FUTURYCON

Идея о множественности миров занимала мысли человека еще в самые ранние времена, тогда, когда понимание действительности основывалось на мифологическом представлении о сотворении мира и действующих в нем законов, и когда то, что Земля плоская не нужно было доказывать. Это был просто факт.

Прошли века, и бесконечная множественность всевозможных миров получила определение «мультивселенная» и перестала быть частью мифологии или фантастики.

Сам термин «мультивселенная» впервые был придуман в 1895 году философом и психологом Уильямом Джеймсом. Однако, автор использовал его в ином контексте, чем тот, в котором позже стали применять его физики.

Основу в фундамент сегодняшнего научного представления о множественности миров заложила зародившаяся в начале 20 века квантовая механика.

Важным моментом в построении будущей модели Мультивселенной стал знаменитый спор Альберта Эйнштейна с Нильсом Бором, о том, играет ли Бог в кости. Бор считал, что коллапс или схлопывание волновой функции, возникающий в тот момент, когда внешний наблюдатель пытается выяснить по какой траектории пролетит элементарная частица в классическом эксперименте с двумя щелями, это полностью вероятностный процесс. Эйнштейн в свою очередь придерживался позиции детерминизма и говорил, что просто в данном случае работают неизвестные нам механизмы.

Стоит отметить, что вопреки ошибочному мнению о том, что Эйнштейн не принимал квантовую механику, на самом деле он не соглашался с ее интерпретациями, не отрицая при этом сами явления, которые она описывает. То же относится и к квантовому явлению нелокальности, проявляющемуся в «жутком действии на расстоянии», которое якобы так пугало Эйнштейна.

И вот в 1954 году этот спор о толковании квантовой механики навел на одну поразительную догадку аспиранта Принстонского университета Хью Эверетта, которую он изложил в своей докторской диссертации 1957 года. В ней он выдвинул интригующий тезис о том, что саму квантовую механику можно было бы объяснить более полно, если бы мы интерпретировали ее через призму параллельных вселенных.

Концепция Эверетта о расщеплении и ветвлении миров состоит в следующем: фактически каждый акт измерения, с разной степенью вероятности, реализует все возможные исходы этого измерения. Правда каждый вариант реализуется в «своей вселенной», отличающейся от всех остальных конкретно этим исходом, т.е. он возникает в восприятии наблюдателя, фиксирующего именно этот исход измерения. В этой концепции в действительности существуют (хотя и не взаимодействуют друг с другом) все варианты решения волнового уравнения и все варианты состояния наблюдателя, различающиеся только сохранившимся в его памяти результатом измерения.

Через два года после публикации своего исследования Эверетт посетил Нильса Бора в Копенгагене, чтобы обсудить эту гипотезу. Но на Бора идеи Эверетта не произвели никакого впечатления: он отказался отнестись к ним достаточно серьёзно.

Возможно эта неудача заставила Эверетта оставить данную область исследований и переключиться на решение других научных проблем, где он добился более значительных успехов.

Примерно в тот же период времени сформировались еще две альтернативные теории мультивсленной.

Свою интерпретацию идеи о множественности миров, а точнее о так называемой «пене пространства-времени», разработал в 1955 году физик Джон Уилер, который незадолго до этого являлся научным руководителем Эверетта, а еще ранее был одним из последних помощников Эйнштейна.

А вот удивительные результаты нашумевшего в 1956 году «эксперимента Ву», названного по имени американской женщины-физика китайского происхождения Ву Цзяньсюн, стали основой для предположения о параллельном существовании другой вселенной, являющейся зеркальным отражением нашей собственной.

Цель эксперимента Ву состояла в том, чтобы установить, применяется ли сохранение четности, которое ранее было установлено в электромагнитных и сильных взаимодействиях, к слабым взаимодействиям.

Эксперимент установил, что сохранение четности было нарушено в слабом взаимодействии. Этот результат не ожидался физическим сообществом, которое ранее рассматривало паритет как незыблемую величину.

Сам принцип сохранения четности формализовал в 1927 году Юджин Вигнер. Суть принципа в том, что нынешний мир и мир, построенный подобно его зеркальному отображению, будут вести себя одинаково, с той лишь разницей, что лево и право будут перевернуты. Например, часы, которые вращаются по часовой стрелке, будут вращаться против часовой стрелки, если вы построили зеркальную версию.

Из четырех фундаментальных сил природы - электромагнетизма, гравитации, сильной ядерной силы и слабой ядерной силы - только слабая ядерная сила демонстрирует нарушение четности.

