Алькубьер Драйв без сверхсветовой скорости?

Двигатель Алькубьерре работает, искажая пространство вокруг пузыря: расширяя пространство позади него и сжимая пространство перед ним. Это хороший способ путешествовать со скоростью, превышающей скорость света, технически не путешествуя со скоростью, превышающей скорость света. Но основной механизм, стоящий за ним, может, получается, работать на любой скорости. Ничто в уравнениях не запрещает путешествия на субсветовой скорости.

Движение Алькубьерре относится к более общему классу пространственно-временных характеристик ( Натарио, 2001 ), а метрика, описывающая кривизну пространства вокруг него, частично определяется произвольным выбором функции.$x_s(t)$, откуда получаем скорость$v_s$путем дифференцирования:

К сожалению, даже путешествие с субсветовой скоростью становится жертвой одной из классических проблем оригинальной идеи Алькубьерре: оно по-прежнему требует отрицательной плотности энергии. Плотность энергии внутри пузыря, видимая сторонним наблюдателем, равна$\rho\propto -v_s^2$, и пока это идет к$0$как$v_s$идет к$0$, он по-прежнему отрицательный. Было бы неплохо, если бы путешествие со скоростью, превышающей скорость света, избавило бы нас от этого небольшого излома, но это не так.

Однако путешествие медленнее света — это улучшение в других отношениях. Например, определенные горизонты формируются (см. Finazzi et al. 2009 ), когда драйв достигает$v_s=c$; эти горизонты отсутствуют на субсветовых скоростях. Это обеспечивает связь (термин, который я использую здесь вольно) между пузырем и внешней вселенной. Горизонты исторически рассматривались как еще одна практическая проблема классического привода Алькубьера, наряду с отрицательной плотностью энергии.

Все это говорит о том, что да, вы можете использовать привод Alcubierre подсветовым образом. Дайте мне знать, как это происходит для вас.

Да. Метрика Алькубьерре может давать произвольные повышения как выше, так и ниже c . На самом деле, использование его для быстрого досветового путешествия технически более правдоподобно, чем сверхсветовое путешествие, для которого оно изначально исследовалось, потому что вы действительно можете правдоподобно управлять досветовым пузырем Алькубьерре. У сверхсветовых пузырей, как они понимаются в настоящее время, есть неблагоприятные характеристики: фактически они не позволяют никаким сигналам изнутри пузыря достигать границы, поэтому вы не можете ни включить, ни выключить его внутри. Пузыри субсветовой деформации, с другой стороны, не имеют этой проблемы.

Метрика Алькубьерре не зависит от времени, т. е. предполагает, что влечение всегда существовало в прошлом и всегда будет существовать в будущем. Он не описывает, как привод разгоняется до своей крейсерской скорости, и не описывает, как привод снова замедляется до состояния покоя.

Привод работает с использованием тора из экзотической материи. Как HDE 226868 описывает в своем ответе, это деформирует пространство-время таким образом, что двигатель движется с постоянной скоростью. Обратите внимание, что для этого не требуется подвода энергии, потому что пока объект движется с постоянной скоростью, т. е. не ускоряется и не замедляется, его кинетическая энергия постоянна. Однако требуется энергия для ускорения и требуется энергия для повторного замедления. Ваша проблема заключается в том, чтобы понять, как поставлять энергию.

Метрика Алькубьерре здесь вам не поможет, потому что, как я уже говорил, она не описывает ускорение или замедление. Чтобы запустить двигатель, вы должны были бы начать с широко разделенной экзотической материи, и вы должны были бы собрать ее вместе, чтобы сформировать тор. Когда вы сделаете это, диск начнет ускоряться. Тогда вам придется снова разделить материю, т.е. разобрать тор и разнести куски далеко друг от друга. Это остановило бы движение.

