Ученые нашли решение для субсветового физически возможного варп-двигателя

Физики из США нашли решение для субсветового варп-двигателя, двигающегося с постоянной скоростью, которое удовлетворяет всем энергетическим условиям и не требует применения экзотической энергии. Для этого они разработали и применили программу компьютерного моделирования Warp Factory. Статья об исследовании опубликована в журнале Classical and Quantum Gravity.

В научной фантастике варп-двигатель — это общее название двигателей, позволяющих перемещаться космическим кораблям с субсветовыми или даже сверхсветовыми скоростями. В теоретической физике варп-двигатель — это гипотетическое устройство, способное создавать вокруг объекта искривление пространства и за счет этого перемещать объект со скоростями, во много раз превышающими скорости, достигнутые на сегодняшний день человечеством. В 1994 году Мигель Алькубьерре (Miguel Alcubierre), вдохновившись сериалом «Звездный путь», предложил первую физическую модель такого двигателя. Однако работа такого двигателя предполагала нарушение нескольких, если не всех, энергетических условий.

Лишь в 2021 году Алексей Бобрик (Alexey Bobrick) и Джанни Мартир (Gianni Martire) показали, что для субсветовых варп-двигателей возможно решение, не привлекающее отрицательную энергию для создания искажений пространства, и что теоретически такой двигатель можно создать из обычной материи. Однако в их модели, как и в других предыдущих физических моделях варп-двигателей, отсутствовал учет факторов функций отклонения и неплоских метрик, оба из которых считаются необходимыми для удовлетворения всех энергетических условий. Учет этих факторов делает уравнения Эйнштейна крайне сложными для аналитического анализа, поэтому поиск удовлетворяющего условиям решения продвигался крайне медленно.

В новой работе те же авторы совместно с Джаредом Фуксом (Jared Fuchs), Кристофером Хелмерихом (Christopher Helmerich), Люком Селлерсом (Luke Sellers) и Брендоном Мелчером (Brandon Melcher) из Нью-Йоркской Лаборатории прикладной физики перспективных двигателей и ряда других институтов нашли решение для субсветового варп-двигателя, двигающегося с постоянной скоростью, которое удовлетворяет всем необходимым энергетическим условиям. Для этого ученые разработали и применили программу компьютерного моделирования Warp Factory.

В результате физики получили решение, которое включает в себя наличие стабильной оболочки из обычной материи с положительной массой в формализме Арновитта — Дезера — Мизнера и распределение вектора сдвига, которое близко соответствует классическим решениям варп-двигателя, таким как метрика Алькубьерре. Ученые отмечают, что распределение вектора сдвига в таком решении нельзя свести к простому преобразованию координат.

Физики подчеркивают, что данное решение применимо только для двигателя, двигающегося с постоянной скоростью. Проблема ускорения и замедления такого двигателя остается нерешенной. Кроме того, создание такого двигателя требует технологий, не доступных на сегодняшний день человечеству, а также громадной массы вещества для оболочки. Впрочем, ученые предполагают, что необходимую массу для их решения можно будет уменьшить на порядки, используя прямую одномерную оптимизацию радиальных профилей плотности, давления и вектора сдвига.

Стоит отметить, что пока варп-двигатель остается лишь задачей теоретической физики и на данный момент космические агентства не занимаются его реальной разработкой.