Совершенно секретно: nasa разрабатывает варп-двигатель

Биография

Изучал физику на факультете естественных наук Национального автономного университета Мексики (НАУМ). Переехал в Уэльс в 1990 г., чтобы учиться в университете Кардиффа, где защитил докторскую диссертацию по численным решениям уравнений общей теории относительности в 1994 году.

С 1996 года работал в Институте гравитационной физики Общества Макса Планка в Потсдаме, где разрабатывал новые математические методы для описания физики чёрных дыр. С 2002 года — работает в Институте ядерных исследований НАУМ, где он координирует исследования по численным решениям уравнений теории относительности, — использование вычислительных мощностей огромных компьютеров («мэйнфрэймов») для постановки и решения физических уравнений, сформулированных Альбертом Эйнштейном.

Исследования

Чтобы доказать саму возможность искривления пространства, был проведен эксперимент с интерферометром под руководством физиков Уайта и Дэвиса. Интерферометр — это специальное устройство, генерирующее лазерный луч. С помощью системы зеркал и тороидального кольца конденсатора ученые планировали зафиксировать отклонения между основным и отраженным лучом.

Обработка данных показала, что отклонения по фазе ничтожно малы, но все-таки не нулевые. Скептиков не убедили эти показатели, так как полученные отклонения вполне входят в величину погрешности. Экспериментаторы сделали вывод, чтобы достоверно подтвердить возможность искривления пространства-времени электрическим полем, нужно увеличить чувствительность прибора до одной тысячной длины волны.

Difficulties:

However, there is are few problems with this theory. For one, there are no known methods to create such a warp bubble in a region of space that would not already contain one. Second, assuming there was a way to create such a bubble, there is not yet any known way of leaving once inside it. As a result, the Alcubierre drive (or metric) remains in the category of theory at this time.

Mathematically, it can be represented by the following equation: ds2= – (a2 – B_iBi) dt2 + 2B_i dxi dt + g_ijdxi dxj, where a is the lapse function that gives the interval of proper time between nearby hypersurfaces, Biis the shift vector that relates the spatial coordinate systems on different hypersurfaces and g_ij is a positive definite metric on each of the hypersurfaces.

Случай с двумя трубами

Во время того, как одна трубка Красникова не представляет проблем с причинно-следственной связью, Аллен Э. Эверетт и Томас А. Роман из университета Тафтса предположили, что две трубки Красникова, идущие в противоположность друг с другом, способны сотворить замкнутую, как время, кривую, которая нарушила бы причинно-следственную связь. Например, просто предположим, что построена трубка, соединяющая землю с определенной звездой, что расположена на расстоянии 3 тысяч световых лет. Астронавты путешествуют с такими скоростями, что путешествие по данной трубке занимает всего полтора года (с их точки зрения). Затем астронавты проложили вторую трубку вместо того, чтобы вернуться в первую, которую они произвели. Еще через полтора года корабельного времени они вернутся на Землю, но уже через 6 тысяч лет в будущем их ухода. Но сейчас, когда обе трубки Красникова на месте, космонавты из будущего способны путешествовать к звезде во второй трубке, а затем и на Землю по первой трубе, но достигнут они конечной точки маршрута на 6 тысяч лет раньше их вылета. Система из двух труб Красникова превратилась в машину времени.

В 1993 году Мэтт Виссер утверждал, что пара червоточин с индуцированной разницей часов не способны объединиться, не вызывая эффектов, что либо приведут к разрушению червоточины, либо простому взаимодействию друг с другом в виде отталкивания. Данное высказывание предполагает, что подобная ситуация не позволила бы появиться машине времени из пары труб Красникова. То есть флуктуация вакуума будет расти экспоненциально, и в конечном итоге уничтожит вторую трубку Красникова по мере приближения к пределу окружности, сходной со временем, в которой причинность нарушается.

Пузырь Алькубьерре или труба Красникова

Каждая из этих теорий предполагает осуществление искажения пространства-времени и перемещение космического корабля со световой скоростью (при определенных условиях). Учеными, сведущими в данной области, высказывается что-то наподобие следующего:

Изменение положения тела в пространстве со скоростью света возможно. Только двигаться необходимо либо в пузыре, в котором происходит искривление пространства и времени, либо в трубе (тоннеле), что способна соединить диаметральные точки мира (пространства).

То есть для трактовки сути движения со световой скоростью и последующего ее объяснения данные теории одинаково как пригодны, так и нет.

Другие сложности

Однако даже при подтверждении эксперимента интерферометром ученым предстоит решить массу других задач. Во-первых, как создать в космическом пространстве подобный пузырь, на который не распространялось бы искривление. Во-вторых, в опыте Уайта и Дэвиса использовалось напряжение до 20 кВ. Какую энергию нужно приложить для более существенных искривлений остается только догадываться.