И потребуется энергия, чтобы собрать тор, чтобы запустить двигатель, затем потребуется энергия, чтобы разобрать тор, чтобы остановить двигатель. Это твоя проблема. Откуда вы получаете эту энергию? Приводам Алькубьерре нужны огромные массы - гигатонны массы. Вы должны выяснить, как втянуть эту огромную массу с большого расстояния, а затем вытолкнуть массу обратно на большое расстояние, когда вы хотите остановиться. Не очевидно, что это проще, чем просто разогнать обычный привод обычным способом. Если вам нужны сверхсветовые скорости, вам нужно что-то вроде двигателя Алькубьерре. Для субсветовых скоростей не очевидно, что это дает какие-либо преимущества.

Сноска : краткое примечание о требуемых массах. Первоначальный двигатель Алькубьерре требовал экзотической материи с массой Юпитера. Были сделаны различные модификации геометрии, чтобы уменьшить требуемую массу, и Гарольд Уайт из НАСА предположил, что ее можно уменьшить, хотя, насколько я знаю, он не опубликовал доказательства этого. Я видел цифру 800 кг в научно-популярных статьях, но не могу найти ее ни в одной из публикаций Уайта, поэтому не знаю, откуда взялась эта цифра. Его статью «Механика варп-поля 101» часто цитируют, но рисунка в этой статье нет.

Крис Ван Ден Брук предложил радикально иную геометрию, описанную в его статье « Варп-двигатель Алькубьерре: проблемы и перспективы» (боюсь, за платным доступом), которая может уменьшить требуемую массу до пренебрежимо малой величины. Однако для этого требуются настолько высокие плотности, что это физически необоснованно, т.е. на 77 порядков больше, чем плотность вещества в нейтронной звезде.

Так что на данный момент нет реальных предложений по уменьшению массы экзотической материи, необходимой для привода, до цифры, с которой мог бы разумно справиться космический корабль.

Для полноты картины я должен указать, что все физики, которых я знаю (включая меня), не верят в существование экзотической материи, так что этот вопрос в любом случае спорный.

В серии Odyssey One первые попытки создать работающий двигатель Алькубьерре не привели к созданию полного варп-поля, но удалось создать поле, искажающее массу всего, что находится внутри. Они использовали его, чтобы сделать корабли «легче» и, следовательно, сделать существующие методы движения гораздо более эффективными. Это позволило большому кораблю с экипажем около 300 человек достичь гелиопаузы примерно за 3 дня. Ничто в пределах поля также не испытало большего влияния физики. Есть отрывок, который объясняет, как силы масштабировались в обоих направлениях.

Не уверен, является ли что-то из этого на самом деле научным или просто лженаукой, но это была довольно замечательная сюжетная механика. Они используют эту конкретную технологию, чтобы также сделать истребители жизнеспособным инструментом космического боя, поскольку теперь они могут двигаться с большей гибкостью, не убивая пилота из-за чрезмерных перегрузок. Они также использовали его для создания смехотворно эффективных кинетических ракет, в основном поле уменьшало массу, чтобы разогнать ракету до релятивистских скоростей, затем в последний момент поле меняло направление, увеличивая массу в несколько раз по сравнению с тем, что есть на самом деле. В результате кинетического удара ядерные бомбы выглядели как стреляющие из мочой.

Опять же, звучит круто, не знаю, реалистично ли это.

Да, варп-двигатель Алькубьерре подойдет вам в научно-фантастическом сеттинге. В настоящее время нет абсолютных неопровержимых доказательств того, что это возможно, но нет и неопровержимых доказательств того, что это невозможно.

Вот несколько ссылок на серьезные текущие исследования возможности использования варп-двигателей Алькубьерре, будь то сверхсветовые или подсознательные. Ни в одной из статей абсолютно не требуется, чтобы диск был сверхсветовым, они просто предполагают, что лучше всего его использовать для сверхсветовой скорости. Я думаю, что идея использования двигателя в субсветовых целях — одна из неисследованных областей научной фантастики. Это избавляет автора от необходимости рассматривать релятивистское искажение времени/расстояния и влияние расширения на человека. В качестве сюжетного приема это отличный способ отмахнуться от них. Если вам 30 лет на космическом корабле, вашему близнецу 30 лет на Земле, а другому вашему близнецу 30 лет на другом корабле.

