В сентябре прошлого года несколько сотен ученых, инженеров и энтузиастов космоса собрались в центре Хьюстона в отеле Hyatt на вторую публичную встречу в рамках проекта «Столетний космический корабль» (100 Year Starship). Эту группу возглавляет женщина-астронавт Мэй Кэрол Джемисон (Mae Carol Jemison), а финансирует Управление перспективных исследований и разработок Министерства обороны DARPA. Цель проекта – «превратить за сто лет в реальность полеты человека за пределы Солнечной системы к другим звездам».
По мнению большинства участников этой конференции, прогресс в деле пилотируемых полетов в космос и освоение космического пространства человеком идут очень медленно, что вызывает глубокое разочарование. Несмотря на то, что за последние десятилетия на эти цели были потрачены миллиарды долларов, космические агентства ненамного продвинулись вперед по сравнению с 1960-ми годами. Проект «Столетний космический корабль» призван ускорить процесс межзвездных перелетов за счет поисков и разработок новых многообещающих технологий.
На протяжении нескольких дней работы конференции присутствующие могли участвовать в симпозиумах по таким экзотическим темам, как регенерация органов и организованная религия на борту космического корабля. Одна из наиболее ожидаемых презентаций была озаглавлена «Прикладная механика искривления времени и пространства 102». С ней выступил представитель НАСА Гарольд Уайт (Harold White). Проработавший в НАСА девять лет и ставший ветераном агентства Уайт руководит программой передовых двигательных установок в Космическом центре Джонсона, находящемся от отеля Hyatt прямо через дорогу. Вместе с пятью коллегами он недавно подготовил «Дорожную карту космических двигательных установок» НАСА на 16 предстоящих лет, в которой излагаются цели агентства по перспективным космическим полетам. Этот план предусматривает разработку самых разнообразных проектов силовых установок, от усовершенствованных ракетных двигателей на химическом топливе до таких футуристических систем, как двигатели на антивеществе и на ядерном топливе. Но специализация Уайта, пожалуй, самая продвинутая: это варп-двигатели, или двигатели искривления.
Читайте также: Обама испортил праздник
Если говорить простым языком, то варп-двигатель позволяет передвигаться со сверхсветовой скоростью. Большинство людей считает, что это невозможно, что это явное нарушение теории относительности Эйнштейна. Но Уайт думает иначе. Во время симпозиума он за полчаса изложил физические принципы действия варп-двигателя, объяснив участникам такие понятия, как пузыри Алькубьерре и гиперпространственные колебания. Уайт рассказал, как недавно ему удалось рассчитать теоретические результаты, которые могут проложить путь к созданию настоящего варп-двигателя, и сообщил, что начинает физические испытания в своей лаборатории в НАСА, которую он называет Eagleworks.
Само собой разумеется, работающий варп-двигатель будет иметь колоссальное значение для полетов в космос. Он даст космическим исследователям возможность выходить за пределы не только земной орбиты, но и всей Солнечной системы. Как говорит Уайт, сейчас на полет до ближайшей к нам звездной системы Альфа Центавра может уйти 75000 лет. Но имеющие в своем распоряжении варп-двигатель астронавты смогут совершить это путешествие за две недели.
После остановки программы шатлов и в связи с возрастанием роли частного сектора в полетах на низкую околоземную орбиту агентство НАСА намерено сосредоточиться на смелых и дерзких полетах в отдаленные уголки космоса, не ограничиваясь ставшими уже провинциальными границами Луны. Однако достичь этих целей НАСА сможет лишь в одном случае – если спроектирует и создаст новые силовые установки. И чем быстрее это будет сделано, тем лучше. Спустя несколько дней после хьюстонской конференции руководитель НАСА Чарльз Болден (Charles Bolden) подтвердил высказывания Уайта. «Когда-нибудь мы выйдем на варп-скорости, - сказал он. – Мы хотим передвигаться быстрее света, и мы не намерены ограничиваться Марсом».
Также по теме: Сверхсветовая скорость - насколько это реально
Впервые выражение «варп-двигатель» было использовано в 1966 году, когда Джин Родденберри (Gene Roddenberry) выпустил на экраны свой сериал «Звездный путь». Следующие 30 лет слово «варп» (искривление) существовало исключительно как конструкт одного из самых долговечных научно-фантастических сериалов. Затем физик по имени Мигель Алькубьерре (Miguel Alcubierre) посмотрел один из фильмов этого сериала. В то время он писал работу по общей теории относительности и задал себе вопрос: как сделать так, чтобы варп-двигатель превратился в физическую реальность? В 1994 году он написал работу, в которой изложил физические принципы работы такого двигателя.
