Наука наносит ответный удар: проверка фактов в кинофильмах - Андреас Мюллер
Источник: ESO / M.Kornmesser
Добравшись до Проксимы, зонд сталкивается с одной сложностью: как затормозить, имея скорость 200 млн км/ч, чтобы без спешки исследовать соседнюю звездную систему? Если этого не сделать, зонд молниеносно пронесется мимо ближайшей к нам звездной системы, и тогда не видать нам снимков возможных обитателей иных миров как собственных ушей!
Астрономы из Института исследований Солнечной системы имени Макса Планка в Геттингене предложили тормозить так же, как ускоряться. Ну да, что-то такое и говорил герой Джорджа Клуни в «Гравитации» (см. главу 1): «Торможение — это то же самое, что ускорение». И он прав! Зонд естественным образом оказывается под действием излучения звезд системы альфа Центавра. Можно ли его как-нибудь пустить в дело для торможения? С точки зрения физики это вполне возможно — разве что для достижения нужного эффекта противопоставить излучению звезд придется «тормоз» гигантских размеров. Вот тут-то нам и пригодится так называемый световой парус. Его можно доставить на место в сложенном виде, буквально в карманном формате, и развернуть, как только станет необходимо остановить зонд. Астрономы предлагают изготавливать парус из графена — очень легкой, тонкой, но чрезвычайно устойчивой к разрывам углеродной пленки. Она практически невесома и все же утяжеляет зонд — хотя астронавты называют такие тяжести полезной нагрузкой — и тоже влияет на ускорение. Все это энергозатратно. В своих расчетах ученые исходят из того, что предполагаемый космический зонд будет весить менее 100 г и сможет развернуть парус на 100 000 м2 — а это все равно что 14 футбольных полей! При торможении скорость зонда на подлете к соседней звездной системе, естественно, начнет плавно снижаться, а значит, резко увеличится продолжительность всего полета: при таких условиях он продлится уже 140 лет.
Так что одинокий крошечный зонд может провести в космосе немало времени. Чтобы столкновение с каким-нибудь пролетающим мимо телом не поставило под угрозу весь проект Breakthrough Starshot, его создатели планируют отправить в сторону Проксимы множество зондов одновременно. Понятно, на что они надеются: хотя бы один да долетит и перешлет нам фотографии далекой звезды. Но пока что проект стоимостью несколько сотен миллионов евро еще не запущен.
Герои «Звездного пути» используют гораздо более продвинутый и экзотический двигатель, позволяющий космическому кораблю «Энтерпрайз» летать быстрее, чем свет: знаменитый варп-двигатель. Их космический корабль находится в некоем пространственно-временном искажении, варп-пузыре. Вопрос, как именно эта технология работает, в сериале, конечно, остался открытым. Интересно, что благодаря варп-двигателю произошел обмен идеями между фантастикой и наукой. Мексиканский физик-теоретик Мигель Алькубьерре, вдохновившись этой идеей, задумался о том, как такой двигатель может работать и не противоречить законам природы. Для своих расчетов он использовал общую теорию относительности Эйнштейна, взяв ее за основу для физического описания гравитации и ускорения. Он учел характеристики решения уравнения Эйнштейна, которые допускают, что искривление пространства-времени может перемещать такой объект, как космический корабль. И действительно нашел решение, выведя строго определенную форму искривленного пространства-времени. Она представляет собой волну пространства-времени, на которой космический корабль катается, как серфер в океане, перемещаясь вместе с ней. Чтобы волна пришла, перед космическим кораблем должно находиться обычное массивное тело. И тогда гравитация этого тела потянет корабль за собой. Ну а за космическим кораблем должно располагаться нечто, что «толкает» его вперед, некая антигравитационная сила. Космологи прекрасно поняли, о чем идет речь: о темной энергии. Именно ее обвиняют в ускорении расширения нашей Вселенной. Впервые это явление астрономы наблюдали в 1998 году на примере взрывов далеких звезд, а сегодня оно относится к стандартной космологии. Что именно скрывается за темной энергией — большая загадка. И снова в игру вступает виртуоз Эйнштейн. В 1917 году он вывел космологическую постоянную — лямбду, которая как раз оказывает антигравитационное действие. Она обладает отрицательным (!) давлением — это не способен понять ни один инженер, знающий только о нормальном давлении. И вот если нам каким-то образом удастся создать темную энергию за космическим кораблем, то мы воочию сможем наблюдать волну пространства-времени Алькубьерре.
Величайшее достижение Эйнштейна
Альберт Эйнштейн — эталон гениального физика. Этот человек внес в науку и технику огромный ценный вклад — и мы до сих пор пользуемся им. Его величайшим достижением, несомненно, стало создание в 1915 году общей теории относительности. В основе его математически сложной теории лежит частичное нелинейное дифференциальное уравнение. Решить его примерно так же трудно, как понять, что значат эти слова. Основная идея уравнения гравитационного поля на самом деле проста: «Масса и энергия указывают пространству и времени, как им искривляться. А искривленное пространство-время указывает объектам — частицам, свету, — как им двигаться». Вот и все. Пространство-время — это специальное решение уравнения Эйнштейна, которое описывает, например, гравитацию Земли, Солнца, черных дыр или расширяющейся Вселенной. Ну а полное решение этого уравнения найти в принципе невозможно. Уже в 1916 году немецкий астрофизик Карл Шварцшильд нашел первое решение уравнения Эйнштейна, описывающее материальные точки пространства-времени. Решение Шварцшильда (внешнее) является самым важным описанием пространства-времени.
Гениальнейший физик всех времен: Альберт Эйнштейн (1879–1955)
Волна пространства-времени Алькубьерре, благодаря которой космический корабль может перемещаться быстрее скорости света
Источник: «Википедия», AllentMcC
Для стороннего наблюдателя космический корабль движется даже быстрее, чем свет, причем находится он далеко от варп-пузыря! Это не противоречит теории относительности. В расширяющемся пространстве-времени это может произойти, потому что весь путь корабля в какой-то мере разделен на отрезки. В конкретном месте своего нахождения космический корабль движется медленнее скорости света — в полной гармонии с теорией относительности. В отличие от «Звездного пути», пространство-время Алькубьерре предполагает один недостаток такого двигателя: космический корабль в варп-пузыре изначально отделен от окружающей его среды. А значит, экипаж не может создавать волну пространства-времени или управлять ею, находясь внутри космического корабля, и в принципе хоть как-нибудь рулить.
Что такое пространство-время
Мы живем в мире трех пространственных измерений (длина, ширина и высота) и в одном временном измерении. Эйнштейн обнаружил, что эти четыре измерения не являются независимыми друг от друга. Скорее мы живем в четырехмерном пространственно-временном континууме. Да, он действительно существует, и док Эммет Браун из фильма о путешествиях во времени «Назад в будущее» (1984) не зря постоянно о нем говорил. Специальная теория относительности (1905) и общая теория относительности (1915) Эйнштейна
