Перемещения сквозь пространство и время

Человеком всегда движет тяга к неизведанному, у него даже есть специальный нейромедиатор – дофамин, который является химическим мотиватором к получению информации. Мозгу постоянно нужен поток новых данных и даже если эти данные не нужны для выживания – так уж получилось, что механизм есть и грех его не использовать.

В статье ниже, я бы хотел законспектировать научно-фантастические способы перемещения к далеким звездам и галактикам, доступные на данный момент в рамках научных теорий и гипотез.

Перед лицом космоса большинство людских дел выглядят незначительными, даже пустячными. Карл Саган, 1980 г.

Каждый человек хотя бы раз в жизни поднимал голову вверх, теплым летнем вечером и наблюдал за звездами. Глубина космоса притягивает и вызывает благоговение, кого-то, опять же, ненадолго, а кого-то на всю жизнь.

Что же там? Есть ли там жизнь? И какие чудеса могут быть на этих бесчисленных мирах?

Конечно, единственным способом отправится туда и узнать – это переместиться через пространство-время к этим далеким звездам, планетам, туманностям и даже – ГАЛАКТИКАМ.

Но увы и ах – время не то. Единственное, до куда достали наши технологии перемещения – это недалеко за пределы солнечной системы, благодаря автоматическим зондам проекта “Вояджер” из которых Вояджер-1 был запущен в 1977 году!

Но чтобы всерьез говорить о других мирах, нам нужна скорость как минимум равная скорости света, а в идеале – сверхсветовая.

Что мешает?

Тут все просто – всего то законы физики, причем фундаментальные.

Закон причинности

Суть в том, что следствие не может опережать причину. Никто никогда не наблюдал, чтобы, например, сначала замертво упала утка, а потом выстрелил охотник. При скоростях же, превышающих С, последовательность событий становится обратной, лента времени отматывается назад. В этом легко убедиться из следующего простого рассуждения.

Предположим, что мы находимся на неком космическом корабле, движущемся быстрее света. Тогда мы постепенно догоняли бы свет, испущенный источником во все более и более ранние моменты времени. Сначала мы догнали бы фотоны, испущенные, скажем, вчера, затем — испущенные позавчера, потом — неделю, месяц, год назад и так далее. Если бы источником света было зеркало, отражающее жизнь, то мы сначала увидели бы события вчерашнего дня, затем позавчерашнего и так далее. Мы могли бы увидеть, скажем, старика, который постепенно превращается в человека средних лет, затем в молодого, в юношу, в ребенка… То есть время повернуло бы вспять, мы двигались бы из настоящего в прошлое. Причины и следствия при этом поменялись бы местами.

Ограничения старины Альберта

(Специальная теория относительности)

Помимо проблемы причинности природа поставила еще более жесткие условия: недостижимо движение не только со сверхсветовой скоростью, но и со скоростью, равной скорости света, — к ней можно только приближаться. Из теории относительности следует, что при увеличении скорости движения возникают три обстоятельства: возрастает масса движущегося объекта, уменьшается его размер в направлении движения и замедляется течение времени на этом объекте (с точки зрения внешнего «покоящегося» наблюдателя). При обычных скоростях эти изменения ничтожно малы, но по мере приближения к скорости света они становятся все ощутимее, а в пределе — при скорости, равной С, — масса становится бесконечно большой, объект полностью теряет размер в направлении движения и время на нем останавливается. Поэтому никакое материальное тело не может достичь скорости света. Такой скоростью обладает только сам свет! (А также «всепроникающая» частица — нейтрино, которая, как и фотон, не может двигаться со скоростью, меньшей С.

Вообще по мимо того что описано выше проблем много, к примеру, на околосветовой скорости, при столкновении объекта массой 1 кг с песчинкой, высвобождается такое количество энергии, которое позволяет 10 тыс. тон стали превратить в пар за 1 секунду. Если сопоставить это с реальной массой звездолета, то мощность взрыва будет равна или превышать мощность ядерных процессов происходящих на Солнце.

Но умный в гору не пойдет, умный гору обойдет, ведь законы на то и есть, чтобы их нарушать…шучу, нарушить законы Вы не сможете, но научная фантастика (и околонаучная) предлагает нам способы перемещения, позволяющие обойти принципы СТО.

Способы сверхсветовых перемещений в пространстве-времени

Мосты Эйнштейна-Розена

Мосты Эйнштейна-Розена, также известные как червоточины или кротовые норы, являются, пожалуй, наиболее известными средствами межзвездных путешествий — и, скорее всего, на самом деле существуют. Общая теория относительности Альберта Эйнштейна предсказала существование червоточин, хотя обнаружить их пока не удалось.

Если говорить простым языком, мост Эйнштейна-Розена является туннелем в пространстве, вызванным деформированием пространства-времени. Массивные объекты, такие как звезды или черные дыры, искривляют время и пространство, как шар для боулинга искривляет батут. Достаточно массивный объект может настолько изогнуть пространство-время, что создаст связь между двумя, достаточно удаленными в обычном состоянии точками.

