Нарушают ли тяговые лучи законы физики. Это зависит от обстоятельств.
реклама
Варп-двигатель. Технология телепортации с места на место. Обширная сеть межзвездных червоточин, которые перенесут нас в богатые инопланетные миры. Идеи, представленные в таких научно-фантастических фильмах, как "Звездный путь" Джина Родденберри, вдохновили миллионы людей на мечты о том времени, когда люди будут использовать технологии, чтобы преодолеть границы обыденности и исследовать Вселенную.
реклама
Но чтобы гарантировать кратчайший путь к превращению хотя бы некоторых из этих идей в настоящие научные прорывы, нам нужно довести такие концепции, как общая теория относительности, до высшей точки. Тяговые лучи, одна из самых экзотических идей, предложенных в этом направлении, которая предполагает управление процессом пространства-времени для притягивания или отталкивания объектов на расстоянии. Эта идея выводит нас за рамки повседневной парадигмы науки, на самый край теоретической физики. В недавнем исследовании, опубликованном на сервере препринтов, группа ученых изучила, как они могут работать.
"При исследовании таких фантастических идей, как тяговые лучи, цель состоит в том, чтобы подтолкнуть и попытаться найти демаркационную точку, где требуется нечто большее, например, квантовая гравитация", - сказал Себастьян Шустер, ученый с докторской степенью по математической физике из Карлова университета в Праге. А выяснив, могут ли притягивающие лучи работать, мы, возможно, откроем еще более экзотические силы, такие как квантовая гравитация". Так что держитесь крепче.
Теория варп-двигателя в исследованиях тягового луча
реклама
"Варп-двигатели, тракторные лучи, червоточины - все эти самые экзотические идеи мы часто встречаем в фантастике", - говорит Шустер. Вместе со своими коллегами он изучил, как притягивающие лучи могут работать в рамках общей теории относительности, где ткань пространства-времени изгибается и деформируется от воздействия массы, и этот процесс известен как гравитация. Ранее в этом году Шустер и его коллеги, Мэтт Виссер и Джессика Сантьяго из Университета Виктории в Веллингтоне, проанализировали ряд исследований, подтверждающих возможность создания жизнеспособного двигателя варп-двигателя. Их выводы не были подкреплены шумихой, которая окружает все новые теории о путешествиях быстрее скорости света, однако им удалось увидеть перспективы в экспериментах других фантастических идей в рамках общей теории относительности. Например, такие технологии, как тяговые лучи.
"Основная идея заключается в том, чтобы значительно модифицировать и адаптировать "варп-двигатель" пространства-времени таким образом, чтобы придать им "лучеподобный" профиль, и проанализировать вызванные напряжения и силовые воздействия", - пишут ученые. "Вместо космического корабля, движущегося внутри варп-пузыря, мы будем считать, что варп-поле имеет форму "луча", созданного для притягивания/отталкивания мишени". Конечно, пока нам не хватает технологических знаний, чтобы искривлять пространство-время с помощью современных машин, поэтому Шустер и его коллеги "предположили, что какая-то произвольно развитая цивилизация могла разработать подобную технологию генерации луча".
Нарушение условия нулевой энергии в рамках общей теории относительности
Поначалу этот тезис может показаться слишком абсурдным, но возможность управлять силой гравитационного притяжения и "притягивать" к себе массивные объекты изменит все. Представьте себе, как можно оттолкнуть от Земли опасный, грозящий апокалипсисом астероид, согнув вокруг него ткань пространства-времени, подобно кораблю, отброшенному гигантской волной. Или, что еще более правильно, почему бы не добыть это космическое тело? По крайней мере, уже найден один такой астероид, стоимость которого оценивается в 11 триллионов долларов, и если мы выведем его на комфортную орбиту, то все эти богатства можно будет доставить на ракете всего за несколько минут. Возможно, мы даже смогли бы медленно опустить его на поверхность Земли.
реклама
"Если рассматривать силу притяжения, то она действует так же, как тяговый луч и как две планеты, если их сблизить и отпустить (перед столкновением)", - говорит Шустер. "Но с лучом у вас есть что-то ограниченное по размеру, направленное и не выходящее за пределы нужного вам пространства". Если просто ограничить область, в которой мы хотим создать притягивающий луч, "этого уже достаточно, чтобы потребовались экзотические материалы, хотя у исследователей есть несколько наглядных примеров таких экзотических материалов, которые нарушают условия локальной версии энергии (так что они не такие уж и экзотические)".
