Варп-двигатель: как технология из Star Trek поможет покорить космос

Варп-двигатель придумали фантасты, но эта технология имеет серьезное научное обоснование.

Термин «варп-двигатель» придумали фантасты — он хорошо знаком поклонникам сериала Star Trek. Но эта технология имеет серьезное научное обоснование. Денис Юшин, инженер космической отрасли и автор научно-популярного канала Science & Future в «Яндекс.Дзене», разобрался в вопросе и объяснил, почему рано или поздно человечество научится искривлять пространство.

Основываясь на постулатах теории относительности, мексиканский физик Мигель Алькубьерре в 1994 году предположил, что для перемещения на невообразимые расстояния можно использовать способность пространства-времени к сжатию и расширению.

В теории принцип такого перемещения описать просто. Корабль помещается внутрь сферы («пузырь Алькубьерре»), и непосредственно с ним ничего не происходит. Искривление пространства-времени возникает на границах сферы, когда с одной стороны пространство расширяется, а с другой — сжимается. Собственно, сфера по большому счету никуда не движется — перемещается само пространство. Таким образом, скорость движения измеряется не перемещением сферы, а степенью искривления пространства-времени и зависит от разницы энергии впереди и позади корабля: чем она выше, тем быстрее движется пространство.

Сделать это можно только с помощью антиматерии. По подсчетам физиков, для образования «пузыря Алькубьерре» потребуется около 6,3 х 1029 кг антиматерии. Невообразимая масса, учитывая, что мы и нескольких грамм получить пока не можем. К счастью, это были лишь предварительные расчеты — физические и математические теории и модели продолжают совершенствоваться, а круг знаний ученых расширяется.

Проблема в том, что развития технологий сегодня не хватает для создания варп-пузыря. Тем не менее в NASA есть небольшое подразделение Eagleworks Laboratories, которое занимается исследованием этой возможности. Специалисты лаборатории периодически публикуют результаты своей деятельности, но реального прорыва до сих пор не случилось.

Варп-эффект, как показан в сериале «Звёздный путь: Следующее поколение»

При этом теория продолжает развиваться. Пожалуй, главным событием, подтвердившим возможность существования варп-технологии, стала фиксация гравитационных волн. Теперь ученые точно знают, что пространство-время деформируется, а значит, основной задачей становится развитие теории механики этой деформации. Для решения энергетической проблемы есть целый ряд научных направлений: квантовые физика и механика, а также метаматериалы. Тем более что получать антивещество люди уже научились.

С помощью специальной магнитной ловушки физики смогли удержать 38 атомов антиводорода в течение 172 мс (0,172 с). Рекордом на сегодняшний день является удержание 170 000 атомов антиводорода массой около 10–18 г. В рамках одной из существующих математических моделей, описывающих работу варп-двигателя, для полета на Марс понадобится около 140 х 10–9 г антипротонов, так что мы на верном пути.

Кроме того, недавно на борту МКС произошел настоящий прорыв в квантовой физике. С помощью «мини-холодильника» Cold Atom Lab (CAL) удалось охладить атомы рубидия и калия до температуры меньше миллионной доли кельвина, благодаря чему было получено особое состояние вещества — конденсат Бозе — Эйнштейна. В таком сильно охлажденном виде достаточно большое число атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях, после чего квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. Согласно результатам, опубликованным в журнале Nature, удалось продержать вещество в таком состоянии целых 1118 секунд, что говорит о возможности полноценного изучения этого состояния материи. Но при всех достижениях говорить о скором освоении технологии пока рано: для перемещения на межзвездные расстояния потребуется намного больше энергии и антиматерии.

Самый известный энтузиаст варп-двигателей, физик из Университета Алабамы Джозеф Агню проделал большую работу и пришел к выводу, что для запуска потребуется около 1028 кг антиматерии, что приблизительно равно массе Юпитера. Для сравнения, ракета-носитель «Протон-М» расходует при старте около 200 тонн топливной смеси за минуту.

