Однако не так давно интерес ученых вызвало событие, связанное еще с одним способом искривлять пространство-время.
Пузырь Алькубьерре
Помимо кротовых нор, еще одним способом преодолеть световой барьер могут стать пузырь Алькубьерре и соответствующий двигатель. Мне довелось однажды брать интервью у мексиканского физика-теоретика Мигеля Алькубьерре[46]. Революционная идея в области релятивистской физики осенила его перед телевизором — не исключено, что он тогда впервые в жизни сел смотреть телевизор. В одной из серий «Звездного пути» его заинтересовал способ, при помощи которого звездолет «Энтерпрайз» мог лететь быстрее света. Он каким-то образом сжимал пространство перед собой, так что звезды казались не такими далекими. Собственно, «Энтерпрайз» не летел к звездам — звезды сами приближались к нему.
Представьте, что вы движетесь по ковру, а ваша цель — добраться до стола. Здравый смысл подсказывает простейший способ это сделать — пройти по ковру от одной точки до другой. Но есть и другой способ. Можно зацепить стол веревкой и тянуть его к себе, заставляя ковер собираться в складки. Не вы идете по ковру к столу, а ковер идет складками, и при этом стол подъезжает к вам.
Мигелю Алькубьерре пришла в голову интересная идея реализации подобного принципа. Обычно теоретики выбирают звезду или планету, а затем при помощи уравнений Эйнштейна рассчитывают искривление пространства вокруг нее. Но можно поступить и наоборот. Можно задать конкретную степень искривления и с помощью тех же уравнений определить, какая именно звезда или планета вызовет такое искривление. В качестве грубой аналогии можно посмотреть, как автомеханик собирает машину. Можно начать с тех частей, которые имеются под рукой, — это может быть двигатель, колеса, все что угодно — и собирать машину «вокруг них». А можно заранее выбрать необходимую вам конструкцию, а потом определить, какие для ее сборки потребуются части.
Алькубьерре перевернул Эйнштейнову математику с ног на голову и обратил вспять обычную логику физиков-теоретиков. Он попытался разобраться, звезда какого типа могла бы сжимать пространство перед собой и расширять его позади. К полному изумлению ученого, ответ оказался простым. Оказалось, что машина по искривлению пространства, показанная в «Звездном пути», представляет собой допустимое решение уравнений Эйнштейна! Может быть, варп-двигатель в конечном итоге не так уж невероятен.
Звездолет, оборудованный двигателем Алькубьерре, должен быть окружен пузырем искривленного пространства — пустотелым пузырем из вещества и энергии. Пространство-время внутри пузыря и вне его будут полностью изолированы друг от друга. При разгоне звездолета люди внутри ничего не почувствуют. Возможно, они вообще не заметят, что их корабль движется, хотя на самом деле он будет лететь быстрее света.
Полученный Алькубьерре результат потряс физическое сообщество — настолько он был нов и радикален. Однако после публикации статьи критики начали указывать на слабые места его теории. Несмотря на элегантность предложенной концепции сверхсветовых путешествий, она предусматривала не все возможные сложности. Если область внутри звездолета отделена от внешнего мира пузырем, тогда она не сможет обмениваться с внешним миром информацией, а значит, пилот космического корабля не сможет контролировать направление полета. Управлять будет невозможно. К тому же остается практический вопрос о создании варп-пузыря. Чтобы сжимать пространство перед собой, он должен будет иметь на борту запас топлива определенного типа — той самой минус-материи или минус-энергии.
Итак, мы вернулись к тому, с чего начали. Минус-вещество или минус-энергия — вот недостающее звено, необходимое для поддержания нашего варп-пузыря, а также наших кротовых нор, в стабильном состоянии. Стивен Хокинг доказал общую теорему, согласно которой все решения Эйнштейновых уравнений, допускающие движение со сверхсветовой скоростью, должны содержать в себе минус-материю или минус-энергию. (Иными словами, положительные материя и энергия, которые мы наблюдаем в звездах, способны искривлять пространство-время так, что с их помощью можно идеально описывать движение небесных тел. Но отрицательные материя и энергия искривляют пространство-время причудливым образом и порождают антигравитационную силу, способную стабилизировать кротовые норы, не давая им схлопываться, и разгонять варп-пузыри до сверхсветовых скоростей, сжимая перед ними пространство-время.)
Физики попытались рассчитать количество минус-материи или минус-энергии, необходимые для движения звездолета. Последние результаты показывают, что это количество эквивалентно массе Юпитера. Это означает, что лишь очень высокоразвитой цивилизации под силу использовать минус-материю или минус-энергию в качестве топлива для своих звездолетов, если это вообще возможно. (Однако не исключено, что количество минус-материи или энергии, необходимой для сверхсветового движения, уменьшится, поскольку расчеты сильно зависят от геометрии и размеров варп-пузыря или кротовой норы.)
В «Звездном пути», чтобы обойти это неудобное препятствие, постулировано существование редкого минерала под названием дилитий, кристаллы которого являются необходимым компонентом варп-двигателя. Сегодня мы знаем, что под названием «кристаллы дилития» может скрываться «минус-материя или энергия».
Эффект Казимира и минус-энергия
Кристаллов дилития на свете нет, но минус-энергия существует, и это оставляет открытым вопрос о наличии в природе кротовых нор, сжатого пространства и даже машины времени. И хотя законы Ньютона исключают существование минус-энергии, квантовая теория это допускает через эффект Казимира, который был предложен в 1948 г. и измерен в лаборатории в 1997 г.
Представим, у нас имеются две параллельные незаряженные металлические пластины. Когда их разделяет значительное расстояние, мы говорим, что между ними действует нулевая электрическая сила. Однако при сближении они загадочным образом начинают притягивать друг друга — получается, что мы можем извлечь из них некоторую энергию. Поскольку начинали мы с нулевой энергией, а, сблизив пластины, получили положительную, значит, сами пластины первоначально обладали отрицательной энергией. Причина этого нам не ясна. Здравый смысл говорит нам, что вакуум — это состояние пустоты с нулевой энергией, а на самом деле в нем кишмя кишат частицы вещества и антивещества, которые материализуются ненадолго из вакуума и тут же вновь аннигилируют. Эти «виртуальные» частицы появляются и исчезают так стремительно, что не нарушают законы сохранения вещества и энергии, то есть принцип, согласно которому полное количество материи и энергии во Вселенной всегда остается одинаковым. Постоянное бурление в вакууме порождает давление. Поскольку снаружи от параллельных пластин взаимодействий материя — антиматерия происходит больше, чем между ними, это давление подталкивает пластины друг к другу, создавая при этом минус-энергию. Это и есть эффект Казимира, который наглядно демонстрирует в квантовой теории возможность существования отрицательной энергии.
Первоначально, поскольку сила
