In 2012, a NASA laboratory announced that they have constructed an interferometer that they claim will detect the spatial distortions produced by the expanding and contracting spacetime of the Alcubierre metric. The work has been described in Warp Field Mechanics 101, a NASA paper by Harold Sonny White. Alcubierre has expressed skepticism about the experiment, saying "from my understanding there is no way it can be done, probably not for centuries if at all". Results have been reported as "inconclusive".
A few months ago, physicist Harold White stunned the aeronautics world when he announced that he and his team at NASA had begun work on the development of a faster-than-light warp drive. His proposed design, an ingenious re-imagining of an Alcubierre Drive, may eventually result in an engine that can transport a spacecraft to the nearest star in a matter of weeks — and all without violating Einstein's law of relativity. We contacted White at NASA and asked him to explain how this real life warp drive could actually work.
The above image of a Vulcan command ship features a warp engine similar to an Alcubierre Drive. Image courtesy CBS.
White speculates that such a drive could result in "speeds" that could take a spacecraft to Alpha Centauri in a mere two weeks — even though the system is 4.3 light-years away.
In terms of the engine's mechanics, a spheroid object would be placed between two regions of space-time (one expanding and one contracting). A "warp bubble" would then be generated that moves space-timearound the object, effectively repositioning it — the end result being faster-than-light travel without the spheroid (or spacecraft) having to move with respect to its local frame of reference.
"Remember, nothing locally exceeds the speed of light, but space can expand and contract at any speed," White told io9. "However, space-time is really stiff, so to create the expansion and contraction effect in a useful manner in order for us to reach interstellar destinations in reasonable time periods would require a lot of energy."
And indeed, early assessments published in the ensuing scientific literature suggested horrific amounts of energy — basically equal to the mass-energy of the planet Jupiter (what is 1.9 × 1027 kilograms or 317 Earth masses). As a result, the idea was brushed aside as being far too impractical. Even though nature allowed for a warp drive, it looked like we would never be able to build one ourselves.
"However," said White, "based on the analysis I did the last 18 months, there may be hope." The key, says White, may be in altering the geometry of the warp drive itself.
"My early results suggested I had discovered something that was in the math all along," he recalled. "I suddenly realized that if you made the thickness of the negative vacuum energy ring larger — like shifting from a belt shape to a donut shape — and oscillate the warp bubble, you can greatly reduce the energy required — perhaps making the idea plausible." White had adjusted the shape of Alcubierre's ring which surrounded the spheroid from something that was a flat halo to something that was thicker and curvier.
That's a significant change in calculations to say the least. The reduction in mass from a Jupiter-sized planet to an object that weighs a mere 1,600 pounds has completely reset White's sense of plausibility — and NASA's.
Theoretical plausibility is all fine and well, of course. What White needs now is a real-world proof-of-concept. So he's hit the lab and begun work on actual experiments.
"We're utilizing a modified Michelson-Morley interferometer — that allows us to measure microscopic perturbations in space time," he said. "In our case, we're attempting to make one of the legs of the interferometer appear to be a different length when we energize our test devices." White and his colleagues are trying to simulate the tweaked Alcubierre drive in miniature by using lasers to perturb space-time by one part in 10 million.
Of course, the interferometer isn't something that NASA would bolt onto a spaceship. Rather, it's part of a larger scientific pursuit.
"Our initial test device is implementing a ring of large potential energy — what we observe as blue shifted relative to the lab frame — by utilizing a ring of ceramic capacitors that are charged to tens of thousands of volts," he told us. "We will increase the fidelity of our test devices and continue to enhance the sensitivity of the warp field interferometer — eventually using devices to directly generate negative vacuum energy."
He points out that Casimir cavities, physical forces that arise from a quantized field, may represent a viable approach.
And it's through these experiments, hopes White, that NASA can go from the theoretical to the practical.
Given just how fantastic this all appears, we asked White if he truly thinks a warp-generating spacecraft might someday be constructed.
"Mathematically, the field equations predict that this is possible, but it remains to be seen if we could ever reduce this to practice."
What White is waiting for is existence of proof — what he's calling a "Chicago Pile" moment — a reference to a great practical example.
"In late 1942, humanity activated the first nuclear reactor in Chicago generating a whopping half Watt — not enough to power a light bulb," he said. "However, just under one year later, we activated a ~4MW reactor which is enough to power a small town. Existence proof is important."