Сохранение четности означало бы, что зеркальная версия мира ведет себя как зеркальное отображение текущего мира. Но нарушение четности проводит различие между зеркальной версией мира и простым зеркальным отражением нашего реального мира.

Существование Зеркального Мира означало бы, что он испытывает предпочтение к праворукости, что создавало бы баланс к картине мира в общем масштабе. Зеркальная материя и зеркальные частицы были бы идентичны нашим - с одинаковыми силами - но взаимодействовали бы с нашим миром только самым слабым и быстрым способом. При этом любое взаимодействие между материей нашего и зеркального мира было бы чрезвычайно трудно обнаружить. Поэтому зеркальная материя является возможным объяснением призрачной темной материи.

Темную материю так трудно обнаружить, потому что большая ее часть скрыта в зеркальном мире, откуда она проявляется только в действии гравитации. Если это так, то Зеркальный Мир в 5 раз больше нашего, поскольку темной материи в 5 раз больше, чем обычной материи.

Еще одна физическая загадка, указывающая на Зеркальный Мир, - это распад нейтрона.

Нейтроны являются частью ядер атомов. Отдельно от ядра нейтроны распадаются на протоны, электроны и антинейтрино. Поскольку все нейтроны идентичны, это значит все они должны распадаться одинаково и за одно и тоже время. Но тут есть проблема.

Результаты двух экспериментов – «бутылочного» и «пучкового» - дали ученым время 14 минут 48 секунд и 14 минут и 38 секунд соответственно. Не было никакой причины для этой разницы, независимо от настройки, все нейтроны должны были стать протонами за одинаковое количество времени.

Сначала это посчитали ошибкой эксперимента. Но испытание повторялось на протяжении многих лет, совершенствовались инструменты и методы наблюдения. Одно из самых точных измерений, из сделанных, все равно показывало разницу в 9 секунд между нейтронными распадами в пучке и в ёмкости.

Объяснением могло бы стать то, что некоторые нейтроны попадают в Зеркальный Мир и становятся зеркальной частицей. Вот тогда их больше невозможно обнаружить в нашем мире, что влияет на фиксируемое время распада нейтрона.

Существование зеркальной вселенной могло бы ответить и на вопрос о том, почему время имеет вполне определенное и только единственное направление, то есть почему существует стрела времени.

Концепция стрелы времени позволяет нам представить эволюцию нашей вселенной в виде конуса или своеобразного «колокола»: представьте, что сегодняшняя вселенная - это широкий, плоский круг, расположенный в основании вчерашнего чуть меньшего круга, который расположен в основании еще меньшего круга предыдущего дня.

Сложите все круги от сегодняшнего дня до Большого взрыва, и вы получите конус, на вершине которого находится сингулярность.

Когда астрономы смотрят вглубь космоса, они фактически оглядываются назад во времени. Самая отдаленная галактика, которую мы видим, GN-z11, видна нам такой, какой она была 13,4 миллиарда лет назад, или спустя 400 миллионов лет после Большого взрыва.

Если зеркальная вселенная возникла одномоментно с нашей в результате Большого взрыва, то она образует второй «зеркальной конус». При этом она находится слишком далеко от нас в пространстве-времени, чтобы мы могли ее видеть. Похоже, что время там движется назад относительно нашей системы отсчета.

Но в этой вселенной причина все также предшествует следствию, так же, как и в нашей Вселенной. И время с точки зрения населяющих эту вселенную существ движется от Большого взрыва, так же как и в нашей. Однако мы сами существуем как-бы в прошлом этой «зеркальной вселенной».

Но есть ли какие-то фактические подтверждения существования зеркальной вселенной помимо теоретических предположений?

Сторонники идеи о зеркальной вселенной считают, что да.

Так в 2016 году группа исследователей, в ходе проведения экспериментов с Антарктической импульсной переходной антенной НАСА под названием ANITA, зафиксировали частицы тау-нейтрино (более тяжелая частица, чем нейтрино), которые восходили по направлению «вверх» из Земли.

ANITA - это прибор, который обнаруживает нейтрино космических лучей сверхвысоких энергий.

Высокоэнергетические частицы в миллион раз мощнее, чем все, что мы можем создать здесь на Земле, и эти нейтрино являются объектом пристального интереса для астрофизиков, поскольку это единственные частицы, которые могут без помех достичь Земли.

Нейтрино низкой энергии могут без проблем пройти мимо нашей планеты, практически не взаимодействуя с чем-либо.

