На границата между физика и фантастика: Уарп двигателят дава начало на космическа надпревара за разкриване тайните на вселената

Уарп двигателят е една от концепциите, преплитаща физика и фантастика с цел изследване дебрите на вселената. На практика е трудно да си представим скоростта на светлината, какво ли остава за космически апарат, движещ се с по-голяма скорост. Именно затова светът на физиката е толкова магнетичен – всяка научни хипотеза, някога е била просто абстрактна фантазия, породена от търсенето на отговори за непознатото. Замисляли ли сте се какво бихме могли да открием за вселената, ако свиването и разширяването на пространствено-времевия континуум („уарп балон“) стане възможно? Ще оставим този въпрос с отворен отговор засега, следващите редове обаче са не по-малко интересни, защото ще Ви запознаем отблизо с еволюцията на хипотезите за уарп двигателите.

Хитовият сериал „Стар Трек“ популяризира идеята за космическо пътуване между звездите със скорост, по-голяма от тази на светлината. Звездолетът „Ентърпрайз D“, представен в сериала, развива скорост до 9.8 уарпа. За сравнение уарп 1 е скоростта на светлината, уарп 9.9 е 21 400 пъти по-висока скорост, като нарастването е експоненциално.

Изследванията по отношение възможностите за реализиране на уарп двигател започват още в началото на 90-те години на миналия век. Всъщност през настоящата 2024 г. се навършват 30 години от първата публикация по темата на мексиканския физик Мигел Алкубиер. Научната му статия с провокативното заглавие „Уарп двигателят: свръхбързо пътуване в рамките на Общата теория на относителността“ излиза на бял свят през 1994 г., давайки сериозен тласък на хипотетичните модели в областта. Вълнуващата разработка обаче е съпътствана от сериозен проблем – необходимостта от „екзотична“ материя. Задвижването, което Алкубиер предлага, се базира на отрицателна енергия, за чието съществуване няма сведения. По това време, както и впоследствие до 2021 г., физиците се насочват и към загадъчната тъмна материя, предполагаем отговорник за ускореното разширяване на Вселената.

Една от теориите за космическо пътуване през време-пространството е тази за червеевите дупки. Те представляват хипотетични портали с форма на фуния, през които материята или дори космически кораб може да пътува на големи разстояния. Изследванията в тази област също са доста любопитни, а абстрактността на тематиката привлича множество гениални умове, но на този етап все още не е достигнато до солидно научно откритие, гарантиращо достоверността и съществуването на космическия феномен.

След публикуването на научния труд на Алкубиер започва интензивно изследване на теорията за уарп двигателите в рамките на общата теория на относителността и без въвеждането на червееви дупки. Проучванията са в посока възможно ли е пространство-времето, да се модифицира по начин, който позволява на космически кораб да пътува със свръхсветлинна скорост. В тази светлина на теорията въпросната скорост, надвишаваща в пъти тази на светлината, следва да е резултат от свиване и разширяване на пространство-времето, така наречения „уарп балон“ – разширяване зад космическия кораб и свиване пред него. Доказването на теорията и реализирането на уарп задвижване ще позволи междузвездното пътуване в галактиката ни и не само. Подобен прогрес би дал сериозен тласък за развитието на науката ни, както и отговори на фундаментални астрофизични въпроси.

В рамките на традиционната физика, в съответствие с теорията на относителността на Алберт Айнщайн, няма реален начин да се достигне и премине бариерата на скоростта на светлината. Изследванията, направени до 2021 г., показват, че за свръхсветлинното придвижване се изисква огромно количество хипотетични частици и състояние на материята с „екзотични“ физични свойства, такива като отрицателна плътност на енергията. Приемането на съществуването на хипотетичната отрицателна енергия позволява развитието на умозрителните концепции за деформация на пространството около космическия кораб, позволявайки му осъществяването на космически пътешествия със скорост, по-голяма от тази на светлината.

Възможно ли е достигане на свръхсветлинна скорост в рамките на теорията на относителността?

На няколко пъти споменахме 2021 г., но защо ѝ отдадохме такова значение? Това е заветната година, която фиктивно дели изследванията за уарп двигател на две ери – преобладаваща фантастика и физическа реализируемост на модела, базирана на научния напредък. Във втората ера от развитието на концепцията на уарп двигателите се откроява името на професор Ерик Ленц. Той предлага използването на нов клас свръхбързи солитони, чрез които да се постигне свръхсветлинна скорост. Те представляват вълни, които се държат като частици, съхранявайки своята форма и енергия при движение с постоянна скорост (в контекста на хипотезите по-голяма от тази на светлината).

Ленц е анализирал съществуващите изследвания за уарп-двигатели, разглеждащи раздуване и свиване на пространството зад и пред космическия кораб, докато той се намира в своеобразен балон, който го изолира от пространствената деформация. Съгласно теоретичните пресмятания на Ленц, тези свръхбързи солитонни решения могат да съществуват в рамките на общата теория на относителността. Те са резултат от положителни плътности на енергия, което елиминира необходимостта от „екзотична“ материя.

Дълго време надеждите за откриване на „екзотичната“ материя са се коренили в античастиците. Съвременните гравитационни тестова, на които са били подложени, доказват, че поведението им е идентично с това на конвенционалните частици. В случай че античастиците бяха реагирали на гравитационните сили по противоположен на познатата физика начин (вместо надолу, да се привличат нагоре), откритието би дало светлина по казуса за отрицателните маса и енергия. На практика обаче античастиците падат надолу, също както частицата с протонно ядро и електронна обвивка.

Уарп двигател извън рамките на научната фантастика

В новите изследвания, публикувани през настоящата 2024 г., учените предлагат решения за реализацията на уарп двигател, удовлетворяващ енергийните условия на конвенционалната физика. Под ръководството на Джаред Фукс (Jared Fuchs) от Университета на Алабама, Хънтсвил, екип специалисти демонстрира първия по рода си модел, който показва, че уарп двигателите могат да преминат изцяло в сферата на научните открития. Моделът използва сложна комбинация от традиционни и нови гравитационни техники, за да се направи „уарп балон“, който може да транспортира обекти с огромни скорости, независими от ограниченията на познатата физика. Той включва обединяване на стабилна обвивка от материя с разпределение на вектора на преместване, което точно съответства на метриката на Алкубиер.

За 30-годишен научен труд в областта е постигнат значителен напредък. Въпреки че едва през 2021 г. се появяват нови класове уарп двигатели, кулминиращи във физическо уарп решение, което не използва „екзотична“ материя, тенденцията е за бързо развитие и все по-съществени достижения, базирани на паралелния технологичен напредък. Безспорно обаче е необходим и напредък в науката за материалите, защото за реализирането на фантастичната концепция се изисква нещо повече от пластмаса и алуминий. Материалите, които се спрягат за подходящи за направата на действителен физически модел на уарп двигател, наподобяват течности със свръхвисока плътност. Постигането на тези екстремни плътности ще изисква нови научни достижение, които очакваме с нетърпения.

„Какво предстои в космическата надпревара за реализиране на пътуване до безкрая и отвъд?“, е още по-вълнуващ въпрос, който всеки любител на фантастиката вече си е или би си задал.

Източник на информация: en.wikipedia.org, futurist.bg, megavselena.bg, nauka.offnews.bg

Източник на снимковия материал: canva.com