расширяет пружину позади космического корабля и сжимает пружину перед ним, оставляя пространство вне пружины в покое, а пространство внутри пружины относительно нормальное. Это гарантировало бы, что путешествие займет всего несколько дней вместо возможных 2 миллионов или более лет, даже со скоростью, превышающей скорость света. Фото предоставлено YouTube.

В 1994 году Алькубьер произвел фурор в сообществе физиков, когда опубликовал свои выводы о теоретических возможностях «искривления» межзвездного пространства. Он утверждал, что можно манипулировать тканью самого пространства, чтобы достичь скорости, превышающей скорость света.

Алькубьер сказал, что можно расширить пространство позади звездолета и сжать пространство перед ним, тем самым сократив промежутки между планетами и звездами до очень коротких расстояний. В визуализации концепция сравнивалась с серфером, катающимся на волне — метафора, часто используемая для описания того, как корабль может путешествовать среди звезд.

Математика Алькубьерре, хотя и считается правильной, содержала некоторые нерешенные проблемы. Некоторых теоретических потребностей в энергии не существует — или, по крайней мере, они еще не обнаружены. Однако последнее исследование, опубликованное Уайтом и его командой, финансируемое DARPA, показывает, что потребности в энергии будут намного меньше, чем предполагалось изначально.

Подобно путешествию по волнам в Ньюпорт-Бич, теория Алькубьерра предполагает путешествие по искривленной ткани пространства к следующему межзвездному пункту назначения. Фото Остина Нила/Unsplash.

Если это так, то команда Уайта, возможно, обнаружила первый в мире варп-двигатель. Тем не менее, если бы у ученых были все материалы, необходимые для так называемого привода Алькубьерра, энергии, излучаемой искривляющим пространство космическим кораблем, хватило бы, чтобы разорвать планеты на части.

Ранее на этой неделе Уайт сказал The Debrief , научно-технический журнал: «Насколько мне известно, это первая статья в рецензируемой литературе, в которой предлагается осуществимая наноструктура, которая, по прогнозам, будет представлять собой настоящий, хотя и скромный, варп-пузырь. ”

Уайт и его команда планируют провести дополнительные эксперименты по изучению возможностей меньших моделей, чтобы лучше понять возможности будущего варп-двигателя. Возможно, лаборатория Eagleworks сможет перенести нас из научной фантастики в реальность.

Читать дальше: 26 Морских котиков и других спецподразделений подали в суд за освобождение от вакцин

НАСА близко к разработке варп-двигателя?

НАСА пытается продвинуться в изучении звезд еще дальше, так как было установлено, что ученые, работающие в космической компании, разрабатывают варп-двигатель.

Вик Медина
| Опубликовано 10 месяцев назад

Варп-двигатель в настоящее время существует только как сюжетный ход для научно-фантастических историй, но, возможно, скоро путешествие со скоростью света — и выше — выйдет из области теории и станет реальностью. Согласно отчету The Brighter Side, НАСА прилагает согласованные усилия, чтобы раскрыть секрет возможности создания варп-двигателя. Они не единственные, кто пытается сделать невозможное — несколько ученых изучают возможность, как и парень по имени Илон. Однако есть некоторые большие проблемы, которые необходимо преодолеть.

Согласно теории относительности Эйнштейна, физически невозможно что-либо двигаться быстрее скорости света. Несмотря на это, инженер НАСА доктор Гарольд Сонни Уайт пытается проверить пределы законов физики, чтобы достичь чего-то близкого к варп-двигателю, но есть некоторые препятствия. Для перемещения массы со скоростью, близкой к скорости света, потребовалось бы много энергии, поэтому в 1994 году физик-теоретик Мигель Алькубьерре разработал теорию, согласно которой в пространстве-времени создается «пузырь», который может «искривлять» расстояния, сокращая расстояние между двумя дальние точки.

Доктор Уайт утверждает, что кольцеобразный варп-двигатель теоретически (согласно теории Алькубьерре) может перемещать космический корабль в форме футбольного мяча со скоростью света. С изменением формы кольца можно было бы генерировать достаточно энергии для перемещения массы в пространстве. Интересно, что эта концепция на самом деле была показана в «Звездные войны: Атака клонов », когда корабль Оби-Вана Кеноби использует кольцевой варп-двигатель для путешествия на другую планету.

Пока НАСА все еще работает над теорией, Илон Маск пытается воплотить ее в жизнь. Усилия Маска отправиться на Марс в этом десятилетии накаляются, поэтому основатель SpaceX активно обсуждает варп-двигатель как способ сделать путешествие на красную планету более осуществимым. Проблема с быстрым перемещением восходит к теории Эйнштейна: скорость делает вещи тяжелее, и не хватит энергии, чтобы переместить что-то настолько тяжелое так быстро. Вот что делает концепцию «космического пузыря» в варп-двигателе Алькубьерре такой интригующей и необходимой с научной точки зрения. Теоретически вам не нужна энергия для перемещения массы, как утверждает Эйнштейн, если вы искажаете время и пространство вместо того, чтобы сосредоточиться на движении. Доктор Уайт возглавляет группу физиков и инженеров в НАСА, пытающихся сделать именно это с помощью устройства, называемого интерферометром варп-поля Уайта-Джудея, которое может привести к варп-двигателю. Теоретически устройство могло бы создать крошечный варп-пузырь, значительно ускоряющий движение, но не достигающий скорости света. Тем не менее, если это сработает, это может произвести революцию в космических путешествиях. Вот видео, показывающее проблемы, с которыми SpaceX Илона Маска сталкивается с концепцией варп-двигателя.