Открытие гравитационных волн уже стало прорывом, который не только подтверждает теорию относительности, но и дает представление о концепции пространственно-временного искажения и деформации. Возможно, гравитационные волны станут двигательным эквивалентом электричества. Ученые уже знают, что эффект искривления пространства-времени возникает естественным образом. Осталось только обуздать его и научиться создавать искусственно.

Денис Юшин

инженер космической отрасли и автор научно-популярного канала Science & Future

На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc., запрещённая на территории Российской Федерации

Расскажите друзьям

    • Эволюция сегодня
    • Устройство человека

    Никогда не стареет: обнаружена новая особенность мозга

    • Что было раньше

    Почему древнеримский бетон был очень прочным? Отвечают ученые

    • Что было раньше

    Исследование: странные отметки на первобытных наскальных рисунках — это лунный календарь

    • Эволюция сегодня
    • Живое

    В Китае обнаружена окаменелость существа с динозавровой головой и птичьим телом

    • Что было раньше

    Наскальные рисунки с людьми и животными нашли на Алтае

  • «Таинственные плиты» с Марса: сенсационная находка Curiosity?

  • Вид через микроскоп на разнообразное сообщество микроводорослей пресноводного озера

    Dr. M. Stockenreiter / LMU Munich/UFZ

    Ученые научились понимать, что «говорят» водоросли

  • East News

    Большой адронный коллайдер разогнался до беспрецедентного уровня энергии

  • Shutterstock

    Взлом с проникновением: биологи впервые сняли на видео, как вирус заражает клетку

  • Shutterstock

    Можно ли победить стресс? 

Хотите быть в курсе последних событий в науке?

Оставьте ваш email и подпишитесь на нашу рассылку

Ваш e-mail

Нажимая на кнопку «Подписаться», вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Новая волна в исследованиях варп-двигателя.

Решение Ленца и что из него следует / Хабр

Варп-двигатель — одна из тех концепций, которые кажутся преждевременно проникшими из фантастики в науку, притягательных и недостижимых. Как известно, варп-двигатель был «изобретен» во вселенной «Стар Трек» и представляет собой устройство, позволяющее космическому кораблю мгновенно перемещаться в пространстве из точки A в точку B, не совершая многолетних и многовековых перелетов на субсветовых скоростях. Этот двигатель работает на антивеществе и кристаллах дилития, поэтому, в сущности, авторы могли нарисовать его сколь угодно мощным, компактным и красивым, не ограничивая собственную фантазию. Для полноты картины приведу здесь его схему, взятую с сайта startreker.su.

При всей фантастичности подобного проекта, в нем есть более чем внушительное рациональное зерно. Действительно, согласно теории относительности Эйнштейна, ничто в пространстве не может двигаться быстрее света, но при этом никак не ограничивается скорость движения самого пространственно-временного континуума. Именно такая лазейка позволила молодому мексиканскому физику Мигелю Алькубьерре (род. 1964) сформулировать концепцию пузыря Алькубьерре, а вслед за ним – и смоделировать аналог варп-двигателя, получивший известность под названием «двигатель Алькубьерре».   

Двигатель Алькубьерре. Краткая история

В 1994 году в престижном научном журнале «General Relativity and Quantum Cosmology» вышла статья Мигеля Алькубьерре «The warp drive: hyper-fast travel within general relativity» (Варп-двигатель: гипербыстрые перемещения в рамках общей теории относительности). В этой статье Алькубьерре предлагал инженерный проект, более реалистичный, чем гиперпространственные прыжки через червоточины. Червоточина (кротовая нора) – это своеобразный туннель между сильно удаленными областями пространства или разными вселенными. Впервые подобная идея была предложена в 1935 году под названием «Мост Эйнштейна-Розена». Даже без учета того, что ни одна кротовая нора до сих пор не обнаружена, в данном контексте важны две ее черты:

Червоточина служит мостом в неизвестность, то есть, невозможно заранее рассчитать, в какую точку мы попадем, пройдя через нее.

Релятивистские червоточины фактически непроходимы, так как должны схлопываться при попадании в них космического корабля, который в таком случае будет раздавлен сингулярностью.  

