5 научно-фантастических концепций, которые теоретически возможны

Научно-фантастические романы и фильмы наполнены далеко идущими идеями, которые чаще всего служат трамплином для динамичных приключений, а не серьезной попыткой предсказать будущие тенденции в науке или технологиях. Некоторые из наиболее распространенных приемов, такие как разгон космического корабля до фантастических скоростей за считанные секунды без гибели пассажиров, просто невозможны согласно законам физики, как мы их понимаем.

Тем не менее, те же самые законы, похоже, допускают другие, казалось бы, невероятные научно-фантастические концепции, от червоточин до параллельных вселенных. Вот краткое изложение некоторых научно-фантастических идей, которые действительно могут быть реализованы — по крайней мере, теоретически.

Червоточины (кротовые норы)

Идея кротовой норы — кратчайшего пути в космосе, позволяющего почти мгновенно перемещаться между удаленными частями вселенной — звучит как фантастика. Но под более формальным названием моста Эйнштейна-Розена эта идея существовала как серьезная теоретическая концепция задолго до того, как ее использовали писатели-фантасты.

Она происходит из общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которая рассматривает гравитацию как искажение пространства-времени, вызванное массивными объектами. В сотрудничестве с физиком Натаном Розеном Эйнштейн в 1935 году предположил, что точки чрезвычайно сильной гравитации, такие как черные дыры, могут быть напрямую связаны друг с другом. Так родилась идея червоточин.

Силы вокруг черной дыры уничтожат любого, кто приблизится к ней, поэтому идея фактического путешествия через червоточину не рассматривалась серьезно до 1980-х годов, когда астрофизик Карл Саган решил, что он собирается написать научно-фантастический роман.

Карл Саган призвал коллегу-физика Кипа Торна придумать реальный способ мгновенно путешествовать на межзвездные расстояния. Кип Торн должным образом разработал способ — возможный в теории, но крайне маловероятный на практике — чтобы люди могли совершить межзвездное путешествие, пройдя через червоточину невредимыми. Результат нашел свое отражение в романе Сагана «Контакт» (1985), который впоследствии был адаптирован в фильм с Джоди Фостер в главной роли. Кротовая нора как способ перемещения в другую галактику также показана в фильме «Интерстеллар».

Хотя очень маловероятно, что червоточины когда-либо станут простым и удобным способом транспортировки, изображаемым в фильмах, теперь ученые придумали более жизнеспособный способ построить червоточину, чем первоначальное предположение Кипа Торна. Также возможно, что, если кротовые норы уже существуют во Вселенной, их можно будет определить с помощью детекторов гравитационных волн нового поколения.

Варп-двигатель

Важной предпосылкой для создания большинства космических приключенческих историй является возможность добраться из пункта А в пункт Б намного быстрее, чем мы можем сегодня. Помимо червоточин, есть несколько камней преткновения на пути к достижению этого с помощью обычного космического корабля. Требуется огромное количество топлива, сокрушительный эффект ускорения и тот факт, что во Вселенной существует строго установленное ограничение скорости.

Это скорость, с которой распространяется свет — ровно один световой год в год, что в космическом контексте совсем не так быстро (для стороннего наблюдателя). Проксима Центавра, вторая по величине звезда к Земле, находится на расстоянии 4,2 световых года от Солнца, а центр галактики находится на расстоянии 27 000 световых лет от нас.

К счастью, в ограничении космической скорости есть лазейка: оно определяет только максимальную скорость, с которой мы можем путешествовать в космосе. Как объяснил Эйнштейн, само пространство может быть искажено, поэтому, возможно управлять пространством вокруг корабля таким образом, чтобы нарушить ограничение скорости. Космический корабль по-прежнему будет перемещаться через окружающее пространство со скоростью меньше скорости света, но само пространство будет двигаться быстрее этой скорости.

Именно это имели в виду сценаристы «Звездного пути», когда они придумали концепцию «варп-двигателя» в 1960-х годах. Но для них это была просто правдоподобно звучащая фраза, а не настоящая физика.

Лишь в 1994 году теоретик Мигель Алькубьерре нашел решение уравнений Эйнштейна, которое произвело реальный эффект варп-двигателя, сужая пространство перед космическим кораблем и расширяя его в задней части. Решение Мигеля Алькубьерре было не менее изобретательным, чем проходимая червоточина Кипа Торна, и ученые пытаются его усовершенствовать в надежде, что когда-нибудь оно станет практичным.

Путешествие во времени

Концепция машины времени — один из великих научно-фантастических сюжетных приемов, позволяющее персонажам вернуться назад и изменить ход истории — к лучшему или худшему. Но это неизбежно вызывает логические парадоксы. Например, в «Назад в будущее» построил бы Док свою машину времени, если бы его не посетил будущий Марти, использующий ту же самую машину? Именно из-за подобных парадоксов многие люди считают, что путешествия во времени в реальном мире невозможны — и тем не менее, согласно законам физики, это действительно возможно.