А вот, частицы высоких энергий задерживаются твердым веществом нашей планеты, и именно поэтому такие высокоэнергетические частицы всегда обнаруживаются как «спускающиеся» из космоса.

Обнаружение восходящих из Земли тау-нейтрино может означать, что данные частицы перемещаются назад во времени и могут быть свидетельством существования параллельной вселенной.

При этом самое простое и наиболее изящное с научной точки зрения объяснение связано с зеркальным вариантом вселенной. Это значит, что в момент, когда произошел Большой взрыв, возникли две вселенные, и все в другом мире, включая время, движется в противоположном направлении. То есть это мир полностью зеркальный нашему.

Тем не менее, существует вероятность и того, что данные результаты возникли из-за какой-либо ошибки в работе или интерпретации измерений ANITA. Но если дальнейшие исследования подтвердят правильность полученных измерений, то это может окончательно доказать существование параллельных вселенных.

Предлагаем Вам второй анонс (см. также видео-анонс в конце) наших ближайших выпусков видео, которые выйдут на нашем ютуб-канале.

Мультивселенная. Зеркальный мир.

Мы продолжим рассказ о вариантах концепции множественной вселенной или как еще говорят мультивселенной, которая возникла как альтернатива сформулированной Нильсом Бором копенгагенской интерпретации квантовых явлений.

В новой серии мы расскажем об идее зеркального мира. По мнению некоторых ученых, существование вселенной, которая является полным отражением нашей собственной Вселенной и в которой даже время может двигаться в обратном направлении, способно объяснить многие расхождения между предсказаниями доминирующих сегодня научных постулатов и фактическими наблюдениями за космосом. Кроме того, доказательство существования зеркального мира могло бы открыть путь к формулированию пока недостижимой для физиков Теории Всего.

Что не так с двигателем Алькубьерре?

Также мы продолжим обсуждать изобретение мексиканского физика Мигеля Алькубьерре. На этот раз мы попробуем проанализировать некоторые спорные моменты, касающиеся предложенного им варианта варп-двигателя. В научно-популярных статьях давно и широко обсуждаются вопросы, связанные с неосуществимостью такого изобретения в виду потребности для его работы гигантского количества энергии или экзотических видов энергии и материи, которые имеют исключительно теоретический характер и пока для физиков недоступны.

Но нет ли ошибки в самой идее такой технологии? Попробуем осветить этот вопрос в нашем новом видео.

Демон Максвелла

Существование энтропии, или меры необратимого рассеяния энергии, было установлено вторым законом термодинамики в конце 19 века. Тогда же начались попытки теоретического поиска способов нарушить этот закон, наиболее известным из которых стал мысленный эксперимент Джеймса Клерка Максвелла, который с легкой руки Уильяма Томсона, известного как Лорд Кельвин, получил название «демон Максвелла».

И хотя парадокс Максвелла был разрешен Лео Силардом еще в 1929 г., в настоящее время не прекращаются попытки реализовать его, используя различные физические среды и принципы.

И это неудивительно – ведь воплощение «демона Максвелла» равносильно созданию вечного двигателя.

Надеемся, что эти темы окажутся для Вас интересными, и Вы захотите ознакомиться с ними сразу после публикаций видео.

Поэтому подписывайтесь на наш канал на Youtube.

В октябре прошлого 2019 года появилась информация о том, что инженер НАСА Дэвид Бёрнс (David Burns) теоретически разработал новый революционный тип двигателя для космических кораблей, который он называл «спиральный двигатель» (“helical engine”). Изюминкой, ставшей причиной большого внимания и даже некоторого ажиотажа, было то, что принцип работы двигателя основан на концепции, якобы «способной нарушать законы физики».

Бёрнс исходил из того, что если поместить груз в контейнер (корпус потенциального двигателя) и заставить его перемещаться туда-сюда между двумя стенками вдоль горизонтальной оси, каждое идеально упругое столкновение придаст импульс контейнеру.

Чтобы движения не затухали, Бёрнс предложил переместить всю систему в вакуум космоса, избегая тем самым внешнего трения. Затем, надеясь на то, что когда объекты движутся с релятивистской (близкой к световой) скоростью, они набирают массу, Бёрнс рассчитывал на аналогичный процесс с грузом. Следовательно, если ускорить груз в одном направлении внутри контейнера, он должен увеличиваться по массе, а когда груз движется в обратном направлении, то его масса будет снижаться. Тогда, передавая больший импульс в одном и меньший в другом направлении, груз будет преимущественно ускорять контейнер в заданном направлении, что за достаточно длительное время позволит разогнаться до скорости 99% от скорости света. Это принцип.