Стабильная (проходимая) червоточина может существовать лишь при условии, что она будет заполнена веществом с отрицательной массой, которая, соответственно, обладает отрицательной энергией. Червоточины — отдельная большая тема, подробно раскрытая на Хабре, а также популяризованная знаменитым физиком Кипом Торном в фильме «Интерстеллар» и книге «Интерстеллар. Наука за кадром». Алькубьерре формулирует суть своей статьи так:

«Здесь показано, как в рамках общей теории относительности и без привлечения червоточин можно изменять пространство-время таким образом, что космический корабль сможет перемещаться в нем с произвольно большой скоростью. Речь идет о чисто локальном расширении пространства-времени за космическим кораблем и о таком же сжатии пространства-времени перед кораблем. В таком случае возможно перемещение, которое будет происходить со сверхсветовой скоростью с точки зрения наблюдателя, находящегося за пределами области описанных возмущений. Результирующее искажение пространства напоминает эффект «варп-двигателя», описанного в научной фантастике. Однако, как и в случае с червоточинами, для генерации таких искажений пространства-времени, которые обсуждаются здесь, потребуется экзотическая материя».

Прежде, чем перейти к обзору конструкции двигателя Алькубьерре, оговоримся, что мгновенное расширение пространства, несопоставимо более быстрое, чем скорость света – ключевой компонент теории инфляционного расширения Вселенной. Инфляционную теорию впервые предложил в 1980 году советский ученый Алексей Михайлович Старобинский (род. 1948), а вслед за ним, в 1981 году — американский космолог Алан Гут (род. 1947), также пришедший к ней независимо. Суть инфляции заключается в мгновенном расширении Вселенной от 10-33 см практически до современных, почти сразу после Большого Взрыва.  Эпоха инфляции продлилась с 10-35 до 10-32 секунд после возникновения Вселенной, но здесь важно отметить, что ей предшествовали еще две космологически принципиальные эпохи: с 0 до 10-43 секунды продолжалась планковская эпоха, по окончании которой гравитация отделилась от остальных фундаментальных взаимодействий, а с 10-43 до 10-35 секунды продолжалась эпоха великого объединения (ЭВО), в течение которой во Вселенной наряду с квантовыми законами начали действовать законы теории относительности. Таким образом, инфляционное расширение Вселенной произошло после того, как в ней включилась теория относительности, и согласуется с релятивистскими законами. Это дополнительно свидетельствует в пользу физической возможности как червоточин, так и двигателя Алькубьерре, к рассмотрению которого мы сейчас вернемся. Тема Мультивселенной, основанная на инфляционной теории и разработанная великим советско-американским физиком Андреем Дмитриевичем Линде (род. 1948), заслуживает отдельного рассмотрения. Периодизация первых эпох в развитии Вселенной подробно изложена в книге нобелевского лауреата Стивена Вайнберга (род. 1933) «Первые три минуты».  

Итак, варп-двигатель модели Алькубьерре воздействует не на космический корабль, а на окружающее пространство, искривляя его:

В центре иллюстрации показан пузырь Алькубьерре, в рамках которого действует релятивистская физика Эйнштейна, и скорость света локально ни разу не превышается. Зато в «кильватере» такого корабля пространство расправляется, а в направлении движения – сжимается. Итак, никакого дилития, никакого антивещества, никакого локального превышения скорости света в пространстве.

NASA со всей серьезностью отнеслось к теоретической проработке и экспериментальной проверке принципов, намеченных Алькубьерре. В 2011 году на конференции в Орландо был представлен доклад о метрике Алькубьерре, то есть, о форме пространства-времени, возникающей при движении пузыря Алькубьерре. В этом докладе содержится относительно современное представление о порядке работы двигателя Алькубьерре, и эта работа выглядит так:

  •  Космический корабль отправляется от Земли на традиционной реактивной тяге и преодолевает расстояние d, после чего останавливается относительно Земли.

  • Включается поле Алькубьерре, и корабль отправляется в межзвездное путешествие, ни разу локально не превышая скорость света, но преодолевая расстояние D за произвольно краткий период времени.

  • Поле выключается в промежуточной точке на расстоянии d от цели, и корабль завершает рейс обычным способом.

