Почему мы хотим путешествовать в космосе быстрей света?

08.01.2018

Джим Готаас, доктор физики.

Вселенная (или даже наша галактика) — большое место. Самый быстрый космический аппарат, который NASA сейчас активно планирует — Solar Probe Plus, расчетная дата запуска в 2018 году. Он должен будет двигаться к Солнцу с максимальной скоростью в 200 километров в секунду. При такой скорости мы можем добраться от Земли до Луны где-то за полчаса. Довольно быстро, да?

Но даже если наша команда и корабль смогут постоянно достигать этой скорости и поддерживать ее, у них все равно займет около 6400 лет, чтобы достигнуть ближайшей звезды, Проксима Центавра. О разных формах путешествий медленней, чем свет (МС), которые могут сэкономить время, много размышляли, но если мы примем теорию относительности Эйнштейна, лучшее, на что стоит надеяться — чуть больше четырех лет путешествия, чтобы достигнуть ближайшей звезды, и очень высокий расход энергии. Без путешествия быстрей света (БС) полет к ближайшим соседям окажется слишком длинным для большинства историй (Хотя есть множество интересных классических историй, основывающихся на различных видах МС, где физика работает правильно, но необходимо много продвинутой инженерии)

Основы БС

По сути, такой штуки не существует. Извините.

Точней, большинство физиков и инженеров скажут, что БС невозможно, если вы доверяете современной физике. Специальная теория относительности Эйнштейна утверждает, что материальному объекту (вроде космического корабля!) понадобится бесконечная энергия, чтобы путешествовать только со скоростью света. И говоря «бесконечная» не имеется в виду очень много. Это буквально больше энергии, чем существует в конечной вселенной. Что означает, скорость света — абсолютный предел скорости в нашей реальности.

Еще одно последствие БС в терминах специальной относительности, может привести к нарушению причинно-следственной связи. Это слишком запутано, чтобы разбирать здесь подробно, но по сути специальная относительность говорит, что каждый человек (технически, система отсчета), движущийся с разной скоростью, видит вселенную по-разному, вплоть до того, в каком порядке происходят события. В частности, если осуществить БС, будут люди, которые «увидят» корабль, прибывающий до своего отбытия. Таким образом любой прибор БС может работать еще и как машина времени!

Так что, насколько известно современной науке, мы остались без БС. (Возможно, есть лазейки, которые мы упомянем ниже.)

Но с ранних дней научная фантастика хотела играть на большой сцене, так что все, кроме самых хардкорных НФ-пуристов, готовы немного поступиться правилами ради хорошей истории, включающей галактические империи. Для этого научная фантастика использовала несколько вымышленных методов для БС, часть их которых более научно достоверны, чем другие. Если вы хотите, чтобы ваша история выглядела научно, вам придется столкнуться с проблемой межгалактических дистанций, но будьте готовы взмахнуть рукой и пробормотать «магические слова», которые покажут, что вы будете играть как положено.

Варп-двигатель

За исключением тех двоих, хихикающих в углу потолка, все в научной фантастике знакомы со Звездным путем и его варп-двигателем, использующем кристаллы «дилитиума». В зависимости от того, к какому поколению вы принадлежите, спецэффекты отличаются, но базовая идея та же. Вы запускаете свой варп-двигатель и преодолеваете световой барьер, что позволяет ввязываться в приключения по всей галактике (в некоторых случаях и за ее пределами). Обычно здесь нет научного обоснования, но вы хотя бы преодолеваете проблему скорости света. Сейчас это приемлемый троп в НФ, и вы можете использовать его в ваших историях, хотя использование термина «варп-двигатель» может вызвать ассоциации со «Звездным путем». Если вы хотите использовать немного больше времени взмахивая руками и звучать профессиональней, можете сами назвать вашу версию БС-двигателя или просто упомянуть двигатель Алькубьерре (это настоящая научная идея, которая впервые была развита в 1994 году, но вернулись к ней сравнительно недавно, причем ее рассматривают ученые NASA — но все еще в теории!)

Гиперпространство

Гиперпространство — старая идея в научной фантастике, вдохновленная реальной математической концепцией. Хотя звучит оно интересно, математическое гиперпространство просто ссылается на измерения, помимо трех пространственных направлений, чтобы мы могли говорить о гиперпространстве или гиперкубе в четырех (или более) измерениях.

