Мало найдется таких научно-фантастических романов о путешествиях в Космосе, где звездолет не был бы снабжен "гиперпространственным двигателем". По вполне понятным причинам в подробности его устройства и работы авторы не входят, но беглый просмотр классики позволил установить, что двигатель каким-то образом так искривляет пространство, что далекие звезды оказываются близко и долететь до них можно за пару часов. До недавних пор считалось, что такие трюки несовместимы с фундаментальными законами физики, однако сейчас, кажется, все меняется.
        В майском номере за 1994 год научного журнала "Классическая и квантовая гравитация" английский физик испанского происхождения Мигель Алькубьерре (сам, по его признанию, большой любитель фантастики) описал принцип сверхскоростного полета, сильно напоминающий выдумки фантастов. Реализовав его на практике, можно сколь угодно быстро попасть в любую точку Вселенной.
        Создание двигателя Алькубьерре становится возможным благодаря некоторым тонкостям общей теории относительности Эйнштейна, Согласно Эйнштейну, пространство-время ("сплав" трех измерений пространства с четвертым измерением - временем) является не инертным, а довольно динамичным образованием. Под влиянием концентраций энергии пространство-время может сжиматься и искривляться. Как предполагает Алькубьерре, это его свойство можно использовать для межзвездных полетов со скоростью выше скорости света. Для этого достаточно создать в пространстве-времени такое нарушение, при котором оно будет перед звездолетом сжиматься, а позади него расширяться. Такое искажение будет на самом деле толкать звездолет вперед. Он понесется вперед, как доска для серфинга несется на гребне волны.
        На первый взгляд, такой вывод противоречит специальной теории относительности, по которой ничто материальное не может двигаться быстрее света. Иначе возникал бы парадокс причинности, при котором человек мог бы изменить свое прошлое. Но Алькубьерре уверен, что его двигатель не ведет к таким нарушениям. Дело в том, что свет тоже движется в пространстве-времени, и это пространство-время так же несет его вперед, как оно несет корабль. По отношению к кораблю луч света продолжает лететь со скоростью света, а корабль не ускоряется по отношению к тому участку пространства-времени, который непосредственно его окружает.
        Хотя двигатель Алькубьерре, по мнению автора идеи, не приводит к нарушению принципа причинности, все же может возникнуть опасение за здоровье пилота и пассажиров корабля. Чтобы за несколько мгновений попасть к отдаленной звезде и вернуться обратно, путешественникам пришлось бы подвергнуться очень большим ускорениям, которые неминуемо размазали бы их по стенкам. Но вспомним, что в общей теории относительности ускорение относительно. Хотя для наблюдателя на Земле ускорение такого корабля будет огромным, для самих космических путешественников оно окажется нулевым! Путешественники при этом будут находиться в невесомости, как космонавты на околоземной орбите.
        Наконец, Алькубьерре доказывает, что путешествующие на его космическом корабле не претерпят растяжения времени. Согласно одному из следствий специальной теории относительности Эйнштейна, время течет с разной скоростью для наблюдателей, движущихся по отношению друг к другу. Возьмем двух космонавтов, А и В, отправляющихся в туманность Андромеды - огромную галактику, удаленную примерно на два миллиона световых лет от нас, Космонавт А летит на звездолете с двигателем Алькубьерре, а космонавт В - на старомодном звездолете, который будет всю дорогу развивать ускорение, равное земному ускорению свободного падения. Скорость В почти всю дорогу будет околосветовой. Благодаря растяжению времени космонавт В переживет весь полет, состарившись на 60 лет. Но так как галактика удалена от Земли на 2 миллиона световых лет, то на Земле за это время пройдет более 4 миллионов лет! Космонавт А проделает весь путь туда и обратно за один день, позавтракав и поужинав на Земле.
        Чего же не хватает для создания чудесного двигателя? Самой малости - так называемой экзотической материи. Это же, пока лишь теоретически обоснованное, но никогда не наблюдавшееся в природе вещество необходимо и для создания машины времени (см. "Наука и жизнь", № 2, 1990 г.). Экзотическая материя, в отличие от нормальной, окружающей нас и неплохо изученной физиками, обладает отрицательной плотностью энергии. Два тела из обычной материи, с энергетической плотностью одинакового знака, притягиваются одно к другому силой гравитации, Так же ведут себя и два тела из экзотической материи. А два тела из материи с разными знаками энергетической плотности будут отталкиваться одно от другого. Именно отрицательная энергетическая плотность экзотической материи и движет звездолет (возвращаясь к фантастике, вспомним, что в одном из романов межзвездные корабли используют в качестве горючего некий анамезон; не есть ли это экзотическая материя?).
        На рисунке, выполненном самим Мигелем Алькубьерре, показано возмущение пространства-времени, которое будет создавать его двигатель. На гребне этого возмущения корабль движется в направлении, указанном стрелкой. Перед кораблем пространство сжимается, делая доступными самые дальние звезды, позади расширяется, унося корабль все дальше от Земли.
        Но возможно ли такое - отрицательная энергетическая плотность? Возможность существования вещества с таким свойством предсказал еще в 1948 году голландский физик Хендрик Казимир. Он же рассчитал, что если отрицательная плотность энергии возможна, то две параллельные пластины из проводящего материала, помещенные в вакуум, должны чуть-чуть притягиваться друг к другу В 1958 году это явление было обнаружено в лаборатории и названо эффектом Казимира. Возможность существования экзотической материи предусматривается и в современной теории расширения Вселенной.
        Правда, до того, как начинать строить гиперпространственные космические корабли, придется еще разрешить кое-какие технические трудности. Например, как наработать или найти в больших количествах эту самую экзотическую материю? Но Алькубьерре такие непринципиальные детали уже не интересуют, он предоставляет их другим физикам и инженерам, а сам занялся сейчас проблемами общей теории относительности.
        Что ж, не исключено, что в будущих энциклопедиях год 1994 отметят как зарю дальнего космоплавания.