  • Такой метод позволит попасть в систему Альфы Центавра за несколько недель или месяцев, а не за десятилетия или века, как по часам наблюдателя, находящегося на Земле, так и по часам, установленным на самом космическом корабле.  

Таким образом, 10 лет назад создание двигателя Алькубьерре уперлось в фундаментальную проблему: он был непредставим без отрицательной энергии, которой должно обладать вещество с отрицательной массой, а такого вещества во Вселенной не наблюдается. На основе конденсата Бозе-Эйнштейна в лаборатории было получено вещество, проявляющее некоторые свойства отрицательной массы — произошло это в 2017 году, но на этом пришлось поставить жирную точку с запятой.

Эрик Ленц и солитоны

Удивительное решение для гиперпространственных прыжков, не требующее привлечения отрицательной массы, предложил в 2020 году Эрик Ленц из Гёттингенского университета. В статье, вышедшей в 2021 году, он предлагает использовать солитоны – одиночные волны, перемещающиеся на (потенциально неограниченно) большие расстояния, не меняя при этом формы и не разглаживаясь.

Солитон, также именуемый в научно-популярной литературе «уединенной волной», возникает в самых разных средах, располагающих к образованию волн. Солитон был открыт шотландским физиком Джоном Скоттом Расселом в 1834 году. В тот период Рассел изучал возможности использования паровой тяги в шотландских каналах, а на момент описываемых событий тяга была еще лошадиная. И вот что он заметил (цитируется по «Науке и жизни»):

«Я следил за движением баржи, которую быстро тянула по узкому каналу пара лошадей, когда баржа неожиданно остановилась. Но масса воды, которую баржа привела в движение, собралась около носа судна в состоянии бешеного движения, затем неожиданно оставила его позади, катясь вперед с огромной скоростью и принимая форму большого одиночного возвышения — округлого, гладкого и четко выраженного водяного холма. Он продолжал свой путь вдоль канала, нисколько не меняя своей формы и не снижая скорости. Я последовал за ним верхом, и когда нагнал его, он по-прежнему катился вперед со скоростью примерно 8-9 миль в час, сохранив свой первоначальный профиль возвышения длиной около тридцати футов и высотой от фута до полутора футов. Его высота постепенно уменьшалась, и после одной или двух миль погони я потерял его в изгибах канала».

Долгое время наблюдение Рассела не воспринимали всерьез – «померещилось». Но уже после его смерти (в 1895 году, тогда как Рассел умер в 1882), Дидерик Кортевег и Густав де Фриз показали, что стабильные одиночные волны действительно могут существовать в самых разных средах и подчиняются уравнению, обнаруженному Жозефом Буссинеском еще в 1877 году, но не применительно к солитонам. Впоследствии выяснилось, что ключевое свойство солитона – сохранение неизменной формы и скорости при распространении.  

Примерами солитона являются, в частности, цунами и нервный импульс. Признаки солитона обнаружены даже в паттернах образования кровеносных сосудов при развитии раковой опухоли. Долгое время, однако, сохранялись сомнения в том, могут ли солитоны образовываться в вакууме. Утвердительный ответ на этот вопрос был получен в 2002 году, когда спутник Европейского Космического Агентства обнаружил в районе магнитопаузы солитон шириной около 6 км, двигавшийся к внешней границе Солнечной системы со скоростью примерно 9 км/c.

Эрик Ленц изобразил в своей статье различные варианты солитона с силуэтами космических кораблей, захваченных подобной волной:

Но у фанатов «Стар-Трека» получилось более наглядно:

Статья Ленца, ссылка на которую оставлена в начале этого раздела, содержит много формул и сводится к обоснованию того, что при применении солитона вместо варп-пузыря в качестве носителя звездолета можно обойтись только известной материей, имеющей положительную массу. В качестве материи, в которой предполагается возбудить такой солитон, Ленц предлагает использовать магнитоактивную релятивистскую плазму, подчиняющуюся уравнениям Максвелла и Эйнштейна. Вот как он описывает работу над солитонами в разделе «Научные интересы» на своем персональном сайте:

