Я много думал об этой теме, но так и не нашел правдоподобного механизма сверхсветовой скорости. Вот краткий обзор важных особенностей самых «стандартных» механизмов, используемых в научной фантастике. Ни одна из них не является научно обоснованной, но некоторые из них в принципе правдоподобны.

Деформации пространства-времени

Эта категория сверхсветовых транспортных механизмов использует известный факт, что общая теория относительности сама по себе допускает очень широкий класс деформаций пространства-времени. Почти для любой формы пространства-времени можно найти распределение массы, способное ее создать. Это позволяет решать такие задачи, как знаменитый привод Алькубьерре или проходимые червоточины . Однако есть три очень серьезные проблемы.

Проблема экзотической материи

Это правда, что решения уравнений Эйнштейна почти всегда существуют, и некоторые из них допускают сверхсветовые путешествия, но почти всегда для этого требуется так называемая экзотическая материя. Он экзотичен в нескольких аспектах: либо имеет отрицательную массу покоя, либо обладает тахионными свойствами. А это означает массу неприятностей: в некоторых случаях такая материя могла спонтанно создаваться из вакуума, выделяя при этом энергию. Другими словами, его существование сделало бы наш вакуум нестабильным. В других случаях этой проблемы нет, но такая материя, вероятно, позволяет совершать прямые сверхсветовые путешествия и, следовательно, обязательно путешествовать во времени. (В оптимальном случае мы хотели бы, чтобы червоточины предоставляли нам короткие пути к звездам, не нарушая причинно-следственной связи, которая всегда беспокоит.) Во всех случаях

Кто-то говорит, что роль экзотической массы могут взять на себя квантовые эффекты, вроде эффекта Казимира . Мне это кажется очень маловероятным, поскольку они крошечные по сравнению с остальными массами, уже присутствующими в системе. Для создания варп-двигателя или червоточины нам нужны эффекты, сравнимые или большие, чем задействованные массы покоя. Если бы я захотел ввести в свою вселенную экзотическую массу, я бы, вероятно, постулировал, что были открыты новые частицы с такими свойствами.

Проблема плотности

Другая большая проблема заключается в том, что пространство-время деформируется только при очень, очень высоких плотностях. Даже при плотностях ядер около 10 ¹⁷  кг/м ³ должен быть объект размером с нейтронную звезду, чтобы вообще что-то делать. Возможно, для строительства сверхсветовых сетей потребуется гораздо более высокая плотность. Это означает, что, вероятно, должна быть введена какая-то форма достаточно стабильной сверхплотной материи, чтобы сделать возможной такую ​​форму сверхсветовой скорости.

Проблема слишком большой массы

Чтобы создать червоточины или варп-пузыри в масштабе метров или километров, вероятно, потребуются массы, сравнимые с массой Солнца.

Деформационный привод

• Нет никаких указаний на то, что необходимая экзотическая масса высокой плотности должна существовать.
• Автоматически позволяет путешествовать во времени во вселенной.
• Вероятно, требуется существование какой-то стабильной экзотической материи высокой плотности, такой как магматерия , предложенная в Рукаве Ориона . Вряд ли мы смогли бы построить его только на основе атомов. (Это включает в себя то, что оно, вероятно, не может быть основано на каком-то поле, которое просто «включено», как в «Звездном пути». Требуемая энергия для такого поля намного превосходит любую энергию, которую космический корабль, сделанный из атомов, может нести, даже в форме антиматерия.)
• Варп-пузыри, достаточно большие, чтобы вместить космические корабли, требуют огромных энергий при очень высокой плотности. Цивилизации, способной к их созданию, вероятно, было бы легче «переписать» себя в объекты высокой плотности и использовать более мелкие пузыри.

червоточины

• Нет никаких указаний на то, что необходимая экзотическая масса высокой плотности должна существовать.
• Червоточины, вероятно, имели бы массу, сравнимую с планетами или даже звездами.
• Не позволяйте автоматически путешествовать во времени. Его можно предотвратить с помощью эффекта Виссера , как его назвали в Рукаве Ориона. Но обсуждение этого эффекта шире, включая некоторые научные статьи по теме. Красиво объяснено на сайте Института Андерсона .

  Считается, что червоточину невозможно превратить в машину времени; некоторые анализы с использованием полуклассического подхода к включению квантовых эффектов в общую теорию относительности показывают, что петля обратной связи виртуальных частиц будет циркулировать через червоточину с постоянно возрастающей интенсивностью, разрушая ее до того, как через нее сможет пройти какая-либо информация, в соответствии с хронологией. предположение о защите.

• Придется переносить на место на субсветовой скорости.

