Межзвездные путешествия: из пункта А в пункт Б

По космическим меркам человеческая раса весьма хрупкая и слабая: повышение температуры на 50 градусов, увеличение ионизирующего и ультрафиолетового излучения, отсутствие воды, уменьшение кислорода в атмосфере — все это ведет к ее неминуемой гибели. И нет ничего удивительного в том, что человеческий разум стал искать возможность существования других планет с благоприятными для нашей жизни условиями, дабы «развернуть» на них backup. Однако если планета и будет найдена, вопрос транспортировки остается открытым. В сегодняшнем посте речь пойдет о способах и перспективах межпланетных и межзвездных путешествий.

Имеющиеся сегодня в распоряжении человечества технологии не позволяют космическим кораблям достичь даже ближайшей звезды в течение одной человеческой жизни. Например, ближайшая к Солнцу звезда — Проксима Центавра — расположена на расстоянии 4,2 световых года. До Альфы Центавра (ближайшей к нам звездной системы, в которую входит и Проксима Центавра) 39 триллионов км. Современные космические корабли смогут преодолеть это расстояние за 70 тыс. лет. Становится понятно, что никто из людей не способен преодолеть такие расстояния. Отсюда и необходимость найти новый способ, чтобы отправиться в межзвездное путешествие.

Космические двигатели сегодня

Ученые пытаются разработать новые технологии космических двигателей, но ни одна из них, за исключением солнечного паруса (о нем ниже), не доведена до уровня экспериментальных образцов.

Химические

Единственной проработанной технологией на сегодняшний день является ракетный двигатель. Его упрощенная схема такова:

Горение в космосе невозможно ввиду отсутствия естественного окислителя, потому ракета должна быть снабжена им наряду с топливом. Но, к сожалению, КПД химических ракетных двигателей крайне низкий (по сравнению с другими технологиями), потому для межзвездных перелетов такой «движок» никуда не годится.

Ядерные

Один из наиболее близко подобравшихся к реальности проектов в этой сфере – Orion, проект пилотируемого корабля для дальних космических миссий. В рамках проекта было создано два варианта: первый звездолет имел бы общую массу порядка 40 000 000 тонн и достигал бы Альфы Центавра за 1800 лет. Соответственно, задумывался он как «корабль поколений». Второй весил около 400 000 тонн и теоретически должен был добраться до точки назначения за 130 лет. Однако ограничение полезной нагрузки делало второй, более привлекательный вариант непригодным для пилотируемых перелетов.

Двигатель на антиматерии

Суть работы этого двигателя заключается во взаимодействии материи и антиматерии, после чего происходит мгновенная взаимная аннигиляция с выделением огромного количества энергии. Этой энергии хватит, чтобы достичь пункта Б. Но даже лучший из теоретически возможных двигателей, работающих на антиматерии, потребует около десяти железнодорожных цистерн топлива для разгона до крейсерской скорости и такое же его количество для торможения в точке назначения. И здесь возникает вопрос: а почему бы не работать с этой технологией? Ответ прост: стоимость производства одного грамма антиматерии будет стоить десятки миллиардов долларов. Кроме того, хранение антиматерии представляет собой нерешенную научную задачу, поскольку антиматерия не должна контактировать ни с одним атомом обычного вещества определенное количество времени, иначе произойдет взрыв.

Солнечный парус

Существуют идеи обеспечения движения космических кораблей, при котором топливо не используется. Их называют солнечным парусом (или световой парус, или фотонный парус). Излучаемые звездами фотоны способны оказывать давление на физические объекты. И если корабль оснастить большим, ультратонким и легким парусом, то давления солнечного света будет достаточно для его движения. Кроме того, на такой парус можно воздействовать и другими источниками излучения, например, сверхмощным лазером, размещенным на околоземной орбите, который будет постоянно направлен на корабль. Загвоздка заключается в том, что для движения шаттла необходим солнечный парус размером с Афганистан.

Проблемы путешествия

Основной проблемой путешествия является даже не топливо или двигатель, а количество времени, которое оно займет. Без создания технологий погружения человека в длительное состояние анабиоза к звездам необходимо отправлять не корабль, а маленькую планету. Однако есть вероятность, что к месту назначения прилетит уже совсем иная цивилизация.

Тем не менее, физики-теоретики не опускают руки. Перемещение в пространстве со скоростью, превышающей скорость света, невозможно по причине того, что масса субъекта будет стремиться к бесконечности согласно формуле E=mc². Однако в соответствии с теорией относительности скорость света является максимальной внутри пространства-времени; изменяя же само пространство-время, можно перемещаться с неограниченной скоростью. Например, расширение Вселенной может происходить со скоростью, намного превышающей скорость света, но при этом движение внутри самой Вселенной не может превысить скорость света.

Ниже мы опишем два способа, с помощью которых теоретически можно «срезать» дорогу и оказаться в нужном месте и времени.