Гипербыстрые (сверхсветовые) солитоны, укладывающиеся в современные теории гравитации, активно обсуждаются на протяжении последних трех десятилетий. Одно из наиболее видных критических замечаний по поводу компактных механизмов, которые бы обеспечивали сверхсветовое движение, не противоречащее общей теории относительности, заключается в следующем: геометрия такого решения в основном зависит от отрицательной энергии, а никаких макроскопических источников отрицательной энергии в физике частиц не известно. Недавно мне удалось опровергнуть это убеждение, предложив новый класс гипербыстрых солитоновых решений, строящихся исключительно на положительной энергии и, следовательно, не требующих источников экзотической материи. Это удалось сделать путем рассмотрения гиперболических отношений между компонентами вектора сдвига пространственно-временной метрики. Кроме того, такие солитоны можно генерировать из классической электронной плазмы, полностью описываемой в рамках известной физики.

Еще одно достижение Ленца заключается в том, что оно позволяет практически полностью нивелировать приливные силы, которые могли бы разорвать космический корабль. При этом масса, которую необходимо преобразовать в энергию для создания сверхсветового солитона, до сих пор остается вне наших технических возможностей и составляет несколько масс Юпитера. Тем не менее, решения Ленца являются очевидным шагом вперед, демонстрирующим, что варп-двигатель может работать в полном согласии с известной физикой.

При этом до сих пор непонятно, сможет ли экипаж выжить после такого путешествия на солитоне, а также каким образом остановить солитон в нужной точке и приступить к торможению. Во Вселенной «Стар Трека» на конечной станции маршрута предполагается ставить специальное оборудование, которое рассеет приближающийся солитон, но непонятно, как остановить волну в диком космосе без наличия какого-либо космопорта.

Итак, по состоянию на март 2021 года известны математические (но не физические) решения, которые позволяют согласовать сверхсветовые путешествия с общей теорией относительности. Более того, в феврале 2021 году вышла еще одна статья от Алексея Бобрика и Джанни Мартире, работающих в Лаборатории Реактивного Движения NASA (Advanced Propulsion Laboratory), в которой представлена полноценная классификация варп-двигателей.  Подробный ее разбор с удовольствием уступаю читателям, готовым еще немного пофантазировать, а здесь процитирую лишь ремарку авторов, тон которой кажется мне скептическим и оптимистическим одновременно:

«Варп-двигатели оказываются гораздо более простыми и менее таинственными объектами, чем может показаться по изучению популярных источников, посвященных работе Алькубьерре. Варп-двигатель – это инерционно движущаяся оболочка, внутри которой заключен «пассажирский» регион с плоской метрикой. Источником движения для варп-двигателя может служить как положительная, так и отрицательная энергия. Ключевая черта, отличающая корабли с варп-двигателем от тривиальной оболочки, движущейся по инерции – это колоссальный объем энергии, нужной для искривления окружающего пространства и модификацию пространства-времени внутри затронутой области».   

Физики увеличивают шансы космических путешествий со скоростью, превышающей скорость света

Ближайшая к Земле звезда — Проксима Центавра. Он находится на расстоянии около 4,25 световых лет, или около 25 триллионов миль (40 триллионов км). Самый быстрый космический корабль Parker Solar Probe, который сейчас находится в космосе, достигнет максимальной скорости 450 000 миль в час. Чтобы добраться из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк с такой скоростью, потребуется всего 20 секунд, но солнечному зонду потребуется около 6633 лет, чтобы добраться до ближайшей к Земле соседней солнечной системы.

Если человечество когда-нибудь захочет легко путешествовать между звездами, людям нужно будет двигаться быстрее света. Но пока что путешествия со скоростью, превышающей скорость света, возможны только в научной фантастике.

В серии книг Айзека Азимова «Основание» человечество может путешествовать с планеты на планету, от звезды к звезде или через вселенную, используя прыжковые двигатели. В детстве я прочитал столько таких историй, сколько смог достать. Теперь я физик-теоретик и изучаю нанотехнологии, но я все еще очарован тем, как человечество однажды сможет путешествовать в космосе.

