Applied Physics запускает симулятор варп-двигателя

В 1994 году физик-теоретик Мигель Алькубьерре выяснил, как варп-двигатель может работать в реальной Вселенной. Ключевой особенностью варп-двигателя является то, что он может перемещать космический корабль со сверхсветовой скоростью, при этом пассажиры не испытывают огромного ускорения.

Идея Алькубьерре заключалась в том, чтобы создать плоскую область пространства-времени внутри сильно искаженного пузыря пространства-времени, который движется по Вселенной. Пассажиры сидят в плоской области, где ускорение равно нулю, в то время как пузырь в целом движется со сверхсветовой скоростью или, по крайней мере, с чрезвычайно высокой скоростью.

Большой вопрос, конечно, заключался в том, возможен ли физически двигатель Алькубьерре. По началу казалось, что это невозможно, потому что для него требовалась отрицательная энергия, что не допускается нашим нынешним пониманием физики, и невероятно большие плотности энергии.

Физика пузырей

Тем не менее, работа Алькубьерре вдохновила других на поиск альтернативных варп-двигателей, которые могли бы быть физически возможны. В 2021 году физики придумали, как создать варп-двигатель, используя положительную энергию, хотя и с невероятно высокой плотностью энергии.

Но оценить эти модели непросто из-за невероятно сложной математики, лежащей в их основе. Математика включает в себя два этапа.

Придумав структуру пространства-времени, которая могла бы обеспечить варп-скорость, первым делом нужно решить уравнения поля Эйнштейна, чтобы определить поток энергии и импульса. Этот поток задается математическими объектами, называемыми тензорами энергии-напряжения.

Как только они будут найдены, вторым этапом будет выяснить, являются ли тензоры энергии-напряжения физически реалистичными. Другими словами, нарушают ли они законы физики или требуют непрактичных ресурсов, таких как бесконечная плотность энергии.

Эти расчеты настолько сложны, что физики часто возвращаются к простым решениям, которые делают соответствующие уравнения более управляемыми, например, к предположению сферической симметрии. Однако это неизбежно игнорирует потенциально интересные пространства-времени с более сложной геометрией.

Теперь Кристофер Хелмерих из Университета Алабамы и его коллеги из Applied Physics разработали пакет программного обеспечения под названием Warp Factory, который берет на себя тяжелую математическую работу. «Warp Factory — это специализированный набор инструментов, предназначенный для анализа пространства-времени, связанного с варп-двигателями», — говорят создатели.

Они проверили программу, охарактеризовав тензоры энергии-напряжения ряда известных геометрических форм варп-двигателя, таких как геометрия Алькубьерре, и оценив их физическую правдоподобность.

Ни одна из этих моделей не является ничем иным, как математическим диковинкой, но Warp Factory предоставляет новые способы их понимания и ведет к новому пониманию их природы. В частности, это позволяет физикам более детально изучать подсветовые варп-двигатели, которые могут оказаться наиболее интересными.

«Этот комплексный набор инструментов обеспечивает содержательную визуализацию как в 2D, так и в 3D, предлагая более глубокое понимание показателей и соответствующих им тензоров энергии напряжения», — говорит Кристофер Хелмерих.

Команда сделала Warp Factory доступной для скачивания, чтобы каждый желающий мог изучить конструкцию революционного варп-двигателя. Это не гарантия того, что скоро появятся физически правдоподобные варп-двигатели. Но это предоставляет инструмент, который, несомненно, положит начало исследованиям в этой области.

«Мы стремимся к дальнейшему исследованию варп-двигателей и, надеемся, приблизим нас к реализации физически достижимых варп-двигателей», — говорят исследователи.

«Теперь физики могут создавать и совершенствовать множество конструкций варп-двигателей всего за несколько кликов, что позволяет нам развивать науку с варп-скоростью», — сказал Джанни Мартире, генеральный директор Applied Physics.

«Warp Factory служит виртуальной аэродинамической трубой, позволяя нам тестировать и оценивать различные конструкции варп-двигателей. Научная фантастика теперь постепенно приближается к научным фактам».