Большинство авторов, рассматривающих замедление времени, просто предполагают , что человеческий разум и биологические процессы могут справиться с тем фактом, что разум и тело должны быть моложе своих близнецов на Земле. Используя этот сюжетный прием таким образом, вы устраняете проблему того, что ваш будущий внук старше вас.

В других космических операх экипажи отправляются в дальние путешествия со скоростью 0,3 с и возвращаются домой к… своей жене и детям, которые стареют с той же скоростью. Чего-чего? Или у них есть товарищи по кораблю, которые были в академии в одно и то же время, в том же возрасте, несколько десятилетий назад, но побывали в разных командировках в разные периоды времени с разными вариациями c, но все же они одного возраста. На самом деле, такой двигатель пузыря пространства/времени почти всегда принимается в этих космических операх без объяснения причин как данность. ОП просто дает ему достоверное имя.

Только стоячая толпа участвует в речи студента о теории варп-двигателя.

Недавно Агнью предоставил только стоячие места на Форуме двигателей и энергетики Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA) в Индианаполисе, штат Индиана, с обзором современного состояния теории варп-двигателя и осуществимости будущей рабочей системы. на основании статьи, которую он написал. Советником Агнью является доктор Джейсон Кассибри, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники.

https://www.ua.edu/news/news/stand-room-only-crowd-engages-in-student-s-warp-drive-theory-speech

Ученые начинают серьезно относиться к варп-двигателям, особенно к одной конкретной концепции

В рамках сессии под названием «Будущее ядерных и прорывных двигателей» Агнью поделился результатами проведенного им исследования под названием «Исследование теории и технологии деформации для определения современного уровня техники и осуществимости».

Как объяснил Агнью переполненному залу, теория варп-движителя относительно проста.

https://www.sciencealert.com/how-feasible-is-a-warp-drive-here-s-the-science

Наконец, будет подробно представлен обзор испытательного стенда интерферометра варп-поля, реализуемого в Лаборатории усовершенствованной двигательной физики: Eagleworks (APPL:E) в Космическом центре Джонсона. В то время как механика варп-поля не пережила момент «чикагской сваи», инструменты, необходимые для обнаружения скромного экземпляра этого явления, всегда под рукой.

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015936.pdf

Исследование теории и технологии деформации для определения современного уровня техники и осуществимости

https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/6.2019-4288 Этот, к сожалению, находится за платной стеной и не может быть процитирован.

В прошлом году Сонни Уайт представил новую конструкцию (на фото вверху) двигателя Алькубьерре, который снижает потребность в энергии от общей массы-энергии планеты размером с Юпитер до массы-энергии Вояджера-1 (700 кг). .

https://www.extremetech.com/extreme/164326-nasa-discusses-its-warp-drive-research-prepares-to-create-a-warp-bubble-in-the-lab

Да, это научно-популярные источники, но действительно хорошие материалы находятся за платным доступом. Единственный способ для широкой публики получить представление о том, что в них содержится, — через эти научно-популярные публикации.

Но синопсис моего ответа заключается в том, что на диске проводятся заслуживающие доверия научные исследования, и это новое свидетельство действительно бросает вызов многим старым аргументам «невозможно». Требование «экзотической материи» и «невероятно огромные энергетические потребности» или даже требование «отрицательных плотностей энергии» на самом деле не поддерживаются как нечто большее, чем «инженерные проблемы», которые необходимо решить с помощью дальнейших научных исследований.

Итак, наука говорит, что вы можете идти. Нет непреодолимых проблем. Хороший, солидный, научно обоснованный сюжетный ход.

Этот вопрос мне близок и дорог. Я предложил использовать такой двигатель для корабля моего поколения по нескольким причинам.