Но, как считает астрофизик Этан Сигел (Ethan Siegel), специфика идеи Бёрнса в корне ошибочна, что "очень распространено среди нефизиков". (У Бёрнса есть докторская степень в области электротехники).

Проблема в том, что на практике, Бёрнс предполагает замену контейнера и груза на ускоритель частиц в форме спирали, который генерирует чистую тягу в предпочтительном направлении.

По мнению Сигела, эта идея основана на фундаментальном недопонимании специальной теории относительности.

Он говорит, что если бы Бёрнс правильно учел общий импульс системы «контейнер + груз», который должен включать энергию / импульс приложенных полей и силы, необходимые для ускорения отдельных компонентов (например, груза) внутри контейнера, он бы отметил, что полный импульс никогда не меняется, даже при релятивистских преобразованиях и идеально упругих столкновениях груз / контейнер.

Вместо этого он рассматривал груз отдельно, и это привело его к математическим ошибкам и несостоятельному заключению. Фактически, ранее проводившиеся эксперименты с фиксированной мишенью на коллайдерах частиц уже продемонстрировали сохранение импульса, который служит контрпримером к ожиданиям Бёрнса. Сигел считает, что идея «мертва в зародыше».

Все утверждения о том, что такое гипотетическое устройство может нарушить законы физики, подпадают под одну из двух категорий: мошенничество или самообман.

Сигел сравнивает данное изобретение с открытиями типа холодного синтеза, невозможного двигателя EmDrive или вечного двигателя, которые, в массе своей, являются заблуждениями авторов, возникшими из-за недопонимания или неправильного учёта физических закономерностей.

Двигатель Алькубьерре уже третий десяток лет рассматривается учеными и инженерами как самый перспективный и достижимый вариант конструкции привода для межзвездных кораблей будущего.

Его актуальность продиктована тем, что мы уже сейчас столкнулись с непреодолимыми ограничениями реактивного привода в контексте дальних космических перелетов. Если проблему необходимости пополнять запасы горючего теоретически можно решить, например, занимаясь по пути его добычей на попутных планетах или астероидах, то лимит возможной скорости в десятки тысяч километров в час выглядит умопомрачительным только с точки зрения велосипедиста. В итоге, эти множественные «пит-стопы» для дозаправки и черепашья по космическим масштабам скорость наших современных кораблей позволят добраться до ближайшей экзопланеты лишь за сотни тысяч лет.

Способ привода, предложенный Мигелем Алькубьерре (в честь которого он и назван) в 1994 году, вроде бы решает эти проблемы. Горючее необходимо лишь для стартового разгона и торможения (при необходимости), а скорость вообще неограниченная – она якобы может превышать скорость света в разы!

Как это возможно? Дело в том, что согласно предложенному Алькубьерре принципу, корабль с таким двигателем в общем-то даже и не перемещается по маршруту своего движения, а сам маршрут изменяется так, чтобы переместить корабль: пространство перед кораблем просто сжимается, а позади него растягивается.

Наиболее наглядно это иллюстрируется примером со скатертью лежащей на столе и предметом на этой скатерти, который надо переместить из одного края стола на другой. Вместо того, чтобы тащить предмет по скатерти, можно просто сделать складку от перемещаемого предмета до «места назначения» на другом краю стола (не забыв растянуть скатерть позади траектории движения).

Все вроде бы просто. Понятно, что есть чисто технологические сложности и инженеры пытаются их решить (с 2012 года одна из лабораторий НАСА проводит эксперименты с целью подтвердить теоретическую концепцию Алькубьерре). В основном камнем преткновения считаются два момента: это необходимость использования экзотической материи (которая не факт, что вообще существует), с помощью которой необходимо предварительно подготовить маршрут; и колоссальное количество энергии, необходимое для создания искривления пространства.

Эти проблемы хоть и масштабные, но касаются чисто технологических моментов реализации идеи.

Однако есть вопросы и к самой концепции, которые могут поставить крест на возможности ее воплощения, даже в том случае если ученые найдут недорогой и эффективный способ получать в большом количестве отрицательную энергию, необходимую для работы двигателя Алькубьерре.

Проблема №1 – Как моментально сжать и растянуть пространство?

Дело в том, нет четкого представления о том, каким образом сделать эту «складку» пространства.