Некоторые персонажи — например, астронавты в фильмах «Интерстеллар» и «Тор» — используют червоточины для перемещения между солнечными системами за считанные секунды. Другой подход, знакомый фанатам «Звездного пути», — это технология варп-двигателя. Деформационные приводы теоретически возможны, если все же надуманная технология. Две недавние статьи попали в заголовки газет в марте, когда исследователи заявили, что преодолели одну из многих проблем, стоящих между теорией варп-двигателей и реальностью.

Но как на самом деле работают эти теоретические варп-двигатели? И перейдут ли люди к скорости деформации в ближайшее время?

Это двухмерное представление показывает плоский, неискаженный пузырь пространства-времени в центре, где должен располагаться варп-двигатель, окруженный сжатым пространством-временем справа (нисходящая кривая) и расширенным пространством-временем слева (восходящая кривая).
АлленМакК/Викисклад

Сжатие и расширение

Текущее понимание физиками пространства-времени исходит из общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Общая теория относительности утверждает, что пространство и время сливаются воедино и ничто не может двигаться быстрее скорости света. Общая теория относительности также описывает, как масса и энергия искажают пространство-время — массивные объекты, такие как звезды и черные дыры, искривляют пространство-время вокруг себя. Эта кривизна — это то, что вы ощущаете как гравитацию, и именно поэтому многие космические герои беспокоятся о том, чтобы «застрять» или «упасть» в гравитационный колодец. Ранние писатели-фантасты Джон Кэмпбелл и Азимов видели в этом искривлении способ обойти ограничение скорости.

Что, если бы звездолет мог сжимать пространство перед собой и расширять пространство-время позади себя? «Звездный путь» взял эту идею и назвал ее варп-двигателем.

В 1994 году Мигель Алькубьерре, мексиканский физик-теоретик, показал, что сжатие пространства-времени перед космическим кораблем и его расширение сзади математически возможно в соответствии с законами общей теории относительности. Так что это значит? Представьте, что расстояние между двумя точками составляет 10 метров (33 фута). Если вы стоите в точке А и можете двигаться со скоростью один метр в секунду, вам потребуется 10 секунд, чтобы добраться до точки Б. Однако, скажем, вы можете каким-то образом сжать пространство между вами и точкой Б, чтобы интервал теперь составлял всего один метр. . Затем, двигаясь в пространстве-времени с максимальной скоростью один метр в секунду, вы сможете достичь точки B примерно за одну секунду. Теоретически такой подход не противоречит законам относительности, поскольку вы не двигаетесь со скоростью, превышающей скорость света в окружающем вас пространстве. Алькубьер показал, что варп-двигатель из «Звездного пути» теоретически возможен.

Проксима Центавра, вот и мы, верно? К сожалению, метод сжатия пространства-времени Алькубьерре имел одну проблему: он требовал отрицательной энергии или отрицательной массы.

Это двумерное представление показывает, как положительная масса искривляет пространство-время (левая сторона, синяя земля), а отрицательная масса искривляет пространство-время в противоположном направлении (правая сторона, красная земля).
Токамак/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Проблема с отрицательной энергией

Варп-двигатель Алькубьерре будет работать, создавая пузырь плоского пространства-времени вокруг космического корабля и искривляя пространство-время вокруг этого пузыря, чтобы сократить расстояния. Для работы варп-двигателя потребуется либо отрицательная масса — теоретический тип материи, либо кольцо с отрицательной плотностью энергии. Физики никогда не наблюдали отрицательную массу, поэтому отрицательная энергия остается единственным вариантом.

Чтобы создать отрицательную энергию, варп-двигатель должен использовать огромное количество массы, чтобы создать дисбаланс между частицами и античастицами. Например, если рядом с варп-двигателем появятся электрон и антиэлектрон, одна из частиц будет захвачена массой, что приведет к дисбалансу. Этот дисбаланс приводит к отрицательной плотности энергии. Варп-двигатель Алькубьерре использовал эту отрицательную энергию для создания пространственно-временного пузыря.

Но чтобы варп-двигатель генерировал достаточно отрицательной энергии, вам потребуется много материи. Алькубьер подсчитал, что для варп-двигателя со 100-метровым пузырем потребуется масса всей видимой Вселенной.