Представьте себе лист бумаги и две точки на нём. Вам необходимо добраться из одной точки в другую и, если вы будете передвигаться строго по поверхности бумаги, это «путешествие» займет какое-то время. Однако, если сложить лист так, чтобы точки совпадали, и проткнуть его в этом месте карандашом, то, воспользовавшись карандашом, как туннелем (или мостом), мы значительно сократим расстояние между точками.

Вход в кротовую нору часто представлялся в виде входа в туннель, что имеет смысл с учетом названия. Но это ошибочное представление. В фильме «Интерстеллар» этот момент показан правильно — с точки зрения наблюдателя в трехмерном пространстве червоточина должна выглядеть как сфера.

Червоточины — заманчивый метод осуществления межзвёздных перемещений, потому что они не требуют, чтобы вы превышали скорость света. Физика говорит нам, что ничто не может двигаться быстрее света. Но с червоточинами можно преодолевать огромные межзвездные расстояния, не нарушая этот закон

Варп двигатель

Варп, технология FTL, которая на данный момент имеет реальные шансы быть воплощенной в жизнь. Варп можно смело называть наиболее реалистичным способом передвижения выше скорости света из всех известных. Пускай он пока и остается лишь в виде формул на бумаге. Речь идет о двигателе Алькубьерре.

Принцип действия вытекает из способа обойти Специальную Теорию Относительности, постулирующую, что ничто в пространстве не может двигаться быстрее скорости света. «Тропинка» заключается в том, что данный постулат не распространяется на само пространство, которое может сжиматься и растягиваться от различных воздействий, например, гравитационного поля, Варп двигатель сжимает пространство перед кораблем и расширяет его позади корабля, передвигая пузырь обычного пространства вместе с кораблем вперёд.

Во вселенной Стар Трека такие двигатели развивают довольно скромные по стандартам научной фантастики скорости — странствия Энтерпрайзов были ограничены одним сектором галактики вблизи Солнечной Системы (~1500 световых лет), занимали годы и оставили кучу белых пятен и неисследованных областей.

Гиперпространство

Не так давно появились подробные экспериментальные данные с космического аппарата WMAP о неоднородностях температуры реликтового излучения, которое является одним из основных объектов наблюдения при изучении нашей вселенной. При анализе этих данных была обнаружена большая аномалия углового распределения флуктуаций реликтового излучения на низких гармониках. Одним из объяснений данного явления стала теория о том, что топология нашей вселенной отличается от трёхмерной плоскости или шара. При рассмотрении топологии нашей вселенной в виде додекаэдра, теоретические расчёты близко сходятся с экспериментальными данными.

«Плоскую топологически сложную трехмерную Вселенную можно построить только на основе кубов, параллелепипедов и шестигранных призм. В случае искривленного пространства такими свойствами обладает более широкий класс фигур. При этом наиболее хорошо полученные в эксперименте WMAP угловые спектры согласуются с моделью Вселенной, имеющей форму додекаэдра.» Михаил Прохоров, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела Релятивистской астрофизики Государственного астрономического института имени Штернберга.

Таким образом на возможность существования гиперпространства Вселенной, в которой присутствует наша ограниченная вселенная, указывают теории, основанные на практических данных о реликтовом излучении. Однако, даже если гиперпространство и существует, для того, чтобы перемещаться в этом пространстве нужен какой-то специальный двигатель.

Представьте, что перед вами долина, а вам нужно попасть в точку за долиной. Поскольку вы можете перемещаться только по плоской поверхности (в 2-мерном пространстве), то вам придётся или обходить препятствие или спускаться в долину, переходить её, а затем подниматься. А вот если в вашем распоряжении самолёт, который может двигаться в 3-мерном пространстве, то вы доберётесь куда вам нужно по прямой.

По сути гиперпространство имеет отличную от обычного 3-мерного пространства метрику и движение в нем похоже на движение в кротовой норе, только туннели могут соединять не одну, а сразу несколько точек, выходящие в обычное 3-мерное пространство. Более того, само перемещение в гиперпространстве будет визуально отличаться от перемещения в червоточине (вопреки распространенным иллюстрациям), так как трехмерная структура вселенной будет «обволакивать» путешественника внутри гиперпространственного пути. Думаю если такое возможно, то зрелище воистину завораживающее — видимые звезды, туманности или целые галактические кластеры — медленно расползаются и вытягиваются, меняя палитру цвета в ходе смещения в космологическую красную зону (?).