Проводимые НАСА эксперименты с интерферометром Уайта — Джудэя, который, по заявлениям инженеров, может обнаружить пространственные возмущения, создаваемые сильными электрическими полями, пока не дают надежных результатов. Но вопрос тут даже не в результатах, а в принципе. Возмущения создаются «электрическими полями», скорость распространения которых по определению ограничена скоростью света. Соответственно, фронт сжатия-растяжения на маршруте корабля всегда будет упираться в пресловутые 300 тыс. км/с.

Да, концепция Алькубьерре признает необходимость предварительной «прокладки маршрута», но из этого следует, что, например, если сегодня кто-то захочет отправиться на Денеб (на расстоянии 2600 световых лет), то необходимо, чтобы кто-то другой уже проделал работу по искривлению пространства от Земли до Денеба, начав это делать, по крайней мере, 2600 лет назад.

То есть превысить скорость света пока не получается, но можно приблизиться, что тоже хорошо.

Зато по готовому маршруту можно будет перемещаться моментально! Не так ли?

Проблема №2 – Как пробраться сквозь «складку»?

Вернемся к аналогии со скатертью. Да, предмет на скатерти перемещается за счет создания складки по столу, но не по скатерти. А ведь в данной модели именно скатерть «заменяет» реальное пространство. Это значит, что когда двигатель Алькубьерре будет выключен, пространство, так же как и скатерть, «разгладится» и все вернется в исходное состояние.

Получается что для того, чтобы колоссальное количество энергии, затраченное на создание деформации пространства, не пропало зря, необходимо как-то продраться сквозь сжатое пространство на другую недеформированную сторону снаружи пузыря Алькубьерре. Если бы в аналогии со скатертью перемещаемым предметом на ней была бы иголка, то она с легкостью прошла бы сквозь складку. Но если речь идет о предмете более похожем на космический корабль, например чашка с чаем, то прохождение сквозь складку без нарушения целостности либо скатерти, либо чашки невозможно.

Ученые и раньше предостерегали, что этот способ перемещения грозит путешественникам жестким воздействием излучения Хокинга, но оказывается дело даже серьезнее.

В любом случае идея Алькубьерре весьма оригинальная. Даже если она и нереализуема в том виде, как ее сформулировал автор, попытки ее реализовать или опровергнуть, как это почти всегда бывает с научными идеями, обязательно дадут косвенные, но практические и интересные результаты.

В 1960 году американский физик Роберт Бассард придумал оригинальную идею. Для осуществления межзвездных путешествий он предложил использовать специальный прямоточный термоядерный двигатель.

В основе его концепции лежит захват вещества (водорода и пыли) из межзвёздной среды, идущим на высокой скорости космическим кораблём и использование этого вещества в качестве рабочего тела (либо непосредственно топлива) в термоядерном ракетном двигателе корабля.

Первоначально проект Бассарда предусматривал механический захват атомов водорода космическим кораблем в процессе его движения. Однако расчеты показали, что для достижения «идеального» ускорения в 1g в типичных областях межзвездного пространства, где содержание атомов водорода на единицу объема крайне мало, 1000-тонному космическому кораблю потребуется фронтальная зона сбора вещества просто огромной площади.

Даже если предположить, что технологии будущего позволят построить подобный сборщик водорода, его масса будет просто колоссальна Например, конструкция площадью 10 000 квадратных километров, изготовленная из майлара, и имеющая толщину 0,1 сантиметра, будет весить около 250 000 тонн.

Одним из способов решения этой проблемы является ионизация водорода перед космическим кораблем с помощью мощного лазера. Ионы водорода, имеющие электрический заряд (то есть, по сути, протоны) смогут втягиваться относительно небольшим коллектором Бассарда, который генерирует мощное магнитное поле. Тогда процесс «сбора урожая» будет иметь электромагнитную природу, а не механическую.

Поэтому сборщик не обязательно должен быть твердым. Можно использовать и сетку. И она не должна быть нереально большой. Поскольку магнитное поле может иметь конфигурацию, превышающую по размеру физические размеры сборщика материи.

Зачем?

Двигатель Бассарда обещает релятивистские скорости на всем протяжении маршрута, позволяя человечеству достичь ближайшей звездной системы менее чем за 4 года и ближайшей галактики менее чем за 30 лет. И все это при отсутствии бортового топлива.

Необходимость нести топливо останавливает нашу способность исследовать глубокий космос. Сегодня чтобы осуществить межзвездный полет, космическому кораблю, использующему химические ракеты, нужен топливный бак, больший, чем вся наблюдаемая вселенная. Химические ракеты никогда не выведут нас за пределы Солнечной системы. Именно это делает реактивный двигатель Бассарда таким революционным.