Алькубьерре предложил использовать для сверхсветового движения пузырь. Пространство «сжимается» перед таким пузырем и «разворачивается» за ним. Пространственно-временной континуум, соответственно, тоже разворачивается (наподобие «большого взрыва»). Деформации плавно толкают корабль вперед, как будто он скользит по волне, хотя вокруг него возникают возмущения. В принципе, варп-пузырь может перемещаться сколь угодно быстро, поскольку ограничения теории Эйнштейна по скорости света применимы лишь в рамках пространства-времени, но не искажений пространственно-временного континуума. Алькубьерре предсказал, что в самом пузыре пространство и время меняться не будут, и космические путешественники никак не пострадают.
Уравнения общей теории относительности Эйнштейна очень трудно решать в одном направлении, учитывая то, как материя искривляет пространство – но в обратном направлении оно решается довольно легко. Используя эту особенность, Алькубьерре рассчитал распределение материи, необходимое для создания такого варп-пузыря. Но проблема заключается в необходимости создания малопонятных областей пространства с отрицательной плотностью энергии.
Читайте также: Обнаружен бозон Хиггса
Согласно самому простому определению, гравитация это сила притяжения двух объектов. Каждый объект, даже самый маленький, обладает силой притяжения, которая воздействует на окружающую материю. Эйнштейн предположил, что эта сила является искривлением пространственно-временного континуума. Однако отрицательная энергия обладает отталкивающим действием. Вместо сведения пространства-времени воедино, она разводит их в стороны. Грубо говоря, чтобы модель Алькубьерре заработала, отрицательная энергия должна разворачивать пространство-время позади корабля.
Хотя измерить отрицательную энергию пока никому не удалось, квантовые механики предсказывают, что она существует, и что ученые смогут создать ее в лаборатории. Один из способов выработки такой энергии предусматривает использование вакуума Казимира. Две параллельные токопроводящие пластины, размещенные очень близко одна к другой, должны создавать такую отрицательную энергию в малых количествах. Но, как считает большинство ученых, недостаток модели Алькубьерре состоит в том, что негативной энергии требуется очень много, гораздо больше, чем ее можно создать.
Уайт говорит, что он нашел возможность обойти это препятствие стороной. В своей компьютерной модели он варьировал силу и геометрию поля искривления. Ученый определил, что теоретически он может создать варп-пузырь, используя в миллионы раз меньше отрицательной энергии, чем говорил Алькубьерре. Возможно, ее понадобится настолько мало, что средства выработки такой энергии можно будет разместить на борту космического корабля. «Благодаря моим выводам, - заявляет он, - невозможное стало вероятным».
Космический центр Джонсона расположился рядом с лагунами, где Хьюстон уступает место заливу Галвестона. Он похож на загородный университетский кампус, хотя там ведется подготовка астронавтов. Когда я приехал туда, Уайт встретился со мной в корпусе №15. Это малоэтажное строение состоит из коридоров, кабинетов и лабораторий, среди которых находится Eagleworks. Уайт надел тенниску с эмблемой своей лаборатории, на которой изображен орел, парящий над футуристического вида звездолетом.
Также по теме: NASA защищает надежность космических кораблей России
Свою карьеру Уайт начинал не с силовых установок. Он изучал общее машиностроение и инженерную механику, а в НАСА пришел в 2004 году, чтобы создавать робототехническое оборудование, проработав с 2000 года в качестве подрядчика космического центра. Со временем он возглавил робототехническое подразделение МКС, одновременно работая над докторской диссертацией по плазменной физике. И лишь в 2009 году он переключил свое внимание на двигатели, поскольку давно уже ими интересовался, и потому что именно они заставили его прийти на работу в НАСА.
«Санни (кличка Уайта – прим. перев.) человек уникальный, - говорит его начальник Джон Эплуайт (John Applewhite), возглавляющий отдел силовых установок в инженерно-техническом управлении космического центра. – Он определенно фантазер и провидец, но он также инженер. Он может взять возникшую у него идею и превратить ее в полезный инженерный продукт». Примерно в то время, когда Уайт пришел в отдел к Эплуайту, он попросил разрешения на открытие собственной лаборатории, чтобы заниматься в ней передовыми силовыми установками. Они придумал для нее патриотическое название Eagleworks по аналогии с легендарным отделением фирмы Lockheed Martin Skunk Works, занимавшимся проектированием секретных самолетов; а НАСА создало для лаборатории логотип в соответствии с его указаниями. Затем Уайт приступил к работе.
Уайт провел меня в свой кабинет, который он делит с коллегой, ищущим воду на Луне, затем повел по коридору в лабораторию. Пока мы шли туда, ученый рассказал мне о своих усилиях по ее созданию, назвав это «долгим и тяжелым процессом поиска путей для создания передовых силовых установок, которые помогут человеку в освоении космоса». Он говорил, растягивая слова, с легким южным акцентом, который приобрел за долгие годы жизни на юге – сначала в колледже в Алабаме, а затем 13 лет в Техасе.
