Что, если бы вы направили свой космический корабль с варп-двигателем в черную дыру?

Варп-двигатели имеют долгую историю отсутствия, несмотря на их повсеместное присутствие в научной фантастике. Писатель Джон Кэмпбелл впервые представил эту идею в научно-фантастическом романе под названием «Острова космоса».

В наши дни, особенно благодаря Star Trek, этот термин очень знаком. Это почти общее обозначение сверхпорогового путешествия через гиперпространство. Будет ли существовать варп-двигатель когда-либо — это физическая проблема, которую исследователи все еще пытаются решить, но пока это теоретический вопрос.

Недавно два исследователя посмотрели, что произойдет, если корабль с варп-двигателем попытается попасть в черную дыру. Результатом стал интересный мысленный эксперимент. Возможно, он не приведет к варп-двигателям размером со звездолет, но может позволить ученым когда-нибудь создать их меньшие версии. Статья опубликована в журнале Физика Буквы Б.

Ремо Гараттини и Кирилл Затримайлов предположили, что такой двигатель может выжить внутри так называемой черной дыры Шварцшильда. Это при условии, что корабль пересечет горизонт событий со скоростью ниже скорости света.

Теоретически гравитационное поле черной дыры уменьшило бы количество отрицательной энергии, необходимой для поддержания работы двигателя. Если бы это произошло, корабль мог бы пройти сквозь нее и каким-то образом использовать ее, чтобы попасть куда-то еще, не будучи раздавленным. Более того, математика, лежащая в основе этой идеи, указывает путь к возможному созданию мини-варп-двигателей в лабораторных условиях.

Что такое варп-двигатель?

Могут ли ученые построить микро- или мини-варп-двигатель в лабораторных условиях? Хорошие вопросы. Чтобы понять работу команды, давайте рассмотрим основных участников этого исследования: варп-двигатели и черные дыры.

Идея вдохновлена ​​тем фактом, что ничто не может двигаться быстрее скорости света. Учитывая расстояния в космосе, путешествие к ближайшей звезде заняло бы годы (если бы мы могли двигаться со скоростью света). Путешествие через галактику или к более далеким галактикам заняло бы годы и много жизней. Так что, если вы хотите стать видом, путешествующим в космосе, вы должны путешествовать быстрее света (FTL).

Как бы вы это сделали? Вот тут-то и появляются варп-двигатели. Теоретически они позволяют вам поместить ваш космический корабль в пузырь, который может скользить сквозь пространство на сверхсветовой скорости. Именно так звездолеты в Star Trek (и других историях НФ) так быстро преодолевают огромные расстояния. Корабли Star Trek используют источник энергии в «варп-ядре» для питания генераторов варп-поля. Они создают варп-пузырь в подпространстве. Корабль использует его, чтобы добраться туда, куда нужно команде.

Нравится ли физикам варп-двигатель?

Такой варп-двигатель — заманчивая идея со множеством оговорок. Например, создание варп-поля требует безумного количества энергии. Некоторые физики предполагают, что это потребует больше энергии, чем мы способны выработать. Создание этой энергии потребует огромных объемов экзотической материи — чего-то вроде «анобтаниума». Так что это проблема прямо здесь.

Другие говорят, что создание такого привода противоречит нашему нынешнему пониманию физики пространства-времени. Однако это не помешало никому рассуждать о способах его реализации. Например, мексиканский физик Мигель Алькубьерре выдвинул идею такого привода в 1994 году. Он предположил, что он может создать пузырь, который будет сдвигать пространство вокруг объекта.

Он продолжил свои исследования о корабле, который мог бы добраться куда-то быстрее света. Однако он и другие по-прежнему указывают на различные проблемы как с созданием, так и с поддержанием варп-двигателя. Это включает идею о том, что такой двигатель эффективно изолирует себя от остальной вселенной. Среди прочего, это означает, что корабль не может контролировать двигатель, который заставляет его двигаться. Так что есть еще несколько ошибок, которые нужно исправить.

О черных дырах

Мы больше всего знакомы с черными дырами с точки зрения звездной массы и сверхмассивных. Они также обладают аккреционными дисками, которые переносят материал в черную дыру. Например, центральная сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А* в нашей собственной галактике Млечный Путь периодически поглощает материал. Затем она испускает выброс излучения. Другие, более активные галактики испускают струи материала, испускаемого по мере того, как центральная сверхмассивная черная дыра непрерывно питается.

Черная дыра — это концентрация массы с такой сильной гравитацией, что ничто, даже свет, не может ее покинуть. В своем исследовании черных дыр и варп-двигателей авторы использовали черные дыры Шварцшильда. Эти так называемые простые «статичные» черные дыры искривляют пространство-время, не имеют электрического заряда и не вращаются. По сути, они являются хорошими приближениями для математических исследований характеристик медленно вращающихся объектов в космосе.

Когда корабль с варп-двигателем попадает в черную дыру

Черная дыра Шварцшильда — это «идеальная» черная дыра для использования в этом теоретическом исследовании варп-двигателя, пересекающего горизонт событий. Чтобы выяснить сценарий, Гараттини и Затрималов решили математически объединить уравнения, описывающие черную дыру, и уравнения, описывающие варп-двигатель.

Среди прочего, они обнаружили, что возможно «встроить» варп-двигатель во внешнюю область черной дыры. Сам варп-пузырь намного меньше черной дыры и должен двигаться к ней. Гравитация черной дыры влияет на энергетические условия, необходимые для создания и поддержания варп-двигателя.

Это означает, что теоретически можно уменьшить количество отрицательной энергии, необходимой для поддержания варп-пузыря. Кроме того, исследователи предполагают, что если варп-пузырь движется со скоростью, меньшей скорости света, он фактически стирает горизонт черной дыры.

Исследовательская группа также описала идею о том, что такое явление может вызвать преобразование виртуальных частиц в реальные в электрическом поле. Если это так, то это может привести к созданию мини-варп-двигателей в лабораторных условиях.

Немного изменим черную дыру

Интересно, что команда также предполагает, что если варп-пузырь движется медленно и намного меньше горизонта черной дыры, он может увеличить энтропию черной дыры. Однако, как они заявляют в своих заключительных аргументах, «существуют потенциальные проблемные вопросы в других физических ситуациях: а именно, когда варп-двигатель полностью поглощается черной дырой, он может уменьшить ее массу и, следовательно, ее энтропию.

Аналогично, когда через черную дыру проходит более крупный варп-пузырь, он создает эффект «экранирования» и фактически устраняет горизонт, делая невозможным определение энтропии черной дыры в смысле Хокинга. Если варп-двигатели возможны в природе, эти проблемы указывают на то, что мы все еще не понимаем их с термодинамической точки зрения».

Технология варп-двигателя еще не изучена

Итак, хотя это исследование может оказаться ценным теоретически и может привести к лабораторному производству мини-черных дыр, остается много вопросов. Возможно, в будущем, когда мы поймем квантовую механику, стоящую за обоими этими объектами, мы сможем найти технологию варпа верным решением.

Если это так, то, пока корабли путешествуют сквозь черные дыры, мы можем столкнуться со странным временем. Например, сигналы изнутри черной дыры могут передаваться варп-пузырем, сливающимся с сингулярностью. Это позволило бы нам отправлять изображения или записи того, как обстоят дела внутри горизонта событий — то, о чем сегодня никто не знает.

Также есть вероятность, что эти устрашающие черные дыры могут сделать создание варп-двигателя менее сложным, поскольку им не понадобится так много экзотического исходного материала «отрицательной энергии».