Теоретически, такие объемы энергии можно получить путем аннигиляции материи и антиматерии. Однако последней за всю историю было создано не больше 100 нанограмм, не говоря о затратах в миллиарды долларов.

Другая загвоздка состоит в материале, из которого следует изготавливать тороидальное кольцо. Необходима так называемая «экзотическая материя». Первоначальные расчеты показали, что ее масса будет больше, чем всей видимой части Вселенной. Последующие уточнения помогли уменьшить показатель до массы нескольких Солнц. Однако сам факт существования экзотической материи остается открытым.

Космические корабли с варп-двигателем – это далекое будущее, но теоретическая база уже существует, осталось дело за первыми практическими шагами. В перспективе с коллегами планирует провести эксперименты на микроуровне, чтобы остаточно доказать возможность существования и работы технологии как таковой.

Version 0.3.7 for Kerbal Space Program 1.1.2

Released on 2016-06-20

0.3.7: June 20 2016

• Modified MainHull to have a Tokamak Reactor

• Modified FuelTank to contain LqdDeuterium and LqdHe3

• mod now also depends on CommunityResourcePack

• Modified SupportRing to contain Portable Hadron Collider

• Modified Joolscoop to extract XenonGas from any Atmosphere (i hope)

• Replaced IXSCommandPod’s IVA with FatCholesterol’s StarTrek-like IVA

resource flow for warp drive is now as follows:
Solar Panels -> ElectricCharge + LqdDeuterium (in Tokamak) -> more ElectricCharge(1.21GW!!!!) + LqdHe3 (in PHC) -> eXoticMatter + ElectricCharge + XenonGas (in Alcubierre Drive) = Warpspeed

Mod Dependencies

• mod now also depends on CommunityResourcePack

• IXS Warpship is incompatible KSPi Extended due to duplicate parts!

Случай с двумя трубами

Во время того, как одна трубка Красникова не представляет проблем с причинно-следственной связью, Аллен Э. Эверетт и Томас А. Роман из университета Тафтса предположили, что две трубки Красникова, идущие в противоположность друг с другом, способны сотворить замкнутую, как время, кривую, которая нарушила бы причинно-следственную связь. Например, просто предположим, что построена трубка, соединяющая землю с определенной звездой, что расположена на расстоянии 3 тысяч световых лет. Астронавты путешествуют с такими скоростями, что путешествие по данной трубке занимает всего полтора года (с их точки зрения). Затем астронавты проложили вторую трубку вместо того, чтобы вернуться в первую, которую они произвели. Еще через полтора года корабельного времени они вернутся на Землю, но уже через 6 тысяч лет в будущем их ухода. Но сейчас, когда обе трубки Красникова на месте, космонавты из будущего способны путешествовать к звезде во второй трубке, а затем и на Землю по первой трубе, но достигнут они конечной точки маршрута на 6 тысяч лет раньше их вылета. Система из двух труб Красникова превратилась в машину времени.

В 1993 году Мэтт Виссер утверждал, что пара червоточин с индуцированной разницей часов не способны объединиться, не вызывая эффектов, что либо приведут к разрушению червоточины, либо простому взаимодействию друг с другом в виде отталкивания. Данное высказывание предполагает, что подобная ситуация не позволила бы появиться машине времени из пары труб Красникова. То есть флуктуация вакуума будет расти экспоненциально, и в конечном итоге уничтожит вторую трубку Красникова по мере приближения к пределу окружности, сходной со временем, в которой причинность нарушается.

Personal life

Alcubierre was born in Mexico City. His father, Miguel Alcubierre Ortiz, a , arrived in Mexico shortly after the Spanish civil war with his own father, Miguel Alcubierre Pérez. Alcubierre has three younger siblings, among them is historian Beatriz Alcubierre Moya.

From elementary throughout high school, Alcubierre attended Colegio Ciudad de México. At the age of 13, his father bought for him a small telescope, and, together with Sci-Fi shows, as Star Trek, motivated him to pursue a scientific career. At the age of 15, after having read Patrick Moore and David Hardy’s , Alcubierre decided that he wanted to become an astronomer. He knew that in order to achieve this he would have to study physics first.

Background:

Since Einstein first proposed the Special Theory of Relativity in 1905, scientists have been operating under the restrictions imposed by a relativistic universe. One of these restrictions is the belief that the speed of light is unbreakable and hence, that there will never be such a thing as FTL space travel or exploration.

Visualization of a warp field, according to the Alcubierre Drive. Credit: AllenMcC

Even though subsequent generations of scientists and engineers managed to break the sound barrier and defeat the pull of the Earth’s gravity, the speed of light appeared to be one barrier that was destined to hold. But then, in 1994, a Mexican physicist by the name of Miguel Alcubierre came along with proposed method for stretching the fabric of space-time in way which would, in theory, allow FTL travel to take pace.