Читайте также: Обновление камеры для тестирования телескопа Вебба
Уайт провел меня в лабораторию и показал ее главную достопримечательность, которая носит название Квантовый вакуумный плазменный ракетный двигатель малой тяги (КВПД). Это устройство похоже на гигантский красный пончик из бархата, прочно сидящий на сердечнике. Это один из двух проектов, осуществляемых лабораторией Уайта наряду с варп-двигателем. Он тоже секретный. Когда я спросил о нем, ученый заявил, что не может раскрыть никаких деталей, а может лишь сказать, что это более передовая технология по сравнению с варп-двигателем. В написанном им в 2011 году для НАСА докладе говорится, что в качестве топлива в открытом космосе в используются квантовые колебания, а поэтому космическому кораблю с КВПД реактивное топливо не нужно.
Эксперимент Уайта с варп-двигателем проходит в заднем углу помещения лаборатории. К маленькому столику болтами прикреплен гелиево-неоновый лазер с дырчатой решеткой, расщепителем пучка и черно-белой видеокамерой на основе устройства с зарядовой связью. Это интерферометр Уайта-Джудая для искривляющего поля, который Уайт назвал своим именем и именем Ричарда Джудая (Richard Juday) – вышедшего на пенсию сотрудника космического центра, который помогает ему анализировать данные с видеокамеры. Половина лазерного пучка проходит через кольцо – это проверочное устройство Уайта. Другая половина через него не проходит. Если кольцо не оказывает никакого воздействия, Уайт ждет появления в камере сигнала одного вида. Если пучок искривляет пространство, он говорит, что «картина интерференции будет резко отличаться».
Когда устройство включено, установка Уайта выглядит очень киногенично. Лазер ярко-красного цвета, а два луча пересекаются как световые мечи джедая. Внутри кольца есть два керамических конденсатора из титаната бария, которые Уайт заряжает до 23000 вольт. Уайт потратил на подготовку эксперимента полтора года, и говорит теперь, что конденсаторы создадут «очень мощную потенциальную энергию». Но когда я спрашиваю его, как будет создаваться отрицательная энергия, необходимая для искривления пространственно-временного континуума, он отвечает уклончиво. «Ну, это происходит … Я могу вам сказать лишь то, что могу сказать, а чего не могу – не скажу», - заявляет он. Уайт объясняет, что подписал ряд соглашений о неразглашении, и поэтому не может поделиться подробностями. Я спрашиваю, с кем он подписал эти соглашения. Он отвечает: «Люди приходят, желая поговорить о некоторых вещах. А я просто не могу больше вдаваться ни в какие подробности».
Также по теме: Экзопланета по соседству
Теория путешествия со сверхсветовой скоростью интуитивно понятна. Пространство-время деформируется, и создается движущийся пузырь. Но на этом пути есть существенные препятствия. Даже если Уайту удастся радикально уменьшить количество отрицательной энергии, о которой говорил Алькубьерре, ее все равно может понадобиться гораздо больше, чем смогут произвести ученые. Об этом говорит специалист по теоретической физике из Университета Тафтса Лоуренс Форд (Lawrence Ford), который за последние 30 лет опубликовал десятки научных статей на тему отрицательной энергии. Форд и прочие физики отмечают наличие фундаментальных физических ограничений, а не только инженерных проблем, связанных с выработкой нужного количества отрицательной энергии, которая может существовать в одном месте сколь угодно длительное время.
Еще одна проблема заключается в том, что для создания варп-пузыря, который перемещается быстрее света, ученым понадобится распределить отрицательную энергию вокруг корабля, разместив часть такой энергии перед ним. Уайт говорит, что не считает это особой проблемой, когда я спрашиваю его об этом. Он довольно невнятно объясняет, что варп-двигатель будет работать «благодаря имеющемуся аппарату, который создает необходимые условия». Но чтобы создать требуемые условия впереди корабля, надо распределить отрицательную энергию, которая будет двигаться быстрее света. А это противоречит теории относительности.
И наконец, варп-двигатель создает концептуальную проблему. В теории относительности перемещение быстрее света эквивалентно перемещению во времени. Говоря о том, что создание варп-двигателя возможно, Уайт фактически заявляет, что может создать машину времени.
Читайте также: Древняя галактика - самая далекая
Такого рода препятствия вызывают серьезные сомнения. «Думаю, что любое нормальное представление о физике говорит о том, что ничего из его экспериментов не получится», - заявляет физик из Университета Тафтса Кен Олум (Ken Olum), который участвовал в обсуждении экзотических двигательных установок на конференции по проекту «Столетний космический корабль» в 2011 году. Физик из Миддлбери-колледжа Ноа Грэм (Noah Graham), прочитавший по моей просьбе две работы Уайта, написал мне следующее сообщение: «Я не вижу никакой научной ценности в этих статьях, если не считать краткого изложения предыдущей работы».