Тахионы, Mass Effect или просто прыжки

Jump-drive используется, например, в серии Battlestar Galactica без объяснения механизма. Подобный джамп-драйв используется в Mass Effect , где предлагается в основном такой механизм: Теория относительности не запрещает существование тахионов — частиц, которые всегда движутся быстрее скорости света. Они могут путешествовать в прошлое, тем самым нарушая причинно-следственную связь, но в принципе это не проблема.

Прыжковый двигатель работает так, что космический корабль изменяет локальное поле Хиггса , что приводит к изменению массы покоя частиц корабля. В конце концов все частицы приобретают воображаемую массу покоя и становятся тахионами. Тогда они движутся быстрее света.

• Требуется наличие тахионов. В настоящее время нет никаких признаков того, что они должны существовать.
• Требует жизнеспособности замены масс покоя на мнимые значения изменениями поля Хиггса. (Вероятно, не ожидается, что это действительно возможно, но правдоподобно.)
• Автоматически разрешает машины времени.
• Требует невероятного количества энергии.
• Очень маловероятно, что корабль и команда переживут тахионное состояние или перейдут в него. По мере изменения масс покоя энергия связи каждого атома падает или резко меняется, и атомы становятся намного больше. То же самое происходит и с атомными ядрами.

Подпространство/Гиперпространство

Идея подпространства/гиперпространства оперирует предположением, что можно оставить наше пространство-время в какое-то другое пространство, в котором скорость света не была бы пределом. Самая большая проблема заключается в том, как должен происходить переход в гиперпространство. Мы знаем, как ведет себя вещество вплоть до очень высоких энергий (сотни ГэВ), и не видели ничего даже отдаленно похожего. Отсюда мы можем судить, что если переход в гиперпространство и возможен, то он, вероятно, произойдет только с помощью какого-то очень высокоэнергетического механизма. Это приводит к тем же проблемам, что и в механизмах манипулирования пространством-временем.

• Нет никаких указаний на то, что гиперпространство должно существовать.
• Не обязательно позволяет путешествовать во времени. Структура гиперпространства может диктовать, что есть на самом деле «сейчас». Это нарушает принцип эквивалентности, но только если речь идет о гиперпространстве. (И, следовательно, это не противоречит экспериментам, проведенным до сих пор.)
• Если переход в гиперпространство возможен, он, вероятно, требует столь высоких энергий, что мы до сих пор этого не замечали. Это может быть непозволительно сложно построить.

Связь через квантовую запутанность

Здесь все просто. Хотя квантовая запутанность часто используется в научной фантастике, показано, что она не может передавать данные быстрее скорости света. Википедия :

Однако невозможно использовать этот эффект для передачи классической информации на сверхсветовых скоростях.

использованная литература

В сети Project Rho есть очень обширный и серьезный с научной точки зрения обзор . (Хотя некоторые из перечисленных FTL-приводов не очень правдоподобны — и автор это признает.)

Привод Алькубьерре — одна из предложенных систем сверхсветовых двигателей, которая наиболее близка к осуществимости. По сути, он очень похож на варп-двигатель из «Звездного пути», хотя корабль Алькубьерре, вероятно, не будет похож на корабль из «Звездного пути». Он работает, искажая пространство-время впереди и позади корабля, сжимая его впереди и расширяя сзади, в то время как корабль движется в пузыре неискаженного пространства-времени.

Для такого корабля потребуется экзотическая материя (вещество с отрицательной массой) или, возможно, некоторые манипуляции с полем Хиггса (что стало возможным после открытия бозона Хиггса), и для работы потребуется особая конструкция. В зависимости от скорости, кратной скорости света, которую может достичь такой корабль, может потребоваться довольно много времени, чтобы совершить путешествие к другой звезде, что потребует эффективного самоподдерживающегося жизнеобеспечения или какой-либо технологии гибернации, или того и другого.

Другим механизмом сверхсветового путешествия, который может быть научно осуществимым, является проходимая червоточина , но это не столько перемещение со скоростью выше скорости света, сколько обход большей части пространства между здесь и там .. Такая технология потребует, чтобы путешествие было совершено один раз в реальном пространстве, чтобы доставить устье червоточины к желаемому месту назначения. Проходные червоточины в конечном итоге могут даже не потребовать корабля, но если они возможны, я бы предположил, что по крайней мере на начальном этапе было бы желательно, чтобы устья червоточин были расположены на безопасном расстоянии от планет. Корабль с червоточиной может быть немногим больше, чем запечатанная банка, брошенная в устье червоточины и пойманная с другой стороны; пассажирам совсем не нужно было находиться на его борту очень долго, возможно, всего час или около того. Возможно, ему даже не потребуется больше средств жизнеобеспечения, чем несколько предметов первой необходимости.

Я буду считать «научно обоснованным» то, что «мы уверены в задействованных принципах и нуждаемся в технологиях с большей точностью, большей энергией или нуждаемся в инженерных экспериментах. На практике решение может быть очень сложным, и через столетия нормальная технология». Я бы отнес к этой категории энергию ядерного синтеза. Или, возможно, Сфера Дайсона .