Во-первых, мы действительно не знаем, какое влияние окажут релятивистские скорости на жизнь в целом и на человека в частности. Жизнь на Земле сформировалась специально, чтобы выжить в наших релятивистских рамках, биоритмах и циркадных ритмах, периодах беременности и тому подобном. Мы знаем, что жизнь на МКС, всего лишь незначительное увеличение скорости над Землей, вызывает значительные биологические изменения, которые нельзя отнести ни к чему конкретному и которые действительно могут оказаться «релятивистскими по своей природе». Человеческому телу почему-то не нравится «стареть» с другой скоростью, чем его двойник на Земле. Он просто ЗНАЕТ, что не должен быть таким молодым. Насколько я могу судить, эта возможность игнорировалась в научно-фантастическом мире. Но человеческое тело работает в 0,3 cсистемы отсчета к тому, для чего он был разработан? Насколько прочно «жизнь» и такие механизмы, как «душа», связаны с «домом» (нашей релятивистской структурой)? Будет ли жизнь всегда видеть себя с ЭТОГО конкретного ориентира? Пузырь пространства/времени устраняет всякую необходимость в каких-либо догадках. Тело стареет со скоростью, на которую оно было рассчитано, по сравнению с любым другим человеческим телом на Земле.

Во-вторых, приводу не нужна реактивная масса. Пока есть достаточно большой источник энергии, становится возможным путешествовать на очень большие расстояния с высоким значением дельта-v.

В-третьих, снимаются любые ограничения по массе корабля генерации. Реактивная масса должна быть пропорциональна массе корабля и совершенно бесполезна для конечной цели. Независимо от того, насколько эффективно или с какой скоростью он выбрасывается, реактивная масса в конечном итоге ограничивает размер корабля, и потребности в энергии всегда должны соответствовать исходной полностью загруженной реакционной массе в начальной точке. Ни одна из реакционных масс не имеет никакой цели или функции в конце путешествия, это пустая трата места и энергии. Окончательный размер корабля, использующего этот двигатель, зависит от количества энергии, которое он может производить, а не от реактивной массы, которую он несет.

В-четвертых, масса корабля не уменьшается за время пути, за исключением потери массы при переходе ее непосредственно в энергию. Таким образом, гравитация корабля не меняется. Полезное качество, если вы используете естественную гравитацию для увеличения искусственной гравитации. (Генераторы антиматерии, например, расходуют антиматерию. Я понимаю, что синтез и деление не приводят к точно такой же массе после того, как раньше.)

В-пятых, люди стареют с той же скоростью, что и их родственники на Земле. Никаких проблем с тем, чтобы вернуться и жениться на своей пра-пра-пра-племяннице. Если вы верите, что души могут каким-то образом соединяться на больших расстояниях, это может быть важно с психологической точки зрения.

В-шестых, все утверждения, требующие абсолютно невозможного количества энергии, относятся к перемещению со скоростью, превышающей с , требующей «отрицательной плотности энергии», требование, не обязательное для скоростей ниже с , насколько я могу судить.

В-седьмых, корабли достаточно большого поколения также позволяют размещать на борту большие коллайдеры. Аккуратный трюк, если вам нужны специализированные частицы.

Итак, в этом ключе я тщательно исследовал драйв (не поп-научный материал, который, как правило, представляет собой действительно жуткую тарабарщину, а настоящие научные постулаты), основанный на исходной формулировке и последующих переформулировках, и я ничего не нашел в уравнения, касающиеся работы или генерации самого привода с « с » в нем (уравнения с с в них все о требованиях двигаться со скоростью или быстрее, чем с , и, следовательно, потребность в с в качестве целевой скорости, но не в уравнения для создания самого пузыря), и я не нашел уравнений с буквой « с » в них, которые могли бы каким-либо образом повлиять на драйв. Одно предостережение в том, что, путешествуя точно в cможет быть некоторая проблема с бесконечной массой и энергией в пограничном слое пузыря. Возможно, ошибка «деления на ноль», поскольку бесконечность минус бесконечность равна нулю, или умножение на бесконечность. Любая вариация e = m****c ^2 действительно усложняется, если либо e , либо m бесконечны.