Как и в случае с червоточинами и искривлениями космоса, физика, которая говорит нам, что можно путешествовать во времени, исходит из общей теории относительности Эйнштейна. Она рассматривает пространство и время как часть одного и того же континуума «пространство-время», причем эти два понятия неразрывно связаны.

Так же, как мы говорим об искажении пространства с помощью червоточины или варп-двигателя, время также может искажаться. Иногда оно может быть настолько искажено, что сворачивается само по себе, что ученые называют «замкнутой временной кривой», хотя ее можно с такой же точностью назвать машиной времени.

Концептуальный проект такой машины времени был опубликован в 1974 году физиком Франком Типлером. Названный цилиндром Типлера, машина должна быть большой — не менее 97 километров в длину, — и чрезвычайно плотной, а общая масса ее будет сравнима с массой Солнца.

Чтобы заставить цилиндр функционировать как машина времени, он должен вращаться достаточно быстро, чтобы исказить пространство-время до точки, в которой время сворачивается само на себя — «эффект перетаскивания кадра».

Телепортация

Типичным научно-фантастическим примером телепортации является транспортер «Звездного пути», который, как следует из названия, изображается просто как удобный способ перемещения из одного места в другое.

Но телепортация совершенно не похожа на другие виды транспорта: вместо того, чтобы путешественник перемещался в пространстве от начальной точки к месту назначения, телепортация приводит к созданию точной копии в месте назначения, в то время как оригинал уничтожается. Согласно IBM, с этой точки зрения — и на уровне субатомных частиц, а не людей — телепортация действительно возможна.

Реальный процесс называется квантовой телепортацией. Этот процесс копирует точное квантовое состояние одной частицы, например фотона, в другую, которая может находиться на расстоянии сотен или тысяч километров.

Квантовая телепортация разрушает квантовое состояние первого фотона, поэтому действительно создается впечатление, что фотон был перенесен из одного места в другое по волшебству. Уловка основана на том, что Эйнштейн называл «жутким действием на расстоянии», но более формально это известно как квантовая запутанность.

Если фотон, который должен быть «телепортирован», входит в контакт с одним из пары запутанных фотонов, и измерение результирующего состояния отправляется на принимающую сторону, где находится другой запутанный фотон, то последний фотон переходит в то же состояние, что и телепортированный фотон.

Это сложный процесс даже для одиночного фотона, и его невозможно масштабировать до системы мгновенной транспортировки, показанной в «Звездном пути». Тем не менее, квантовая телепортация имеет важные приложения в реальном мире, например, для защищенной от взлома связи и сверхбыстрых квантовых вычислений.

Параллельные вселенные

Вселенная — это все, что мы видим с помощью самых мощных телескопов — все миллиарды галактик, расширяющиеся в результате Большого взрыва. Но это все, что есть?

Теория говорит, что, может быть, нет: там может быть целая мультивселенная вселенных. Идея «параллельных вселенных» — еще одна знакомая тема научной фантастики, но когда они изображаются на экране, они обычно отличаются от нашей собственной вселенной лишь незначительными деталями.

Но реальность может быть намного более странной, когда основные параметры физики в параллельной вселенной, такие как сила гравитации или ядерные силы, отличаются от наших собственных. Классическим изображением совершенно иной вселенной такого типа и существ, живущих в ней, является роман Айзека Азимова «Сами боги», точнее вторая его часть.

Ключом к современному пониманию параллельных вселенных является концепция «вечной инфляции». Она изображает бесконечную ткань пространства в состоянии непрерывного, невероятно быстрого расширения. Время от времени локализованное пятно в этом пространстве — самодостаточный Большой взрыв — выпадает из общего расширения и начинает расти более умеренными темпами, позволяя материальным объектам, таким как звезды и галактики, формироваться внутри него. Согласно этой теории, наша Вселенная является одной из таких областей, но может быть бесчисленное множество других Вселенных.

Как и в романе Азимова, эти параллельные вселенные могут иметь совершенно другие физические параметры, чем наша. Когда-то ученые считали, что только вселенные с практически такими же параметрами, как наша, будут способны поддерживать жизнь, но недавние исследования показывают, что ситуация может быть не такой строгой.

Так что у существ Айзека Азимова еще есть надежда на существование, хотя, возможно, не на то, чтобы вступить с нами в контакт. Тем не менее, следы других вселенных могут быть обнаружены нами другими способами. Было даже высказано предположение, что таинственное «холодное пятно» на космическом микроволновом фоне — это след от столкновения с параллельной вселенной.