Короткая дорога к звездам

Первый способ: через червоточины

Этот способ опирается на предположение, что в космосе есть «лазейки», существование которых обосновали Эйнштейн и Розен в 1935 году. Любителям фантастики эти лазейки известны под терминами «пространственно-временные тоннели», «червоточины», «кротовые норы» и так далее. Эти тоннели связывают между собой две точки в пространственно-временном континууме. Они позволяют перемещаться из точки А в точку Б.

Даже если люди когда-нибудь смогут создать научно-инструментальный способ обнаружения пространственно-временных тоннелей, и если их существование будет подтверждено экспериментально, то возможности определить, в какую точку нашей Вселенной приведет эта кроличья нора, современная наука не представляет даже теоретически.

Сама идея перемещения с помощью такого тоннеля привлекает физиков-теоретиков не только как способ добраться до звезд в течение жизни одного поколения, но и как научно-практическая уловка, позволяющая обойти теоретическую невозможность путешествия во времени. Конечно, пространственно-временной тоннель не может быть полноценной машиной времени, поскольку путешественник не может выбирать время, в котором он выйдет на другом конце тоннеля. Однако других возможностей наука пока не может предложить.

Как выглядят червоточины? Для человека и имеющихся в нашем распоряжении приборов они невидимы, поскольку не излучают ни в одном известном диапазоне. Но, допустим, человечество совершило одно из величайших открытий в истории фундаментальных наук и обнаружило вход в червоточину. Как его использовать? Увы, корабль из любых известных сегодня науке материалов теоретически не способен путешествовать по пространственно-временному тоннелю — предположительно, попадание такого объекта в червоточину приведет к ее схлопыванию. В 1988 году американский физик Кип Торн выдвинул гипотезу, что для путешествий через пространственно-временной тоннель необходима «экзотическая материя». Под столь легкомысленным названием физики подразумевают материю, обладающую «экзотическими» свойствами: так, предполагается, что роль стабилизатора тоннеля сможет выполнить материя с отрицательной массой им плотностью энергии.

Помимо оболочки, науке необходимо решить такую сложнейшую задачу, как предотвращение блокировки выхода из тоннеля, пока внутри него находится гипотетический корабль. Дело в том, что движущийся объект будет создавать внутри тоннеля гравитационную волну, искажающую пространство, что может привести к преждевременному закрытию выхода из тоннеля. А это означает, что все, что окажется в этот момент внутри него, просто исчезнет из нашей Вселенной.

Второй способ: в Пузыре Алькубьерре

В 1994 году физик-теоретик Мигель Алькубьерре предложил обойти ограничение скорости света, сконцентрировав свое внимание не на перемещении человека, а на перемещении части самого пространства. Для этого вокруг космического корабля необходимо создать пространственно-временной пузырь, который будет существовать независимо от всей остальной вселенной.

Предложенный физиком метод перемещения в пространстве заключается в идее сжатия пространства перед кораблем и растяжением позади него. На границе сжатия образуется так называемая волна, которую должен оседлать гипотетический корабль. Эта волна перемещает в пространстве не сам корабль, а некий ограниченный объем неискаженного пространства. По сути, вокруг корабля создается своеобразный пространственный пузырь, чьи границы образованы описанными искажениями самой материи пространства.

Таким образом, несмотря на то, что внутри самого пузыря свет всегда будет двигаться быстрее корабля, сам пузырь будет перемещаться сквозь обычное пространство быстрее света. Учитывая тот факт, что внутри пузыря формально корабль не двигается, на него не будут действовать перегрузки при ускорении и торможении.

Увы, возможность создания подобной технологии также связана с использованием экзотической материи. И даже если наука сможет (например, благодаря эффекту Казимира) реализовать «в металле» двигатель, способный искажать пространство, то для перемещения объекта вроде космического корабля потребуется огромное количество энергии.

Вывод

Чтобы в ближайшие 50-100 лет создать технологию межзвездных перелетов, лучшим ученым необходимо методично проводить научные изыскания, исследования и опытно-конструкторские работы над целым рядом вариантов двигательных установок. Дело в том, что и по сей день никто не может сказать, в каком направлении следует двигаться, чтобы создать «межзвездный» двигатель. Вполне возможно, что одно из представленных в данном обзоре направлений позволит человечеству снарядить экспедицию к звездам в ближайшее столетие.

Большинство технологий на сегодняшний день практически не приближены к технической реализации всех тех идей, которые выдвинуты физиками-теоретиками, потому в ближайшее время вряд ли удастся добраться до звезд, а особенно — с помощью «кротовых нор» или пузыря Алькубьерре.

Нелирическое отступление

Почему мы решили опубликовать этот пост в нашем блоге? Читая приветственные сообщения людей, которые приходят в Mail.Ru Group, замечаешь, что большинство из нас в той или иной форме интересуется будущим – перспективными технологиями, трендами, sci fi, наконец. Многие из нас обожают «Космическую одиссею» Кубрика, читают и до хрипоты обсуждают за обедом футурологические прогнозы, а некоторые и сами их составляют. Мы решили, что будет здорово рассказывать в блоге о будущем под разными углами и с разных точек зрения. Есть идеи для следующих постов? Мысли по поводу перспектив межзвездных путешествий? Ждем в комментариях!