В 1999 году физик Крис Ван Ден Брок показал, что увеличение объема внутри пузыря при сохранении неизменной площади поверхности значительно снизит потребность в энергии, примерно до массы Солнца. Значительное улучшение, но все же далеко за пределами всех практических возможностей.

Научно-фантастическое будущее?

Две недавние статьи — одна написана Алексеем Бобриком и Джанни Мартире, а другая — Эрика Ленца — предлагают решения, которые, кажется, приближают варп-двигатели к реальности.

Бобрик и Мартир поняли, что, изменяя пространство-время внутри пузыря определенным образом, они могут избавиться от необходимости использовать отрицательную энергию. Это решение, однако, не создает варп-двигатель, который может двигаться быстрее света.

[ Более 100 000 читателей полагаются на информационный бюллетень The Conversation, чтобы понять мир. Зарегистрируйтесь сегодня.]

Ленц также предложил решение, не требующее отрицательной энергии. Он использовал другой геометрический подход для решения уравнений общей теории относительности и, таким образом, обнаружил, что варп-двигатель не должен использовать отрицательную энергию. Решение Ленца позволит пузырю двигаться быстрее скорости света.

Важно отметить, что эти захватывающие разработки являются математическими моделями. Как физик, я не буду полностью доверять моделям, пока у нас не будет экспериментального доказательства. Тем не менее, наука о варп-двигателях становится все более очевидной. Как поклонник научной фантастики, я приветствую все это новаторское мышление. По словам капитана Пикарда, вещи невозможны только до тех пор, пока они не существуют.

Деформационный двигатель | Память Гамма

Варп-двигатель — основная сверхсветовая двигательная установка на борту всех известных космических кораблей в Галактике Млечный Путь.

Содержание

  • 1 Физика
  • 2 Системная механика и основы
  • 3 гондолы варп-поля
  • 4 Внешние ссылки

Физика

В то время как законы относительности не позволяют объекту двигаться в пространстве через со скоростью, превышающей скорость света, объект может двигаться через через в пространстве со скоростью, превышающей скорость света, если само пространство движется. На этом принципе работает технология варп-двигателя.

Поскольку гравитация и электромагнетизм — просто разные проявления одной универсальной силы, гравитационными силами можно управлять с помощью точно генерируемых и контролируемых электромагнитных сил. Следовательно, электромагнитные силы можно использовать для изменения и управления геометрией пространства, поскольку гравитация представляет собой искривление пространства-времени. Управляемые электромагнитные поля, создаваемые двигателем варп-двигателя на космическом корабле, манипулируют гравитацией, чтобы искажать пространство-время непосредственно вокруг космического корабля таким образом, что эта конкретная область пространства-времени разгоняется до скоростей, превышающих скорость света, а космический корабль остается. внутри этого ускоренного пространства-времени.

Путешествие со скоростью, превышающей скорость света, возможно таким образом, потому что космический корабль, строго говоря, неподвижен, в то время как само пространство-время движется. Подобно доске для серфинга, которую несет волна воды, космический корабль просто несет искажение пространства-времени.

Системная механика и основы

WPS состоит из трех основных компонентов:

  1. Реакционная сборка вещества/антивещества (M/ARA)
  2. Кабели передачи энергии
  3. Гондолы варп-двигателей — лучшая часть этой установки заключается в том, что она питает не только варп-двигатели, но и все основные системы, позволяющие варп-ядру действовать как основное энергетическое ядро ​​корабля.

Основная механика варп-ядра ничем не отличается от автомобильного двигателя внутреннего сгорания 20-го века.
Узел реакции материи/антиматерии состоит из 4 вторичных систем:

  1. Инжекторы реактивов
  2. Сегменты магнитного сжатия (MCS)
  3. Реакционная камера вещества/антивещества (M/ARC)
  4. Трубопроводы передачи энергии

Имеется 2 комплекта реактивных форсунок, они аналогичны топливным форсункам автомобилей. Одним из них является инжектор реагентов материи (MRI). Другой — инжектор реагента антиматерии (ARI). МРТ получает холодный дейтерий при температуре ниже нуля из первичного резервуара для дейтерия (PDT), а затем нагревает его до состояния газа. Сам МРТ изготовлен из дисперсионно-упрочненного карбмолибденида возния. Имея дело с антивеществом, необходимо принимать множество мер предосторожности, потому что, если некоторые из них смешаются с обычным веществом вне камеры, произойдет взрыв, после которого атомная бомба будет похожа на бенгальский огонь. МРТ и ОРИ в основном одинаковы, за исключением того, что ОРИ использует антиводород и имеет дело с меньшими количествами. Кроме того, ARI использует магнитные топливные пути для управления антиводородом.