Конечно, существуют и другие, внегравитационные формы тяговых лучей. "Самый известный пример предполагает использование своего рода звукового устройства", - говорит Шустер. " Обычно в таких случаях используется множество небольших динамиков, которые с помощью звука притягивают или отталкивают воздух к себе или от себя - фактически создавая акустический тяговый луч". Однако, как и звуковые волны, эта притягивающая энергия зависит от объема материи для распространения звуковой волны, или чего-то, в чем объект, который нужно "притянуть" ближе или дальше, может перемещаться. "Обычно это воздух", - сказал он. Но в космосе, "нет ничего, что могло бы создать звуковую волну". Поэтому Шустер, обратился к идее гравитационных полей как к способу перемещения объектов в пространстве.
Чтобы проверить работу тягового луча, который манипулирует тканью пространства-времени (или гравитацией), Шустер и его коллеги использовали несколько состояний энергии, одно из которых называется условием нулевой энергии (NEC). "По сути, NEC - это условие для частиц, движущихся со скоростью света. Независимо от того, какое направление или траекторию имеет частица на скорости света, она будет испытывать определенные физические воздействия, а NEC - это условие того, будут ли они положительными или отрицательными", - объясняет Шустер. "Если определенная комбинация этих величин всегда положительна, то NEC выполняется".
реклама
Команда Шустера использовала обычный свет для построения теоретической модели притягивающих лучей, основываясь на NEC, постепенно добавляя различные условия. Пока они не наткнулись на теоретическое противоречие. В рамках общей теории относительности предпосылки для притягивающих лучей, наложенные поверх NEC, не соответствовали действительности.
Теория квантовой гравитации может раскрыть секрет варп-двигателя, тяговых лучей многих других возможностей
"Поскольку в цепочке следствий мы начали с NEC, мы понимали, что она не сработает", - сказал Шустер, резюмируя причину, по которой тяговые лучи столкнулись с проблемами в рамках общей теории относительности. "У нас был список следствий, которые были нарушены, и поэтому мы понимали, что NEC не работает в нашей модели пространства-времени". А поскольку NEC является самым слабым из всех энергетических условий, исследователи сделили вывод, что и все остальные условия тоже будут нарушены. Но это не означает, что вся надежда на возможность создания притягивающего луча потеряна.
"Эффект Казимира - это один из реальных и доказанных эффектов, когда мы знаем, что эти энергетические условия нарушаются", - добавил он, ссылаясь на квантовый эффект, на успешное исследование которого ушли десятилетия. Если нарушение энергетических условий, таких как NEC, не обязательно исключает тяговые лучи, возможно, мы находимся на пороге нового вида физики. Сам по себе эффект Казимира слишком ничтожен и чувствителен, чтобы напрямую доказать существование чего-то вроде пространственно-временного континуума, которые мы видим в фантастических сериалах, таких как "Звездный путь".
Однако эффект Казимира все же демонстрирует, что важнейший порог - создание реальной, необычной силы, которая нарушает NEC - уже достигнут. "Это доказывает, что условия сохранения энергии могут быть нарушены, но также поднимает вопрос: Можно ли их нарушить контролируемым образом, в более доступном для нас масштабе?" - задается вопросом Шустер, имея в виду что-то более практичного размера, например, космический корабль. Другими словами, новая совокупность теорий о гравитации может изменить существующие законы. "Теория квантовой гравитации может дать окончательный ответ на вопрос, можно ли построить работоспособный притягивающий луч или нет, а также ответить на некоторые вопросы об экзотической материи", - сказал Шустер. Но пока, увы, не существует единого мнения о том, как будет работать квантовая гравитация. "Многим нравится говорить, что это теория струн, другие говорят, что это теория причинных множеств", - добавил он.
"Достаточно сказать, что существует множество различных теорий квантовой гравитации, что означает, наличие большого пространства для возникновения других физических явлений между настоящим моментом и экспериментально функционирующей версией квантовой гравитации, - сказал Шустер. И нам предстоит пройти долгий путь, прежде чем мы сможем это сделать". Это "граница, о которой мы знаем, что она есть, но мы не знаем всех территорий, которые нам придется пересечь, чтобы добраться туда". В некотором смысле это гораздо хуже, чем путешествие Фродо во "Властелине колец". Так что пока работа продолжается. Чтобы разработать экзотические гравитационные концепции, такие как варп-двигатели или тяговые лучи, нам может понадобиться всего одна общая теория..
реклама
Лента материалов
Соблюдение Правил конференции строго обязательно!
Флуд, флейм и оффтоп преследуются по всей строгости закона!
Комментарии, содержащие оскорбления, нецензурные выражения (в т.ч. замаскированный мат), экстремистские высказывания, рекламу и спам, удаляются независимо от содержимого, а к их авторам могут применяться меры вплоть до запрета написания комментариев и, в случае написания комментария через социальные сети, жалобы в администрацию данной сети.
Комментарии Правила