His cautious approach notwithstanding, White did admit that a real-world warp drive could create some fascinating possibilities for space travel — and would certainly reset our sense of the vastness of the cosmos.
"This loophole in general relativity would allow us to go places really fast as measured by both Earth observers, and observers on the ship — trips measured in weeks or months as opposed to decades and centuries," he said.
But for now, pursuit of this idea is very much in science mode. "I'm not ready to discuss much beyond the math and very controlled modest approaches in the lab," he said.
Which makes complete sense to us, as well. But thanks to these preliminary efforts, White has already done much to instill a renewed sense of hope and excitement over the possibilities. Faster-than-light travel may await us yet.
In 2012, NASA physicist Harold White revealed that he and a team were working on a design for a faster-than-light ship. Now he's collaborated with an artist to create a new, more realistic design of what such a ship might actually look like.Artist Mark Rademaker told io9 that he worked with White to create the updated model, which includes a sleek ship nestled at the center of two enormous rings, which create the warp bubble.
In this video, below, you can see White talking about the new design (starting at 41:54), and explaining how it fits his mathematical analysis.
Are you the next Faraday, Einstein, Goddard, Von Braun...?
vgrubber.blogspot.com
Еще в конце прошлого года стало известно, что небольшая группа исследователей NASA в секретной лаборатории создают варп-двигатель, который в теории может сделать возможными путешествия быстрее скорости света.
Ближайшей звездной системой к Солнцу является Альфа Центавра. Она находится на расстоянии чуть больше чем четыре световых года. Если лететь к ней со скоростью 62 136 км/ч (именно с такой скоростью летит сквозь пространство зонд «Вояджер-1»), то понадобится около 67 000 лет, чтобы добраться к ней. На данный момент существует очень много разных силовых установок (к примеру, ионные двигатели), но, к сожалению, ни одна из них не способна обеспечить нужную скорость, чтобы сделать реальностью исследования планет, которые находятся на расстоянии нескольких тысяч световых лет от Земли. Двигатели деформации на данный момент являются единственной надеждой, тлеющей в сердцах специалистов NASA.
В настоящее время стало известно, что команда исследователей под руководством Гарольда Уайта из NASA разработала модель варп-двигателя Алькубьерре, который можно изготовить при одном условии – если человечество откроет тайну, каким образом можно манипулировать экзотической материей. Однако, уже сейчас господин Уайт готов обсудить другие особенности двигателя деформации. К примеру, энергопотребление, внешний вид космического аппарата с варп-двигателем, а также, что из себя представляют путешествия со сверхсветовой скоростью.
В основе двигателя деформации Гарольда Уайта лежит теория физика по имени Мигель Алькубьерре. Если говорить коротко, двигатель деформации делает возможными путешествия со сверхсветовой скоростью благодаря искажению пространства-времени вокруг него. В сущности, Мигель Алькубьерре представил устройство, которое сжимает пространство перед космическим кораблем и расширяет его за ним. Таким образом, создается так называемый варп-пузырь или пузырь Алькубьерре, в котором космический корабль может путешествовать со скоростью, которая в 10 раз превосходит скорость света.
Опираясь на многолетние исследования большинство ученых в один голос заявляют о возможности пространство-временных деформаций, но при этом у них возникает множество вопросов, связанных с путешествиями данного характера. К примеру, сможет ли человек пережить такое путешествие или сколько нужно энергии, чтобы развить сверхсветовую скорость?
В прошлом году Гарольд Уайт показал дизайн варп-двигателя (на фото сверху), энергопотребление которого, согласно знаменитой формуле Эйнштейна E=mc², сокращено с рассчитанного для планеты с массой Юпитера значения до значения, рассчитанного для зонда «Вояджер-1» (700 кг). Существует мнение, что двигатель Алькубьерре может потребовать больше энергии, чем масса видимой части Вселенной. Результаты исследований NASA говорят, что потребность в энергии можно удовлетворить, если сделать варп-двигатель тороидальной формы.
В ходе интервью New Scientist Гарольд Уайт дал несколько ответов. Пузырь Алькубьерре он описал следующим образом:
«Вы идете со скоростью 5 км/ч, а затем вы становитесь на эскалатор в аэропорту и вы едете со скоростью 5 км/ч, но вы преодолеваете дистанцию намного быстрее по сравнению с обычными пешеходами. Расширять и сжимать пространство можно на любой скорости».