Звездный путь

Физик Мигель Алькубьерре разработал модель варп-двигателя после просмотра эпизода «Звездного пути».

Первое употребление выражения «варп-движение» датируется 1966 годом, когда Джин Родденберри запустил «Звездный путь». В течение последующих тридцати лет варп существовал только в виде одной из самых устойчивых концепций научных фантастов. Но однажды эпизод попался на глаза физику по имени Мигель Алькубьерре. Тогда он работал в области общей теории относительности и задался вопросом: что нужно, чтобы создать варп-двигатель? Свою работу он опубликовал в 1994 году.

Алькубьерре представил пузырь в пространстве. В передней части пузыря пространство-время сжимается, в то время как в задней части пузыря — расширяется (как во время Большого взрыва). Деформация будет слабо влиять на корабль, как обычная волна, несмотря на суматоху за пределами пузыря. В принципе, варп-пузырь может двигаться сколь угодно быстро: ограничение скорости света, предсказанное в рамках теории Эйнштейна, работает только с пространством-временем, а не с искажениями самого пространства-времени. В пузыре, как предсказал Алькубьерре, пространство-время останется неизменным, а сами космические путешественники — целыми и невредимыми.

Варп-двигатель сможет отправить путешественников не только за пределы земной орбиты, но и целой Солнечной системы. Уравнения общей теории относительности Эйнштейна очень сложны в одностороннем решении — вычислении того, как материя искривляет пространство-время, — но в обратную достаточно просты. Используя их, Алькубьерре выяснил, какое распределение материи необходимо для создания варп-пузыря. Но проблема в том, что решение выявило странную форму материи — отрицательную энергию.

В примитивном объяснении гравитация — это сила притяжения между двумя объектами. Каждый объект, вне зависимости от своей величины, притягивает окружающую его материю. В понимании Эйнштейна эта сила является кривизной пространства-времени. Отрицательная энергия, однако, является отталкивающей гравитацией. Вместо того, чтобы стягивать пространство-время, отрицательная энергия будет его расталкивать. Грубо говоря, для работы двигателя Алькубьерре нужна отрицательная энергия, чтобы заставить пространство-время позади корабля расширяться.

И хотя никто никогда не измерял отрицательную энергию, квантовая механика (добавим к списку парадоксов) предсказывает ее существование, а значит, ученые вполне могут создать ее в лаборатории. Одним из способов ее создания мог бы стать эффект Казимира: две параллельные проводящие пластины, расположенные достаточно близко друг к другу, должны создавать небольшое количество отрицательной энергии. Модель Алькубьерре рухнула в тот момент, когда потребовалось огромное количество отрицательной энергии, куда большее, чем можно создать — если верить ученым.

Уайт говорит, что нашел способ обойти это ограничение. В компьютерной симуляции Уайт изменял силу и геометрию варп-поля. Выяснилось, что в теории можно создать варп-пузырь, используя в миллион раз меньше отрицательной энергии, чем предполагал Алькубьерре, и достаточно для того, чтобы космический корабль мог сам ее производить.

Труба Красникова. Случай с одной трубой

Красников высказывает мнение о том, что несмотря на машину времени, как на аспект его метрики, она все же не имеет право нарушать закон причинно-следственной связи (причина предшествует последствию во всех системах и вдоль всего пространственно-временного пути), так как все точки вдоль кольцеобразного пути движения корабля со сверхсветовой скоростью всегда упорядоченны во времени и разделяются на определенные интервалы (в алгебраических выражениях, c2dt2 — это по определению больше, чем dx2 + dy2 + dz2). А это, в свою очередь, значит, что световое сообщение, отправленное по трубе Красникова, не будет использовано для передачи сигналов «назад во времени».

Труба Красникова. Случай с одной трубой

Красников высказывает мнение о том, что несмотря на машину времени, как на аспект его метрики, она все же не имеет право нарушать закон причинно-следственной связи (причина предшествует последствию во всех системах и вдоль всего пространственно-временного пути), так как все точки вдоль кольцеобразного пути движения корабля со сверхсветовой скоростью всегда упорядоченны во времени и разделяются на определенные интервалы (в алгебраических выражениях, c2dt2 — это по определению больше, чем dx2 + dy2 + dz2). А это, в свою очередь, значит, что световое сообщение, отправленное по трубе Красникова, не будет использовано для передачи сигналов «назад во времени».