Алькубьерре, работающий сегодня физиком в Национальном автономном университете Мексики, также выражает сомнения. «Даже если я нахожусь в космическом корабле в самой середине, и у меня есть отрицательная энергия, то я никак не смогу разместить ее там, где это нужно, - сказал он мне по телефону из своего дома в Мехико. – Идея прекрасная. Мне она нравится, потому что я сам о ней написал. Но есть целый ряд ограничений, которые я увидел с годами, и я не понимаю, как можно решить эти проблемы».
Слева от главного входа в Космический центр Джонсона лежит на боку ракета Saturn V. Ее ступени отсоединены друг от друга, чтобы можно было увидеть внутренности. Она огромна. Даже один из ее многочисленных двигателей размером никак не меньше маленького автомобиля, а если измерить ракету от носа до хвоста, то она будет по своим размерам на несколько метров больше футбольного поля. Это свидетельство того, насколько трудны полеты в космос. Кроме того, ей сорок лет, и те времена, которые представляет эта ракета, когда НАСА была частью грандиозной национальной программы по отправке человека на Луну, давно уже прошли. Сегодня Космический центр Джонсона напоминает место былого величия, но он уже сошел со своей горделивой орбиты.
Также по теме: Телескоп «Хаббл» помог разгадать тайну галактик-призраков
Революционные достижения в области двигательных установок могут стать предвестниками новой эпохи как для центра, так и для НАСА. И в определенной степени эта эпоха уже наступила. Запущенный в 2007 году исследовательский зонд Dawn изучает кольцо астероидов, используя для этого свои ионные двигатели. В 2010 году группа японских исследователей запустила первый межпланетный корабль Ikaros, который передвигается под солнечным парусом. Это другой тип экспериментальной силовой установки. А в 2016 году ученые планируют провести испытания плазменной системы VASIMR, которая предназначена для двигателей большой тяги на МКС. С помощью этих двигателей астронавты могут в один прекрасный день полететь на Марс, но отправить их за пределы Солнечной системы не удастся. По словам Уайта, чтобы добиться этого, НАСА придется браться за более рискованные проекты.
Варп-двигатель это, пожалуй, самый отдаленный и трудноосуществимый из всех проектов НАСА по созданию силовых установок. Научное сообщество утверждает, что создать его Уайту не удастся. Эксперты говорят, что он работает вопреки законам природы и физики. И тем не менее, НАСА его поддерживает. «Его финансируют не на том уровне, учитывая то, чего он намерен добиться, - говорит Эплуайт. – Думаю, управление проявляет немалый интерес к его работе и хочет ее продолжения. Это такие теоретические концепции, которые в случае их практической реализации могут стать переломным моментом».
В январе Уайт упаковал свой интерферометр и перевез его в новое помещение. Лаборатория Eagleworks выросла, и в своем первом доме ей стало тесно. Новая лаборатория больше, и он с энтузиазмом говорит о том, что она сейсмически изолирована, то есть, защищена от вибраций. Но пожалуй, самое лучшее в лаборатории также является самым многозначительным и симвличным. НАСА перевело Уайта в помещение, которое было построено для программы «Аполлон», той самой, в рамках которой Нил Армстронг и Базз Олдрин полетели на Луну.
Константин Кейкес – научный сотрудник фонда «Новая Америка» (New America Foundation).
Читайте также: В нашей галактике много планет, подобных Земле
-----
Комментарии читателей:
SciBolt
Читая статью, я понял, что это первоапрельский розыгрыш. Чем больше я ее читал, тем больше понимал, что это лишь хитрая попытка нас одурачить.
Vanderleun
Реальная проблема заключается в том, что наука всегда предлагала свои услуги исключительно за деньги. Много или мало в этой статье науки, популярна она или нет, но все же это – шутка.
Revtim
Зачем в статье рассказывают о запрете на раскрытие информации в НАСА, которое существует на деньги налогоплательщика? Это проект военного назначения?
Для вашей информации: те, кто считают, что это первоапрельская шутка, обратите внимание: я читал об этом парне и о его работе по пузырю Алькубьерре еще несколько недель назад. Возможно, поискав в Google Search, вы найдете ссылку на вышедшие ранее статьи.
cfs3corsair
Забавная статья с намеком на истинность, дабы ввести читателей в заблуждение относительно правдивости (серьезности) информации. Это шутка по случаю Дня дураков, а четыре комментария к статье, появившиеся до 1 апреля, пришли к нам через портал времени. Ха-ха!