Он также сказал, что путешествия со сверхсветовой скоростью можно сравнить с просмотром фильмов в ускоренном режиме.
«Представьте мяч для американского футбола, который имеет вокруг себя тороидальное кольцо с креплениями-пилонами. Мяч – это место, в котором будет находиться экипаж и оборудование корабля, а кольцо будет наполнено экзотической материей, о которой, к сожалению, на данный момент известно очень мало», - сказал Гарольд Уайт на вопрос о том, как будет выглядеть двигатель Алькубьерре.
Гарольд Уайт также сообщил, что первые двигатели деформации появятся очень нескоро, но команда исследователей NASA в ближайшем времени «докажет, что данную концепцию можно воплотить в реальность». Скорее всего, если человечество когда-нибудь и увидит двигатели деформации, то с пузырем Алькубьерре у них будет очень мало общего. Стоит отметить, что варп-двигатель размерами с автомобиль на данный момент воспринимается гораздо легче, чем экзотическая материя
joyreactor.cc
Полет к ближайшей солнечной системе Альфа Центавра, расположенной за 4,3 световых года от нас (почти 40 миллионов километров), занял бы на современных ракетах около 160 тысяч лет . Но появилась теоретическая технология – разрабатываемый в НАСА Варп двигатель – способный сократить это путешествие до 2 недель.
Скажете, что теория далека от практики? Подумайте тогда, как бы вы смогли объяснить колонизатору северной Америки, что через 150 лет будет возможно общаться с людьми лицом к лицу, даже если ваш собеседник находится на другом конце планеты.
Итак, что же это за загадочный двигатель? Пристегиваемся и читаем дальше.
Несколько месяцев назад физик Гарольд Уайт (Harold White) ошеломил мир аэронавтики. Он объявил, что команда в НАСА, под его непосредственным руководством, приступила к работе над развитием двигателя искривления пространства. Предложенный им дизайн – это гениальное переосмысливание Двигателя Алькубьерре (Alcubierre Drive), может, в конечном итоге, привести к созданию двигателя, который будет передвигать ракеты со скоростью, гораздо выше скорости света, не нарушая при этом законов относительности Эйнштейна.
Физик Гарольд Уайт
Идея Уайту пришла в то время, как он рассматривал весьма примечательные уравнения, сформулированые физиком Мигелем Алькубьерре. В докладе, под названием "Варп двигатель: сверх-быстрые перемещения в рамках общей теории относительности,” составленном в 1994 году, Алькубьерре предложил механизм, посредством которого пространство и время могут быть "искревлены” спереди и сзади космического корабля.Мичио Каку, один из главных сподвижников струнной теории, назвал теорию Алькубьерре так – "паспорт к Вселенной». Метод использует космологической код, который позволяет расширять и сжимать пространство и время, что позволило бы сверхбыстрые межзвездные путешествия. По сути, пустое пространство позади звездолета будет быстро расширяться, толкая корабль в прямом направлении. Пассажиры воспримут это как движение, несмотря на полное отсутствие ускорения.
Примечателен так же тот факт, что подобное явление постоянно наблюдается во вселенной – пространство между галактиками может расширяться с неограниченной скоростью, которая часто превышает скорость света. Уайт предполагает, что такой двигатель может развить скорость, которая могла бы позволить космическому кораблю достичь наше ближайшее созвездие всего за две недели, несмотря даже на тот факт, что оно находится в 4,3 световых лет от Земли.С точки зрения механики двигателя, сфероидый объект будет помещен между двумя областями пространственно-временного (расширения и сужения). Затем сгенерируется "Варп сфера,” которая будет двигать пространство вокруг объекта, репозиционируя его – конечным результатом будет движение со скоростью, превышающей скорость света, без движения по отношению к локальной системе отсчета корабля.
Уайт объяснил:
Помните – ничто локально не превышает скорость света, но пространство может расширяться и сжиматься при любой скорости. Тем не менее, пространство и время сложно поддаются манипулированию, поэтому для искривления пространства и достижения межзвездных пространств в разумные периоды времени потребуется много энергии.
