Как двигатель Алькубьерре может двигаться быстрее света?

Вы совершаете ошибку, которую очень легко совершить при переходе от понимания специальной теории относительности к общей теории относительности, то есть вы не думаете о вещах исключительно локально .. Когда мы переходим к ОТО из СТО, мы теряем очень важную часть физики — существование глобальных инерциальных систем отсчета. В искривленном пространстве-времени глобальных инерциальных систем отсчета просто не существует. Таким образом, многие измерения, которые не являются локальными, теряют смысл. (Техническое отступление: причина, по которой эти нелокальные измерения теряют свое значение в ОТО, заключается в том, что не существует независимого от пути определения параллельного переноса на искривленном многообразии. На плоском многообразии Минковского параллельный перенос тривиален и не зависит от пути, поэтому - могут быть выполнены локальные измерения локальных явлений - например, скорости). Итак, хотя имеет смысл измерять энергию или скорость частицы локальнов ОТО нет смысла измерять энергию или скорость частицы "со стороны". Измерение «скорости привода Alcubierre с точки зрения Galaxy C» просто не имеет смысла в GR. Суть привода Алькубьерре в том, что , говоря локально, привод на самом деле не движется, поэтому единственным четко определенным понятием скорости привода является 0.

В качестве аналогии можно рассмотреть концепцию «релятивистской массы» в СТО. Есть способы возиться с уравнениями и измерить «релятивистскую массу» объекта. Но на самом деле, если разобраться, релятивистская масса — это просто некоторый термин, который появляется в уравнениях — «правильный» способ измерения массы объекта — в системе покоя этого объекта. Точно так же единственный «правильный» способ измерения скорости в ОТО — локально.

Возможно, чтобы объяснить ответ @enumaris более простыми словами: когда вы искривляете пространство-время, вы теряете способность определять универсальное «сейчас» , даже то, которое относится к конкретному наблюдателю. То есть в общей теории относительности - и, следовательно, насколько мы можем судить, - в реальной Вселенной - бессмысленно спрашивать, "что происходит "прямо сейчас" в Галактике Андромеды". Галактика Андромеды занимает свой собственный поток времени, если хотите, по сравнению с нашим, и это также верно (в более ограниченной степени) для отдельных звезд внутри галактики из-за различной кривизны пространства-времени вокруг них.

Но на самом деле это не отвечает на вопрос, почему двигатель может «двигаться» быстрее скорости света. «Движение быстрее скорости света» можно строго определить в очень простом смысле — поскольку пространство-время, описанное в статьях, является абсолютно плоским, за исключением определенной области, его можно «глобально» сравнить с идентичной копией (со всеми соответствующие «ориентиры», включенные в оба) с выровненной областью искажения, и вы можете показать, что существует путь в пространстве варп-двигателя, который, если следовать, приведет вас из одного места плоского пространства-времени в другое как в правильное, а координатное время меньше, чем требуется свету для прохождения расстояния в соответствующем плоском пространстве-времени.

Кроме того, что касается причинно-следственных связей: в идеальном пространстве-времени Алькубьерра их не существует. Однако, когда вы добавите возможность иметь два пузыря Алькубьерре (упомянутые искаженные области) или возможность формировать и рассеивать пузырь из и в ничто более одного раза (например, варп-двигатель, который вы можете включать и выключать, как один то, что вы хотели бы использовать для реалистичных космических путешествий, было бы желательно), то вы можете легко придумать решения, которые будут нарушать причинно-следственную связь, и они фактически выглядят так же, как то, что вам нужно было бы сделать в обычной специальной теории относительности, чтобы отправить сообщение назад во времени, используя тахионы.

(Действительно, в знаменитом фильме «Звёздный путь IV» им не нужно было летать вокруг Солнца, чтобы вернуться в прошлое — просто организованных ускорений вместе с деформацией было бы достаточно, чтобы они достигли Земли перед отлётом.)

Актуальность локального и глобального различия особенно касается вопроса о «передаче информации со скоростью 120% скорости света», что является нарушением СТО . Нет никакого конфликта с барьером скорости света СИ , потому что, как было сказано, это чисто локальное явление: вы никогда не увидите, как вы догоняете фотон и проходите мимо него справа (или слева) от вас, независимо от того, где вы находитесь. в любом пространстве-времени или что вы делаете. Вот что имеется в виду под «локальным» нарушением предела скорости света.

В ОТО существуют «глобальные» величины , но не глобальная одновременность , даже в относительной форме. (Один известный пример — «масса черной дыры», которая в концепции Шварцшильда наивно равна нулю, потому что это пространство-время — вакуум , то есть локальная плотность энергии всегда равна нулю, даже при$r = 0$! Это не дельта-функция, не точечная масса -$T^{\mu \nu} = 0$ везде ! Таким образом, масса не существует как локальное свойство, а является строго глобальным.) Вы все еще можете говорить о времени, затраченном на поездку в отдаленное место, о времени прохождения светового сигнала туда и обратно и т. д. И это также означает, что вы действительно можете «глобально» нарушить причинно-следственную связь с приводом Алькубьерре (при заданных условиях либо нескольких приводов, либо формирования/рассеивания варп-поля из ничего и в ничто). В то время как локальные свойства возникают как дифференциалы, глобальные свойства возникают как интегралы (что на самом деле является «сущностью исчисления» в некотором роде: производные сообщают вам все, что вы хотели бы знать о функции или пространстве локально, то есть «в исчезающем или идеальном смысле»). небольшая область вблизи точки",