Идею гиперпространственного перемещения, на мой взгляд, удачно экранизировали в фильме «Контакт» 1997г. (по роману Карла Сагана, фильм удостоен премии Хьюго. 2-е место в списке наиболее достоверных научно-фантастических фильмов по версии НАСА). В нем установка, чертежи которой были получены сигналом от внеземной цивилизации, пойманного героиней фильма, создавала манипуляции с экзотической энергией и в результате «пропускала» кабину с человеком сквозь внутреннее пространство сферы. Судя по всему, кабина проваливалась в гиперпространство, в уже созданный «тоннель». Как оказалось этих тоннелей по всей галактике превеликое множество и все они созданы более древней цивилизацией. Ну это со слов представителя расы, сигнал которой поймала героиня фильма. Таки дела, ребята. Лично у меня этот фильм в топе. Но как показывает практика — не всем нравится.

Невещественное телепортирование

Мы знаем, что наиболее распространенное объяснение телепортации — это мгновенное перемещение материального объекта в пространстве на произвольное расстояние.
В данном контексте можно использовать и червоточину, но о ней мы уже говорили, поэтому поговорим о принципиально ином пути.

А интересует нас телепортация информации о веществе, вплоть до квантового снимка, состояния.

Процесс примерно следующий: Ваше тело помещают установку в пункте А, которая сканирует Вас вплоть до субатомных частиц и их квантового состояния, а затем оцифровывает Вашу копию. После этого квантовой состояние передается единым потоком по стандартным каналам связи. Но тут есть проблема – это запрет на сверхсветовую передачу данных, согласно СТО, с другой стороны если наука докажет существование гипотетических частиц, обладающих отрицательной или мнимой массой покоя, такие как тахион, информацию об объекте можно будет передать со сверхсветовой скоростью. А может даже и с помощью гравитационных волн (?). После этого в пункте Б человек воссоздается на квантовом уровне и вуаля — он уже в пункте назначения. Рассуждения по поводу «души», уничтоженной в установке А я опускаю, так как являюсь атеистом и не беру это в расчет (сорян).

Данный метод хорош тем, что для квантовой телепортации материального объекта не нужно использовать искривление пространства-времени и затрачивать огромное количество энергии. Проблема конечно в первоначальной доставке самой установки, которая будет воспроизводить объект в точке Б. Но его можно доставить и более долгими способами, не ограничивающимися одной или несколькими человеческими жизнями.

Обнуление массы

Все космические корабли вселенной Масс Эффекта так или иначе используют Нулевой Элемент, который генерирует обозначенный Эффект Массы, либо понижая массу объектов вокруг него, либо повышая её. Таким образом, удается повертеть Теорией Относительности и превысить скорость света.

Обычные путешествия между планетами и близко расположенными звёздами производятся с помощью FTL двигателей, способных лишь уменьшить массу корабля. Для межзвездных перелётов на дальние расстояния используются Масс Реле — громадные станции, построенные вокруг плотных ядер состоящих из элемента ноль. Реле обычно завязаны на один или несколько других реле и способны создавать коридор, в котором масса фактически исчезает, практически мгновенно перенося корабль на тысячи световых лет

Замкнутые времениподобные кривые

Последняя форма сверхсветового перемещения, которую мы рассмотрим, на первый взгляд кажется наименее научной.

В течение 55 лет сериал «Доктор Кто» рассказывал о приключениях во времени и пространстве Доктора и его/ее человеческих компаньонов. Какими средствами передвижения они пользовались? Большая синяя будка, известная как ТАРДИС (англ. TARDIS — Time and Relative Dimension in Space), которая может перенести их в любое место и любое время, какое они только захотят.

Построенные (или, скорее, выращенные) древней расой «Повелителей Времени», ТАРДИСы более волшебны, чем технология «Mass Effect». Как объяснял сам Доктор, его транспортное средство — это «шаткая-ваткая временная-швременная фиговина». Кажется, что при перемещении в ТАРДИСе есть какая-то задержка — то есть он ближе к гипердвигателю, чем к телепортатору. Но, по сути, ТАРДИС исчезает здесь, пролетает сквозь «временной вихрь» и появляется там. Это всё, что вам действительно нужно знать.

Или нет? Оказывается, что ТАРДИС имеет даже больше теоретической основы, чем гиперпространство.

В 2013 году физики Бенджамин К. Типпетт и Дэвид Цанг опубликовали документ, предлагающий теоретические основы создания реальной машины времени, т.е. способа путешествовать в свое прошлое. Статья называлась «Traversable Achnronal Retrograde Domains In Spacetime» (зацените аббревиатуру).

Типпетт и Цанг описывают путешественника во времени, находящегося в пузыре пространства-времени, который входит в замкнутую времениподобную кривую (по существу, такую же, как мост Эйнштейна-Розена). В пределах этой кривой путешественник может отправиться куда угодно на своей собственной временной шкале, в то время как внутри пузыря время, похоже, протекает как обычно.

Два физика даже предположили, что времениподобные кривые могут быть разделены и соединены, открывая возможность путешествовать не только по вашей собственной временной шкале, но и где угодно во времени и пространстве.

Ну вроде все, что я смог Вам предложить.

Наверняка я что-то упустил или даже перегнул в область фэнтези. Так что жду в комментариях Ваши версии.

Источник: habr.com