И в самом деле – ранние оценки, опубликованные в научной литературе, называли громадное количество энергии, которое вполне сопоставимо с массой планеты Юпитер (что составляет 1,9 × 1027 кг, или 317 масс Земли). В результате идея была забыта из-за непрактичности. Хотя природа теоретически позволяет построить Варп Двигатель, мы никогда не смогли бы соорудить работающий аналог при настолько недостижимых условиях.
"Однако -, сказал Уайт, – основываясь на анализе последних 18 месяцев, у нас может быть надежда.” Ключ, говорит исследователь, может быть в изменении геометрической структуры Варп Двигателя.
В октябре прошлого года Уайт готовился к лекции, которую он должен был дать для проекта Столетний космический корабль (100 Year Starship) в Орландо, Флорида. Во время повтора материалов по двигателям искривления пространства, Уайт выполнил анализ нескольких уравнений – больше из любопытства, чем по необходимости.
"Я открыл закономерность, которая все время была у нас перед глазами, – вспоминает он – Я вдруг понял, что если мы сделаем толщину кольца отрицательной энергии вакуума больше, при этом раскачивая варп сферу, то можно значительно уменьшить необходимые затраты энергии. Это значит, что создание двигателей искривления пространства возможно не только в теории.” Уайт скорректировал форму кольца Алькубьерре, сделав его более широким и покатым.
Он представил результаты Двигателя Алькубьерре через год, на конференции в Атланте, где заявил о своем новом подходе. Как объяснил учений, деформация диска позволит затраты энергии до числа, сравнимого с массой космического аппарата Вояджер-1.
Это очень существенное изменение в расчетах. Снижение массы от размеров Юпитера до объекта, который весит всего 725 килограмм, заставили НАСА полностью переосмыслить варп двигатели.
Теоретическая возможность – это, конечно, здорово, но теперь Уайту нужно практическое ее доказательство.
Мы используем модифицированный интерферометр Майкельсона-Морли, что позволяет нам измерить микроскопические искривления в пространстве и времени. Говоря проще – это попытка сделать одну из ножек интерферометра казаться короче другой при запуске устройства.
Уайт и его коллеги пытаются смоделировать оптимальный привод Алькубьерре в миниатюре, используя лазеры для искривления пространства-времени на фактор один к 10 миллионам.
Конечно, интерферометр – это не то, что НАСА бы присоединило к космическому кораблю. Скорее, это часть большого научного преследования.
Наше первоначальное испытательное устройство имитирует кольца огромного энергетического потенциала за счет использования колец керамических конденсаторов, которые заряжаются до десятков тысяч вольт. Мы увеличим точность наших приборов и продолжим повышать чувствительность интерферометра деформации поля – в конечном итоге станет возможно использовать устройства для прямой генерации отрицательной энергии вакуума.
С помощью этих экспериментов, как надеется Уайт, НАСА сможет перейти от теории к практике.
Учитывая то, насколько фантастически это все звучит, возникает вопрос – действительно ли Уайт думает, что варп двигатель когда-нибудь будет построен.
Математически это возможно, но еще предстоит увидеть, сможем ли мы когда-либо добиться этого на практике.
То, чего ждет Уайт, это появления доказательств – то, что он зовет момент "Чикаго Pile” – термин, ссылающийся на большой практический пример.
"В конце 1942 года человечество активировало первый ядерный реактор в Чикаго, способный генерировать аж целую половину Вт – чего даже недостаточно для питания лампочки,” – объяснил исследователь. "Тем не менее, год спустя мы активировали реактор в 4 МВт – это достаточно уже для питания небольшого города. Доказательство возможности технологии это очень важно.” Не делая громких заявлений, Уайт признал, что варп двигатель открыл бы для человечества некоторые интересные возможности для космических путешествий – и, конечно, сбросил бы наше чувство необъятности космоса.
Эта дыра в общей теории относительности позволила бы нам преодолеть расстояния действительно быстро, с точки зрения наблюдателей с земли и на корабле – путешествия будут измеряться неделями или месяцами, а не десятилетиями и веками.
Но пока разработка двигателя находится в теоретической фазе. "Я не готов обсуждать эту технологию за пределами математики и руководствуясь очень скромными подходами в лаборатории,” сказал Уайт.
И это трезвый подход. Но, благодаря Уайту, у нас теперь есть новая надежда и перспектива освоения космоса. Пока рано ставить крест на полетах быстрее скорости света.
nln.at.ua