В этом случае ответ на вопрос в заголовке — «Нет».

Лучшие примеры, разработанные в соответствии с теориями относительности, являются научно правдоподобными (путем непроверенной экстраполяции теории) только в том случае, если вы допускаете наличие неизвестных экзотических материалов или доступ к колоссальным количествам энергии , которые изменили бы правила игры за пределами сверхсветовых путешествий в их владеть правом.

Тема сверхсветового общения и путешествий в первую очередь связана с научной фантастикой , потому что она открывает доступ к целому космосу сеттингов и площадок для приключений и рассказывания историй.

Это не означает, что этих неизвестных материалов не существует (обратите внимание, что это не будут комбинации атомов, электричества или чего-то еще, с чем сегодня могут справиться современные технологии). Мы до сих пор не знаем, что такое темная материя или темная энергия, и широко распространено мнение, что теория большого взрыва включает в себя короткий период инфляции, когда пространство расширялось на несколько порядков быстрее, чем скорость света. Если эти или подобные вещи на грани известной физики окажутся правдой, то мы не полностью знаем последствия, и это может означать, что у нас будет способ отправлять материал быстрее, чем скорость света между местами, с практической точки зрения. Стоимость. Тем не менее, я думаю, вполне разумно прогнозировать, что любая такая новая физика не будет иметь практического применения для транспорта.

Аналогия: в прошлом слабое понимание химических реакций побуждало к поиску способов превращения основных материалов в золото (даже такие светила науки, как Исаак Ньютон, уделяли время этой цели ). В конце концов это уступило место химии , одним из постулатов которой было то, что преобразование элементов (то есть изменение природы элементарных атомов) считалось невозможным. Затем пришло понимание субатомной структуры и радиоактивности, за которым последовали такие инструменты, как линейные ускорители , которые могут и действительно преобразовывают элементы между типами . Однако эти инструменты и знания не являются практичным способом добычи золота по требованию и никогда не будут таковыми, хотя они породили полезные технологии, такие как радиоактивные материалы для медицинской визуализации.

В приведенном выше, если вы возьмете «изготовление золота из других элементов» -> «Сверхсветовой транспорт» и «неизвестная экзотическая материя» -> «субатомная теория», то это пример того, как принятие желаемого за действительное может вдохновить на исследования, но это конечные научные результаты лишь смутно связаны в конце. На мой взгляд, это относится к 99%+ предположений науки и фантастики, в значительной степени к любой технологии, которую мы не понимаем достаточно хорошо, чтобы создавать ее сегодня.

Наиболее вероятными космическими кораблями дальнего следования, на мой взгляд, скорее всего будут корабли поколений - самоподдерживающаяся колония, которой требуется много поколений, чтобы добраться до места назначения. Или, возможно, межзвездный ковчег был бы более практичным, где большинство форм жизни находятся в стазисе или близко к нему, чтобы уменьшить ресурсы, необходимые кораблю для их обслуживания (и, следовательно, размер корабля).

Эти виды долгосрочных перевозок могли бы стать крупными проектами и сами по себе очень интересными. Однако они ведут к совсем другому типу повествования. Истории, связанные с FTL, могут иметь новое приключение в каждом эпизоде ​​или величие, охватывающее всю галактику. Истории, связанные с путешествующей колонией, гораздо более сосредоточены на внутреннем мире.

Есть несколько немного надуманных теорий. Вот один:

Один найденный здесь , что НАСА предположительно работает (я настроен скептически), состоит в том, что, создав специальный винт, который расширяет пространство-время позади него и сжимает его перед ним, вы можете заставить корабль двигаться примерно так же быстро, как вы хочу. Но для этого потребуется особая экзотическая материя, примерно энергетическая масса планеты Юпитер. По сути, с земными технологиями это было бы невозможно. Но, может быть, если бы у вас было кольцо определенной формы вокруг пропеллера, вы могли бы уменьшить требуемую энергию примерно до 1600 фунтов.

Сначала я думал, что сверхсветовые путешествия (быстрее, чем скорость света) невозможны. Выше приведено то, что я придумал, прежде чем я сделал быстрый поиск в Google.
Но если вы хотите что-то с интересными возможностями, вы можете взглянуть на « Ксеноцид » Орсона Скотта Карда. В этой истории путешествие быстрее света совершалось путем перехода в другое измерение. Если бы разум мог физически удерживать структуру чего-либо (расположение клеток и молекул), то это нечто можно было бы переместить в другое измерение и уничтожить в этом. Затем его можно было бы переделать в этом измерении в другом месте. Это «другое» измерение будет определено для конкретной истории.

Этот разум, который мог бы удерживать паттерн, должен был быть очень большим, стоимостью во многие сотни компьютеров (как в « Ксеноциде » ) .