Справка:

Алькубьерре (Alcubierre Miguel) Мигель, английский физик испанского происхождения из Уэльского университета в Кардиффе (город-графство в Великобритании, столица Уэльса).






        На днях профессор Стивен Хокинг удостоился медали Копли, высшей награды Британского Королевского общества. До Хокинга её получали Эрнст Резерфорд, Альберт Эйнштейн и Чарльз Дарвин. Хокинга наградили за вклад в физику и космологию: он был и остаётся одним из главных теоретиков "чёрных дыр".
        Хокинг, наверное, один из самых примечательных учёных современности: безнадёжно парализованный человек, которому врачи когда-то давали не больше нескольких лет жизни, живёт и активно занимается научной и преподавательской деятельностью. Возможно, за героическое противостояние тяжёлому недугу тоже следовало бы вручить ему какую-нибудь награду, да таких пока никто не догадался учредить.
        Шума, однако, больше наделало не награждение Хокинга, а сделанные им по случаю "научно-фантастические" высказывания. Учёный, в частности, считает, что человечеству придётся покинуть Землю, если оно хочет сохранить себя как вид.
        "Выживание человеческой расы находится под угрозой, покуда человечество сосредоточено на одной-единственной планете, - сказал Хокинг. - Катастрофы вроде столкновения с астероидом способны нас полностью уничтожить. Но если мы начнём экспансию в космос и построим независимые колонии, будущее человечества окажется в безопасности. В пределах Солнечной системы планет, похожих на Землю, нет, а стало быть придётся лететь к другой звезде".
        В книге "Краткая история времени" Хокинг предсказывает, что мировая наука уже в течение ближайших двух десятилетий позволить составить полное представление о "своде законов", управляющих Вселенной, "раскрыть Промысел Божий", если угодно.
        Этот свод законов, возможно, будет опираться на теорию, предусматривающую наличие более трёх пространственных и одного временного измерений, считает Хокинг. По его мнению, существенный шаг к этому наука сможет сделать уже в самое ближайшее время: на будущий год намечен запуск крупнейшего ускорителя частиц - Большого адронного коллайдера в Женеве.
        В этом ускорителе протоны будут сталкиваться с энергией до 14*10^12 эВ. Учёные надеются, что понимание происходящих при этом процессов, позволит узнать, что представляло собой вещество в первые мгновения существования Вселенной.
        Более того, возможно, с помощью ускорителя удастся получить микроскопических размеров "чёрную дыру", которая просуществует, самое большее, тысячные доли секунды. Главное же, по мнению Хокинга, - это получение антивещества. Учёный считает, что антивещество можно и нужно использовать для межзвёздных перелётов.
        С традиционными ракетными двигателями на химическом топливе полёт до другой звёздной системы займёт 50 тысяч лет. Очевидно, что это слишком долго и потому непрактично. Проблему эту решить легко только в научной фантастике: её авторы всегда могут выдумать какой-нибудь "гиперпространственный двигатель". Но в действительности-то таких двигателей нет, потому что они нарушают закон природы, гласящий о невозможности развить скорость выше скорости света.
        Однажды Хокинг и сам попал в фантастическое кино: его сняли для сериала "Звёздный путь" (Star Trek), и играл он, единственный во всём сериале, сам себя. Во время экскурсии по декорациям космического корабля Enterprise, профессора заинтересовал макет какого-то грандиозного устройства. Когда ему объяснили, что эта штука изображает реактор, в котором с помощью аннигиляции антивещества добывается энергия для гиперпространственного перемещения, Хокинг произнёс: "Я работаю как раз над этим".
        По мнению учёного, можно обойтись без нарушения законов природы и гипердвигателей: "Мы вполне можем оставаться в рамках этого закона, используя аннигиляцию вещества и антивещества и благодаря ей разгоняясь до субсветовой скорости. В таком случае добраться до ближайшей звезды станет возможным в течение шести лет, хотя экипажу такого корабля покажется, что времени прошло несколько меньше".
        Фактически, впрочем, ничего подобного пока на практике наука соорудить не в состоянии. Да, конечно, теорий много, но они преимущественно носят спекулятивный характер. Чуть ли ни самым конкретным вариантом оказывается опубликованная в 1994 году в журнале "Классическая и квантовая гравитация" статья физика Мигеля Алькубьерре.
        В ней описывался принцип искажения пространства с возникновением своего рода "движущегося пузыря". Пространство перед условным кораблём сжимается, а позади него расширяется, и в результате корабль двигается не самостоятельно, но вместе с этим самым "warp bubble", "пузырём деформированного пространства", так что закон, не допускающий локального превышения каким-либо объектом скорости света, объезжается "на кривой козе".
        Алькубьерре приводит уравнения, математически обосновывающие предложенный им принцип. Однако всё это чистая теория: для возникновения такого "пространственного пузыря" требуется огромное количество "отрицательной" энергии, равно как и обычной, что делает принцип фактически нереализуемым на практике.
        Позднее, в 1999 году, доктор Крис Ван де Броек опубликовал статью с поправками к принципу Алькубьерре, позволяющими снизить энергозатраты гипотетического Warp Drive, но они всё равно остаются нереалистично колоссальными.
        Конкретика - конкретикой, а с другой стороны, массовая культура уже настолько глубоко, кажется, "проработала" вопрос, что понятия Warp Drive, Hyperdrive, Hyperspace и даже Warp Bubble (как у Алькубьерре и Ван дер Броека) нынче знакомы почти любому человеку, который либо смотрел любой сезон Star Trek, либо даже просто играл в "космические" компьютерные игры, - от Elite до Star Control 2/3. Более того, сам принцип, математически описываемый Алькубьерре, был изложен ещё за шестнадцать лет до него доктором Йеско фон Путткамером, технологическим консультантом съёмочной группы Star Trek. И хотя такой подход к "искажению пространства" в сериале так и не прижился, это обстоятельство оказывается в любом случае примечательным.
        В своё время кто-то из учёных заметил, удивительнее всего, - это наблюдать, как человек изобретает законы Вселенной, а она начинает им следовать. Одно из возможных толкований этой фразы состоит в том, что когда множество людей оказывается фактически убеждёнными в самой возможности какого-либо "фантастического" явления, оно постепенно становится-таки реальностью.