Причины, по которым таковое движение не может претвориться в жизнь

Хотя метрика, предложенная Алькубьерре, согласуется с уравнениями поля Эйнштейна, она может не иметь физического смысла, и в этом случае такое движение не будет осуществляться. Даже если это физически значимо, его возможность не обязательно будет означать, что судно может быть построено. Предложенный механизм двигателя Алькубьерре подразумевает отрицательную плотность энергии и поэтому требует неизвестного вещества. Так что если неизвестной материи с правильными свойствами существовать не может, то и накопитель построить невозможно. Однако в конце своей оригинальной статьи Алькубьерре утверждал (следуя аргументу, разработанному физиками, анализирующими проходимые червоточины), что вакуум Казимира между параллельными пластинами может удовлетворить потребность в отрицательной энергии для двигателя Алькубьерре.

Другая возможная проблема состоит в том, что, хотя пузырь Алькубьерре согласуется с уравнениями Эйнштейна, общая теория относительности не учитывает квантовую механику. Некоторые физики представили аргументы в пользу того, что теория квантовой гравитации (которая включала бы обе теории) исключила бы те решения в ОТО, которые допускают обратное путешествие во времени (гипотеза защиты хронологии) и, таким образом, делают теорию Алькубьерре недействительной.

Attempts at Development:

In 1996, NASA founded a research project known as the Breakthrough Propulsion Physics Project (BPP) to study various spacecraft proposals and technologies. In 2002, the project’s funding was discontinued, which prompted the founder – Marc G. Millis – and several members to create the Tau Zero Foundation. Named after the famous novel of the same name by Poul Anderson, this organization is dedicated to researching interstellar travel.

In 2012, NASA’s Advanced Propulsion Physics Laboratory (aka. Eagleworks) announced that they had began conducting experiments to see if a “warp drive” was in fact possible. This included developing an interferometer to detect the spatial distortions produced by the expanding and contracting space-time of the Alcubierre metric.

The team lead – Dr. Harold Sonny White – described their work in a NASA paper titled Warp Field Mechanics 101. He also explained their work in NASA’s 2012 Roundup publication:

In 2013, Dr. White and members of Eagleworks published the results of their 19.6-second warp field test under vacuum conditions. These results, which were deemed to be inconclusive, were presented at the 2013 Icarus Interstellar Starship Congress held in Dallas, Texas.

When it comes to the future of space exploration, some very tough questions seem unavoidable. And questions like “how long will it take us to get the nearest star?” seem rather troubling when we don’t make allowances for some kind of hypervelocity or faster-than-light transit method. How can we expect to become an interstellar species when all available methods with either take centuries (or longer), or will involve sending a nanocraft instead?

At present, such a thing just doesn’t seem to be entirely within the realm of possibility. And attempts to prove otherwise remain unsuccessful or inconclusive. But as history has taught us, what is considered to be impossible changes over time. Someday, who knows what we might be able to accomplish? But until then, we’ll just have to be patient and wait on future research.

We have written many articles about the Alcubierre “Warp” Drive for Universe Today. Here’s Warp Drives Probably Impossible After All, Warp Drives and Cloaking Devices not just Science Fiction Anymore, Warp Drive May Come with a Killer Downside, Astronomy Without a Telescope – Warp Drive on Paper, and Zoom, Zoom, Zoom: Gorgeous Warp Ship Design Delights The Internet.

If you’d like more info on the Alcubierre “Warp” Drive, check out an article from Wikipedia. Also, check out another article about the warp drive spaceship engine.

We’ve also recorded an entire episode of Astronomy Cast all about Light Echoes. Listen here, Episode 215: Light Echoes.

Sources:

• Wikipedia – Alcubierre Drive
• NASA – Is Warp Drive Real?
• NASA – Warp Field Mechanics 101 (by Dr. Harold Sonny White)
• University of Washington: CENPA – The Alcubierre Warp Drive
• Tau Zero Foundation

Пузырь Алькульберре

Пузырь Алькубьерре, или двигатель Алькубьерре (или метрика Алькубьерре, ссылаясь на метрический тензор) — это спекулятивная теория, что основывается на решении уравнений гравитационного поля (уравнения Эйнштейна) в ОТО, она была предложена мексиканским физиком-теоретиком по фамилии Алькубьерре. Согласно этой теории, космическое судно способно настигнуть чего-либо быстрее, чем это сделает свет, но с условием возникновения плотности энергии поля меньшей, чем в вакууме (явление отрицательной массы).

Вместо того чтобы превышать световую скорость в рамках локальной СО, космический аппарат будет преодолевать расстояния, изменяя пространство (сокращая его спереди и расширяя позади себя), что приведет к крайне быстрому перемещению этого объекта. Такого рода искажение пространства и называется пузырем Алькубьерре. Согласно законам физики, тела не могут ускоряться до световой скорости в рамках естественного положения пространства и времени; вместо этого, согласно теории Алькубьерре, тело будет перемещать пространство вокруг себя таким образом, чтобы оно очутилось на месте назначения быстрее, чем свет, не нарушая никаких физических законов.