Из разговоров Ангелов 18

Из разговоров Ангелов часть 18.

Сегодня попытаюсь ответить на твои вопросы, связанные с варп-двигателем.
Внутри пузыря
Пузырь Алькубьерре — это идея, предложенная мексиканским физиком-теоретиком Мигелем Алькубьерре в 1994 году. Он предположил, что возможно есть все-таки способ достижения скорости, превышающей скорость света (а иначе откуда все эти НЛО берутся). Ученый использовал в своей теории один из постулатов общей теории относительности Эйнштейна, который гласит, что масса искривляет ткань пространства-времени.
Изначально интерес Алькубьер заключался в том, чтобы понять, — возможны ли на самом деле путешествия в пространстве, описанные в фантастической Вселенной «Звездный путь»? Для перемещения между мирами звездолеты там используют вымышленный «варп-двигатель». Принцип его работы таков — корабль перемещается в космосе с произвольной скоростью в некоем пузыре. Он двигается вперед за счет расширения пространства за ним, и сжатия пространства перед ним. Это способ позволяет путешествовать быстрее скорости света, не нарушая никаких физических законов. По отношению к пространству-времени корабль, находящийся в варп-пузыре, находится в состоянии покоя. Кроме того, будучи локально неподвижным, космический корабль и его экипаж будут защищены от любых последствий катастрофически высоких ускорений. Это избавляет от необходимости разработки и использования так называемых «инерционных компенсаторов». К тому же, при таком способе путешествий не будет возникать никаких релятивистских эффектов. Таких, например, как замедление времени. Поскольку время внутри пузыря будет течь с такой же скоростью, что и снаружи.
Экзотическая материя
Все это здорово, скажете вы. И спросите: а можно ли построить такой двигатель в реальности? Теоретически можно. Как указывал Алькубьерре, для этого потребуется использование вещества с отрицательной плотностью энергии. Осталось лишь где-то его раздобыть. Это гипотетическое вещество известно как экзотическая материя. И оно является весьма своеобразным материалом. Например, как считают физики, оно необходимо для поддержания в стабильном состоянии червоточин. А они, кстати, являются еще одним предлагаемым средством для преодоления светового барьера. Интересно, но квантовая механика допускает существование областей с отрицательной плотностью энергии. Они могут возникнуть при особых обстоятельствах. Таких, как например, эффект Казимира.*
Детальный анализ концепции варп-двигателя, предложенной Алькубьерре, впоследствии производился Крисом Ван Деном Броком из Католического университета в Левене, Бельгия. И, возможно, эта работа немного приблизила к реальности возможность создания звездолета, похожего на Enterprise. Расчеты Ван Дена Брока показывают, что количество энергии, необходимой для работы варп-двигателя намного меньше, чем указано в статье Алькубьерра.
Однако это вовсе не значит, что мы находимся на грани создания подобного устройства. Как заключил Ван Ден Брок:
«До создания первого варп-двигателя еще очень и очень далеко. Но быть может, возможность создания такой технологии стала чуть ближе».
Варп-двигатель, или какая-то другая технология, обязательно будут изобретены. Потому что мы рождены, чтобы покорить эту Вселенную…
* Что такое эффект Казимира

Эффект Казимира может достигать существенных величин, но только на дистанциях меньше сотни нанометров. Поэтому не смотря на то, что теоретически этот эффект был предсказан Хендриком Казимиром ещё в 1948 году, экспериментальное подтверждение его появилось только в 1997 году (спустя 49 лет). Подтверждения же открытого Евгением Лифшицем в 1956 году эффекта отталкивания и вовсе пришлось ждать 53 года – оно было подтверждено только в 2009 году.
Эффект Казимира (притяжение)
Существовавший в классической механике «пустой» вакуум на поверку оказался не столь пустым: при изучении эффектов квантовой механики оказалось, что он заполнен парами виртуальных частиц, которые непрерывно образуются и аннигилируют между собой. При этом если поместить на очень близком расстоянии две параллельные пластины из проводников электрического тока, то образующиеся при этом частицы будут гаситься из-за эффекта интерференции волн. Чем ближе будут расположены пластины – тем меньше будет оставаться виртуальных частиц между ними, при этом во внешней среде их число будет оставаться прежним (как и производимое ими давление) что будет создавать всё большую силу, направленную на притяжение пластин.
Аналог этого явления, основанный на интерференции волн в водной среде
Эффект притяжения
На расстоянии 10 нанометров между пластинами эта сила может создавать давление близкое к атмосферному, но так как его сила падает в 4 степени от дистанции – его величина на дистанции уже в 100 нанометров становится трудно регистрируемой. Этот эффект предложен для использования в различных наномеханических системах и даже в качестве замены экзотической материи для двигателя Алькубьерре и стабилизации червоточин.
Эффект Казимира-Лифшица (отталкивания)
В 1956 году Евгений Лифшиц показал, что если заполнить промежуток между двумя поверхностями диэлектрическим материалом, то это явление может поменять свой знак. Первый эксперимент подтверждающей этот эффект заключался в прижатии позолоченного шарика диаметром всего в 40 мкм к золотой плёнке и кремниевой пластине (для измерения эффекта притяжения и отталкивания соответственно) размещённых в жидкой среде – бромбензоле. Авторы этой работы, опубликованной в Nature в 2009 году, указывают на то что смешение двух или более жидкостей может позволить добиться отталкивания при малых дистанциях и притяжение при больших, что позволит в свою очередь создать механизмы с очень низким коэффициентом трения.
Результаты эксперимента: синей линией показаны результаты для силы отталкивания, жёлтым — для силы притяжения. Уже на дистанции в 80 нм измеряемые силы становятся сравнимы с погрешностями измерений.
Динамический эффект
Это явление заключается в том, что если зеркало движется с релятивистской скоростью, то часть из виртуальных пар частиц не успевает проаннигилировать и разделяется, превращаясь тем самым в реальные фотоны. Существование такого эффекта было предсказано в середине 70-х Джулианом Швингером и подтверждено учёными в 2011 году. Для проведения эксперимента они использовали сверхпроводящий квантовый интерферометр, который мог имитировать электромагнитное зеркало, движущееся со скоростью в 5% от скорости света. Это явление не нарушает закона сохранения энергии (как могло бы показаться), так как на приведение в движение зеркала расходуется энергия. На данный момент оно рассматривается только как гипотетическая двигательная установка на подобие проходящего сейчас испытания сразу в нескольких местах EmDrive.
Эффект Шарнхорста
Это теоретически предсказанное в 1993 году физическое явление, которое заключается в том, что свет двигающийся между пластинками Казимира должен оказываться в среде с «отрицательной плотностью» и двигаться тем самым быстрее скорости света в обычном вакууме. Эффект невероятно сложен для измерения: свет, двигающийся между пластинками, разнесёнными всего на микрон будет ускоряться всего на 10-36 долю от своей обычной скорости. Сложность его измерения привела к тому что на данный момент даже не проводилось попыток его подтверждения/опровержения. Если этот эффект всё-таки подтвердится, он может быть использован в таких экзотических применениях как линзы для гамма-излучения и оптические кабели на основе углеродных нанотрубок со «сверхсветовой» скоростью связи.