Тем не менее, как упоминалось в комментариях, эти решения, к сожалению, почти наверняка нефизичны. Вы фактически произвольно задаете геометрию, и когда вы делаете это, ограничения, необходимые для физической реализуемости, могут и будут очень легко исчезать: как минимум для этого вам нужна отрицательная энергия ($T^{00} < 0$), но если вы собираетесь формировать и рассеивать пузырек, необходимый для практического привода, вам еще хуже нужна априорная способность создавать те самые тахионные сигналы, о которых вы думаете! Отрицательная энергия по-прежнему является потенциально второстепенной возможностью, но маловероятной (*) - однако последнее, по сути, равнозначно получению хорошей части приза, который мы ищем (например, сверхсветовое путешествие)!

Конечно, возможно, что все это изменится с появлением теории квантовой гравитации; однако он также может (и многие сделали бы на это ставку) стать еще более строгим, а не менее.

(*) Возможно, вы слышали «маргинальные» или «псевдонаучные» заявления о том, что «энергия нулевой точки» может каким-то образом быть задействована, если вы достаточно покопались в этом. Это неверно, хотя это относится к квантовой механике, а не к общей теории относительности. В квантовой механике существует идея вакуумного состояния квантового поля, такого как электромагнитное поле, которое заполняет пространство-время. Это состояние без частиц, и обычно (но не всегда!) это состояние с самой низкой энергией. Простое вычисление приписывает ей огромную положительную энергию, но а) вы можете легко переосмыслить это как просто сдвиг опорного уровня и принять нулевую энергию без какого-либо вреда для математики теории, и б) что более важно, создав " отрицательный" Плотность энергии означала бы попытку найти конфигурацию поля с более низкой энергией (таким образом, смещение опорной точки получается отрицательным), чтобы занять область пространства, в которой вы хотите получить отрицательный энергетический эффект. Либо это невозможно, потому что не существует более низкого энергетического состояния, либо катастрофически нежелательно, потому что создание такого состояния было бы равносильно тому, что наша Вселенная превратилась бы в то, что называется «ложным вакуумом», а затем разрушилась бы: конец игры для всего в нашем будущем свете. конус, а не варп-двигатель, который перенесет нас в регионы за его пределами. Проще говоря, подражатель варп-двигателя на самом деле оказывается бомбой судного дня, которая убивает нас и продолжает убивать волной смерти, движущейся со скоростью света и оставляющей за собой необитаемое пространство. (Это напоминает мне другое Либо это невозможно, потому что не существует более низкого энергетического состояния, либо катастрофически нежелательно, потому что создание такого состояния было бы равносильно тому, что наша Вселенная превратилась бы в то, что называется «ложным вакуумом», а затем разрушилась бы: конец игры для всего в нашем будущем свете. конус, а не варп-двигатель, который перенесет нас в регионы за его пределами. Проще говоря, подражатель варп-двигателя на самом деле оказывается бомбой судного дня, которая убивает нас и продолжает убивать волной смерти, движущейся со скоростью света и оставляющей за собой необитаемое пространство. (Это напоминает мне другое Либо это невозможно, потому что не существует более низкого энергетического состояния, либо катастрофически нежелательно, потому что создание такого состояния было бы равносильно тому, что наша Вселенная превратилась бы в то, что называется «ложным вакуумом», а затем разрушилась бы: конец игры для всего в нашем будущем свете. конус, а не варп-двигатель, который перенесет нас в регионы за его пределами. Проще говоря, подражатель варп-двигателя на самом деле оказывается бомбой судного дня, которая убивает нас и продолжает убивать волной смерти, движущейся со скоростью света и оставляющей за собой необитаемое пространство. (Это напоминает мне другое эндшпиль для всего, что находится внутри нашего будущего светового конуса, а не варп-двигатель, который перенесет нас в регионы за его пределами. Проще говоря, подражатель варп-двигателя на самом деле оказывается бомбой судного дня, которая убивает нас и продолжает убивать волной смерти, движущейся со скоростью света и оставляющей за собой необитаемое пространство. (Это напоминает мне другое эндшпиль для всего, что находится внутри нашего будущего светового конуса, а не варп-двигатель, который перенесет нас в регионы за его пределами. Проще говоря, подражатель варп-двигателя на самом деле оказывается бомбой судного дня, которая убивает нас и продолжает убивать волной смерти, движущейся со скоростью света и оставляющей за собой необитаемое пространство. (Это напоминает мне другоеЭпизод «Звездного пути» под названием «Сила природы» из «Звездного пути: Следующее поколение», где сценарий, в котором предполагалось, что варп-двигатель будет делать что-то подобное в течение достаточно длительного периода использования или в случае катастрофического взрыва (как они это сделали) из-за выйти из строя. Разница здесь в том, что этот эффект будет происходить с любым варп-двигателем и произойдет в тот момент, когда он будет включен, что делает варп-путешествие полным запретом ... вздох.)