Учёные смоделировали крушение варп-двигателя

Представьте космический корабль, движущийся не за счёт обычных двигателей, а сжимая пространство-время перед собой. Звучит как фантастика, верно? Однако физики уже несколько десятилетий исследуют теоретическую возможность «варп-двигателей», и новое исследование, опубликованное в Open Journal of Astrophysics , делает ещё один шаг вперёд, моделируя гравитационные волны, которые такой двигатель может испустить в случае поломки.

Варп-двигатели — это классика научной фантастики, которая в теории может позволить кораблям двигаться быстрее света. Но существует множество проблем с их созданием на практике, таких как необходимость в экзотической материи с отрицательной энергией. Другие проблемы включают возможность создания замкнутых временных кривых, нарушающих причинность, и практические трудности в управлении и деактивации пузыря варп-двигателя.

Новое исследование стало результатом сотрудничества специалистов по гравитационной физике из Лондонского университета королевы Марии, Потсдамского университета, Института Макса Планка (MPI) по гравитационной физике в Потсдаме и Кардиффского университета. Исследование не претендует на решение проблемы варп-двигателей, но рассматривает теоретические последствия «сбоя удержания» варп-двигателя с использованием численных симуляций.

Доктор Кэти Клаф из Лондонского университета королевы Марии, первый автор исследования, объясняет: «Хотя варп-двигатели являются чисто теоретическими, они имеют четко определенное описание в теории общей относительности Эйнштейна, и численные симуляции позволяют нам исследовать их влияние на пространство-время в виде гравитационных волн».

Соавтор доктор Себастьян Хан из Школы физики и астрономии Кардиффского университета добавляет: «Мигель Алькубьерре создал первое решение варп-двигателя во время своей докторской диссертации в Кардиффском университете в 1994 году, а затем работал в MPI в Потсдаме. Поэтому естественно, что мы продолжаем традицию исследований варп-двигателей в эпоху гравитационно-волновой астрономии».

Результаты исследования впечатляют. Обрушение варп-двигателя порождает отчетливый всплеск гравитационных волн — рябь в пространстве-времени, которую могут зафиксировать детекторы гравитационных волн, обычно нацеленные на слияние черных дыр и нейтронных звезд. В отличие от сигналов от сливающихся астрофизических объектов, этот сигнал будет коротким и высокочастотным, что делает его недоступным для текущих детекторов.

Однако будущие высокочастотные инструменты могут его зафиксировать, и хотя такие инструменты пока не финансируются, технология для их создания уже существует. Это поднимает вопрос о возможности использования этих сигналов для поиска доказательств существования технологии варп-двигателя, даже если она не может быть создана в настоящее время.

Доктор Хан предостерегает: «В нашем исследовании начальная форма пространства-времени — это варп-пузырь, описанный Алькубьерре. Хотя нам удалось показать, что в принципе можно обнаружить наблюдаемый сигнал с помощью будущих детекторов, учитывая спекулятивный характер работы, этого недостаточно для разработки новых инструментов».

Исследование также рассматривает энергетическую динамику обрушения варп-двигателя. Процесс испускает волну материи с отрицательной энергией, за которой следуют чередующиеся волны положительной и отрицательной энергии. Этот сложный танец приводит к чистому увеличению общей энергии системы и, в принципе, может дать ещё один признак обрушения, если исходящие волны взаимодействуют с обычной материей.

Это исследование расширяет границы нашего понимания экзотических пространств-времени и гравитационных волн. Профессор Дитрих комментирует: «Для меня самым важным аспектом исследования является новизна точного моделирования динамики пространств-времени с отрицательной энергией и возможность расширения этих техник на физические ситуации, которые помогут нам лучше понять эволюцию и происхождение нашей Вселенной или избежать сингулярностей в центрах черных дыр».

Доктор Клаф добавляет: «Это напоминание о том, что теоретические идеи могут побуждать нас исследовать Вселенную новыми способами. Несмотря на скептицизм по поводу вероятности наблюдения чего-либо, я считаю, что это достаточно интересно, чтобы продолжать исследования».

Учёные планируют исследовать, как сигнал изменяется при различных моделях варп-двигателей и изучить обрушение пузырей, движущихся со скоростью, превышающей скорость света. Варп-скорость может быть далекой перспективой, но стремление понять тайны Вселенной продолжается, один смоделированный крах за раз.