Справка:

Ильин Юрий Сергеевич (1980 г.р.), г. Москва, редактор сайта "Компьютерра-Онлайн", модератор форумов, журналист, музыкант. В 2002 г. окончил факультет журналистики МГУ им. М.В. Ломоносова.

Ван де Броек (Van den Broeck Chris) Крис, физик, доктор из университета Хассельта (Бельгия).

Хокинг (Hawking Stephen William) Стивен Уильям (1942 г.р.), в 1962 получил степень бакалавра по математике и физике в Юниверсити-колледже Оксфордского университета, а в 1966 – степень доктора философии в Кембриджском университете.
С 1965 работает в Кембриджском университете (в 1968–1972 – в Институте теоретической астрономии, в 1972–1973 – в Институте астрономии, в 1973–1975 – на кафедре прикладной математики и теоретической физики, в 1975–1977 преподавал теорию гравитации, в 1977–1979 – профессор гравитационной физики, с 1979 – профессор математики). В 1974 был избран членом Лондонского королевского общества. В 1988 за исследования черных дыр (совместно с Р. Пенроузом) получил премию Фонда Вольфа.
Основные работы Хокинга посвящены общей теории относительности (в частности, пространственно-временным сингулярностям), теории тяготения, теоретической астрофизике (гравитационный коллапс, черные дыры). В середине 1960-х годов Хокинг (совместно с Пенроузом) доказал наиболее сильную из всех теорем о сингулярностях (теорема Хокинга – Пенроуза). Показал, что с учетом характера расширения Вселенной на современном этапе эволюции и эйнштейновской теории тяготения приходится сделать вывод, что в прошлом её плотность была неизмеримо большей. В 1971 предложил новый механизм образования черных дыр; показал, что на самых ранних этапах эволюции Вселенной, при высоких температуре и давлении, могли образовываться черные дыры малой массы размером порядка размера элементарных частиц. В середине 1970-х годов разработал теорию «испарения» черных дыр вблизи их поверхности вследствие квантовых эффектов и рождения пар частиц и античастиц. Согласно прежней теории, эти объекты не могли терять массу.
В начале 1980-х годов Хокинг вместе с Дж. Хартлом выдвинул т.н. «предположение об отсутствии границ». Ранее считалось, что состояние Вселенной на момент Большого Взрыва не поддается анализу. Правильность предположения Хокинга – Хартла вряд ли когда-нибудь удастся проверить, но оно дало специалистам по космологии основу для плодотворных дискуссий.
Достижения Хокинга тем более замечательны, что с 1962 он поражен тяжелой болезнью – боковым амиотрофическим склерозом и может общаться с людьми лишь с помощью компьютерного синтезатора речи.
Хокинг – автор ряда популярных книг по космологии, в числе которых мировой бестселлер «От Большого Взрыва до черных дыр. Краткая история времени» (A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes, 1990), а также издания «Черные дыры и вселенные-младенцы и другие эссе» (Black Holes and Baby Universes and Other Essays, 1994) и – в соавторстве с Дж.Эллис – «Крупномасштабная структура пространства-времени» (The Large-Scale Structure of Space-Time, 1975).