Инжекторы реагентов занимают отдельную колоду. К двум крюкам посередине крепится MCS. Как видите, две форсунки немного отличаются.

Сегменты магнитного сжатия (MCS) выполняют наиболее важную функцию. Их работа состоит в том, чтобы поддерживать M/ARC в идеальных условиях для оптимальной выходной мощности и избегать повреждения сердечника. Сегмент состоит из элементов натяжного каркаса, тороидальной стенки сосуда высокого давления и катушек магнитного констриктора. Сосуды под давлением изготовлены из чередующихся слоев парофазного карбонитного феррацита и прозрачного боросиликата алюминия. Сосуды под давлением делают то, что они говорят, они контролируют давление M/ARC. Катушки магнитного констриктора изготовлены из кобальта, лантаноида и боронита с 36 другими элементами, чтобы предотвратить расплескивание. Катушки продвигают материю и антиматерию в камеру так, что они сталкиваются прямо в середине камеры, где начинается горение. Элементы каркаса — это первое, что помогает удерживать реагенты вместе. Они соединяются вместе, образуя единую целостную структуру. Элементы рамы также имеют каналы для полей структурной целостности. Внешний слой MCS прозрачен и позволяет членам экипажа убедиться, что все работает гладко. Справа — изображение MCS.

Камера реакции материи и антиматерии (M/ARC), похожая на камеру воспламенения топлива в автомобиле. Эта часть состоит из двух колоколообразных колодцев. Центральная полоса этой сборки удерживает структуру для артикуляционной рамы кристалла дилития (DCAF). Наиболее важной частью M/ARC является дилитий. Это легендарное вещество — единственное известное науке 24-го века вещество, которое НЕ будет реагировать с антиводородом.

Заключительной частью системы двигателя являются каналы передачи мощности (PTC). Эти компоненты делают именно то, что они звучат так, как они должны делать. PTC очень похож на констрикторные сегменты в том, что они используют магнитное поле для управления потоком плазмы и направляют его к гондолам. Это секция стойки и поршня системы.

Гондолы варп-поля

Базовая схема варп-гондолы

Диаграмма варп-поля

Сама гондола представляет собой внешний корпус двигателя, который одновременно помогает и создает варп-поле. Из-за чрезвычайно опасных уровней излучения, создаваемого самими гондолами, они хранятся отдельно от основного корпуса корабля с использованием больших пилонов, в которых размещены секции трубопроводов передачи энергии.

Большинство варп-гондол оснащены ковшом Bussard Particle Ramscoop, который расположен на переднем конце. Он собирает несколько форм обычных и редких частиц, однако в основном собирает водород (для преобразования в антиводород). Процесс, в котором работают гондолы, после Материя/Антиматерия преобразуется в электро- или варп-плазму и проталкивается через трубопроводы передачи энергии в электроплазменную систему или (EPS) трубопроводы. Затем электроплазма направляется через ряд плазменных инжекторов в ряд катушек внутреннего варп-поля (генераторы варп-поля).

Эти катушки состоят из кортенида вертерия, создающего «варп-поле». Само поле представляет собой, по сути, поле смещения подпространства, которое искажает саму ткань пространства и позволяет кораблю «ехать» вдоль пространственного искажения. Однако это можно объяснить гораздо проще. Представьте, что вы держите кусок мокрого мыла, и чем сильнее вы его сжимаете, тем быстрее оно вылетает из ваших рук. Это основной принцип варп-двигателя, поскольку гондолы выбрасывают больше плазмы в варп-катушки, чем плотнее внешний подпространственный пузырь сжимается вокруг корабля, позволяя ему двигаться быстрее в космосе.

Posted inДвигатель