Что, если бы вы полетели на своем космическом корабле в черную дыру?

В наши дни, в частности благодаря «Звездному пути», этот термин очень хорошо знаком. Это почти общее обозначение сверхскоростного путешествия через гиперпространство. Будет ли когда-нибудь существовать варп-драйв — это проблема физики, которую исследователи все еще пытаются решить, но пока она теоретическая.

Недавно двое исследователей изучили, что произойдет, если корабль с варп-двигателем попытается попасть в черную дыру. В результате получился интересный мысленный эксперимент. Возможно, он не приведет к созданию варп-двигателей размером со звездолет, но, возможно, позволит ученым когда-нибудь создать более компактные версии.

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

Теоретически гравитационное поле черной дыры уменьшит количество отрицательной энергии, необходимой для поддержания работы привода.

Если это произойдет, то корабль сможет пройти через нее и каким-то образом использовать ее, чтобы попасть в другое место, не будучи раздавленным. Более того, математика, лежащая в основе этой идеи, указывает на возможность создания мини-варп-двигателей в лабораторных условиях.

Что такое варп-двигатель?

Могут ли ученые создать микро- или мини-варп-двигатель в лаборатории? 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 космические расстояния, путешествие к ближайшей звезде заняло бы годы (если бы мы могли двигаться со скоростью света).

Путешествие через галактику или к более отдаленным галактикам займет годы и много жизней. Поэтому, если вы хотите стать космическим кораблем, вы должны путешествовать быстрее света (FTL).

Как это сделать? Вот тут-то и приходят на помощь варп-двигатели. Теоретически они позволяют поместить космический корабль в пузырь, который может пронестись сквозь пространство со сверхсветовой скоростью.

Именно так звездолеты в «Звездном пути» (и других фантастических историях) преодолевают огромные расстояния так быстро. Корабли «Звездного пути» используют источник энергии в «варп-ядре» для питания генераторов варп-поля. Они создают пузырь варпа в подпространстве. Корабль использует его, чтобы попасть туда, куда нужно команде.

Нравится ли физикам варп-двигатель?

Такой варп-двигатель — заманчивая идея со множеством оговорок. Например, для генерации варп-поля требуется безумное количество энергии. Некоторые физики предполагают, что для этого потребуется больше энергии, чем мы способны произвести. Для создания такой энергии потребуется огромное количество экзотической материи — что-то вроде «унобтаниума». А это уже проблема.

Другие говорят, что создание такого привода противоречит нашему нынешнему пониманию физики пространства-времени. Однако это не мешает никому строить догадки о том, как это можно сделать. Например, в 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре предложил идею такого привода.

Он предположил, что он может создать пузырь, который будет смещать пространство вокруг объекта. Он продолжил свои исследования по созданию корабля, который мог бы перемещаться быстрее света.

Однако он и другие исследователи по-прежнему указывают на различные проблемы, связанные с созданием и поддержанием варп-двигателя. В их числе идея о том, что такой привод фактически изолирует себя от остальной Вселенной. Кроме всего прочего, это означает, что корабль не может контролировать привод, который заставляет его двигаться. Так что еще есть несколько ошибок, над которыми нужно поработать.

О черных дырах

Нам наиболее знакомы черные дыры звездной массы и сверхмассивные. Они также имеют аккреционные диски, которые доставляют материал в черную дыру.

Например, центральная сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А* в нашей собственной галактике Млечный Путь периодически заглатывает материал. Затем она испускает излучение. Другие, более активные галактики посылают струи вещества, выбрасываемого при непрерывном питании центральной сверхмассивной черной дыры.

Черная дыра — это скопление массы с настолько сильной гравитацией, что ничто, даже свет, не может ее покинуть. В своем исследовании о черных дырах и варп-двигателях авторы использовали черные дыры Шварцшильда.

Эти так называемые простые «статические» 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 пространстве.

Когда корабль с варп-двигателем попадает в черную дыру

Черная дыра Шварцшильда — это «идеальная» черная дыра, которая используется в теоретическом исследовании пересечения горизонтом событий варп-драйва. Чтобы разобраться со сценарием, Гараттини и Затрималов решили математически объединить уравнения, описывающие черную дыру и уравнения, описывающие варп-двигатель.

Среди прочего, они обнаружили, что можно «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 пузырь искривления движется со скоростью меньше скорости света, то он эффективно стирает горизонт черной дыры.

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

Немного изменим черную дыру

Интересно, что команда также предполагает, что если пузырь искривления движется медленно и намного меньше горизонта черной дыры, то он может увеличить энтропию черной дыры.

Однако, как они заявляют в своих заключительных аргументах, «существуют потенциальные проблемы в других физических ситуациях: в частности, когда варп-двигатель полностью поглощается черной дырой, он может уменьшить ее массу и, следовательно, энтропию.

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

Технологии варп-двигателей еще предстоит увидеть

Несмотря на то, что теоретически это исследование может оказаться ценным и привести к лабораторному созданию мини-черных дыр, остается много вопросов. Возможно, в будущем, когда мы поймем квантовую механику, лежащую в основе обоих этих объектов, технология варпа покажется нам несомненной.

Если это так, то во время путешествия кораблей через черные дыры мы можем столкнуться со странным временем. Например, сигналы изнутри черной дыры мог бы передавать варп-пузырь, сливающийся с сингулярностью.

Это позволило бы нам передавать изображения или записи того, каково это — внутри горизонта событий, о чем сегодня никто не знает. Есть также шанс, что эти страшные черные дыры сделают варп-двигатель менее сложным в реализации, поскольку ему не потребуется столько экзотического исходного материала «отрицательной энергии».

Однако, перед тем как двигаться в таком смелом направлении, ученым предстоит решить множество проблем, касающихся не только физики, но и этических аспектов исследования черных дыр. Представьте себе, что мы получаем возможность наблюдать за внутренним миром черной дыры. Каковы будут последствия, если мы решим использовать эти знания? Как это повлияет на наше понимание жизни, материи и самого времени?

Также следует учитывать вероятные риски. ВТО требует прецизионного контроля и тщательного расчета. Одно неверное действие при активации варп-двигателя, и мы можем невольно создать условия для катастрофы. Исследование окружающего пространства с варп-двигателем, зная о могуществе черной дыры, может привести к опасным последствиям. Как мы будем управлять такой мощью?

Научное сообщество также ставит под сомнение, как такие технологии могут изменить наше общество. С одной стороны, варп-двигатели откроют новые горизонты в космических путешествиях, сократив время перемещения до нескольких часов между далекими звездами. С другой стороны, возникнет вопрос о праве доступа к таким технологиям. Что будет с теми, кто не сможет позволить себе эти путешествия? Можно ли позволить себе новые «космические привилегии»?

По мере развития идей о варп-двигателях, нам придется не только разобрать научные аспекты, но и глубже задуматься о философских и социально-экономических последствиях. Это вызов, который мы должны быть готовы принять, если хотим шагнуть в новую эру космических исследований.

Тем не менее, несмотря на все неопределенности, исследование варп-технологий продолжает двигаться вперед. Компании и университеты работают над прототипами и теоретическими моделями. Возможно, в течение следующих десятилетий именно мы станем свидетелями создания технологий, которые поменяют наше восприятие Вселенной навсегда. В этом контексте, варп-двигатели могут стать не просто мечтой, а реальностью, открывающей путь к звездам.