Ключом к БС сквозь гиперпространство является идея, что в разных гиперпространствах может быть разная шкал расстояний. Так что, пока в нашей нормальной вселенной, Проксима Центавра где-то в четырех световых годах от нас, мы можем представить более компактное гиперпространство, где дистанция куда короче — давайте будем абсурдны и скажем 4 километра. И в этом гиперпространстве путешествие к Проксима Центавра со скоростью обычной машины займет только несколько минут. Если мы переместим корабль в гиперпространство, мы сможем добраться очень быстро. В зависимости от нужд истории, вы можете сделать гиперпространственное путешествие короче или длинней, изменяя размер вашего измерения. В современной НФ есть примеры гиперпространств с различными шкалами, так что вы можете изменять скорость, двигаясь по гиперпространственной лестнице.

В более старой научной фантастике альтернативное пространство может иногда называться подпространством, подразумевая, что оно каким-то образом лежит под нашим трехмерным миром.

В НФ две основные версии гиперпространства:

Первый тип, это гиперпространство, в которое входят с помощью врат, зафиксированных в определенных точках вселенной. Часто такие места становятся важными политическими и стратегическими объектами. Врата «Вавилона 5» относятся к подобному типу, созданные неизвестной продвинутой расой инопланетян в далеком прошлом.

Вторая версия позволяет отдельным большим кораблям входить в гиперпространство и выходить из него с помощью двигателей в любой точке космоса. Опять же в «Вавилоне 5» у больших кораблей были прыжковые двигатели, открывающие им прямой доступ в гиперпространство, хотя, чтобы сберечь энергию, они могли использовать врата.

Кротовины

Кротовины обычно описывают, как сокращение пути сквозь сложенное пространство.

Ключевая идея в том, что если вы возьмете две точки, разделенные, скажем, пятью футами на большом листе бумаги, вы можете их сблизить, складывая или сгибая лист, пока они не будут почти касаться. Так что если стремительная улитка, способная путешествовать со скоростью 3 фута в час решит проползти из точки А в точку Б, это займет у нее (или него) около часа и сорока минут. Но если вы любезно сложите бумагу, чтобы А оказалась поверх Б, улитка может просто перепрыгнуть, преодолев пространство и потратив только минуту или две.

Разумеется это требует существование высшего физического измерения, в котором обычное пространство может быть сложено, и техники для искривления пространства. Существует две основные версии кротовин:

Во многих случаях кротовины представляются как естественное образование, результат какого-то естественного складывания нашей вселенной. Этот вариант используется у Дэвида Вебера в цикле «Хонор Харрингтон» или в недавнем фильме «Интерстеллар».

Другая версия — это искусственные и зафиксированные в пространстве кротовины (немного похоже на врата в «Вавилоне 5»). Этому типу подходят искусственные врата в «Звездных вратах».

У кротовин есть небольшая научная достоверность в том смысле, что они математически допускаются общей теорией относительности Эйнштейна. Одна классическая версия в физике известна как мост Эйнштейна-Розена. К сожалению, мы пока не знаем, как их создавать.

Гиперпрыжки

Другая версия БС называется просто: прыжок или гиперпрыжок. Здесь вы просто запускаете ваш прыжковый двигатель и мгновенно перемещаетесь в другое место. Сюда часто включают идею, что энергия, требующаяся для прыжкового двигателя, растет вместе с массой корабля, а дистанция прыжка увеличивается.

Эта форма БС используется в последней «переосмысленной» версии «Звездного крейсера “Галактика”». Если хочется добавить немного достоверности, можно описать возможный механизм, как создание очень короткой кротовины, соединяющей две точки в пространстве на мгновение.

В заключение

Использовать БС в научной фантастике не так уж сложно. Если вы не хотите сделать БС фундаментальной частью своей истории, вам достаточно использовать подходящий технический жаргон. Единственное исключение, если вы решите вспомнить о факте, что БС ведет к возможности нарушения причинно-следственной связи и путешествию во времени. В этом случае вам понадобится больше усилий, чтобы объяснить ситуацию.

Мой канал в телеграм