Как?

В основе прямоточного двигателя лежит слияние. Электромагнитные поля будут собирать водород, который затем попадет в термоядерный реактор и обеспечит энергию для мощной выхлопной струи. Неиспользованный водород также выбрасывается в выхлоп. Эта термоядерная реакция продвигает корабль вперед на невероятных скоростях, при этом собирая больше водорода из межзвездной среды, и избавляя от необходимости останавливаться по пути для дозаправки.

Бассард стремился к ускорению в 1g, чтобы люди на борту космического корабля могли испытывать гравитацию, подобную земной. Такое ускорение, безопасное для путешествий людей, но все же достаточно быстрое, чтобы достичь краев Галактики Андромеды всего за 30 лет.

Но для ускорения в 1g требует много водорода. Межзвездная среда имеет среднюю плотность около 1 атома водорода на кубический сантиметр, что делает ее чрезвычайно диффузной. Некоторые области Вселенной, такие как туманности, более концентрированы, чем другие. Ускорение 1g в средней межзвездной среде потребовало бы лобовой площади сбора водорода в 10 000 квадратных километров.

Осуществимость

Однако, колоссальным преимуществам сопутствуют серьезные и уникальные проблемы, которые нужно преодолеть.

Так как необходимо перемещаться очень быстро, чтобы собирать достаточное количество водорода, изначально требуется разогнаться до критической скорости, которая составляет около 6% от скорости света.

Это означает, что, хотя для двигателя Бассарда, возможно, не понадобится бортовое топливо во время путешествия, ему понадобится некоторое количество топлива в начале пути. Когда корабль движется, возникает проблема с питанием магнитных полей и лазеров, необходимых для ионизации и сбора водорода.

Термоядерный реактор корабля, по идее Бассарда, должен быть реализован на протон-протонном синтезе – это та же цепная реакция синтеза, которая происходит внутри звезд.

Некоторые исследователи сочли этот подход неэффективным. Так в 1974 году Алан Бонд предложил использовать входящий водород для синтеза с литием-6 или бором-11. Это слияние не только легче, но и приведет к высвобождению большей энергии. Водород будет взаимодействовать с бортовым топливом и придаст кораблю больше ускорения в этой модификации двигателя Бассарда.

Другой подход к слиянию был предложен физиком Дэниелом Уитмиром в 1970-х годах. По его мнению еще более эффективно использование каталитической цепочки ядерных реакций, так называемого цикла CNO, вместо протон-протонного горения, предложенного Бассардом.

Цикл CNO происходит в звездах, более массивных, чем Солнце, и на 9 порядков быстрее, чем протон-протонный синтез. Однако цикл CNO реализуется при температуре и плотности, которые мы пока не можем достичь с помощью наших технологий.

За прошедшие годы появилось не только много модификаций двигателя Бассарда, но сопутствующих изобретений.

Так, например, расчеты, выполненные физиком Робертом Зубриным и его коллегами, для решения проблемы торможения корабля встречным потоком водорода, вдохновили на идею создания магнитного парашюта или паруса. Это может быть важным для межзвездных путешествий будущего, потому что это означает, что замедление в пункте назначения станет возможно выполнить с магнитным парашютом, а не с ракетой.

А совсем недавно астрофизик Мэтью Каплан из Университета штата Иллинойс предложил тип звездной машины, в которой совместное использование двигателя Бассарда и Сферы Дайсона, позволило бы сделать всю нашу Солнечную систему гигантским космическим кораблем. Каплан описал как с помощью его изобретения можно целенаправленно перемещать Солнце, а, следовательно, и все гравитационно связанные с центральной звездой планеты.

Сама идея использования попутной среды для перемещения космического корабля мысленно возвращает нас во времена первых мореплавателей, которые использовали только море и ветер для движения вперед. Но пока для нас концепция двигателя Бассарда выглядит почти такой же далекой и нереализуемой, какой во времена первых морских путешествий могла показаться идея космических полетов в принципе.

Навязчивая космологическая загадка беспокоит физиков с 1917 года: из чего состоит Вселенная?

Усложняет этот и сам по себе выносящий мозг вопрос тот факт, что наши лучшие теории противоречат нашим наблюдениям за Вселенной. Альберт Эйнштейн, согласно научным сплетням, чувствовал персональную ответственность за выставление на повестку всей этой проблемы, называя ее своей «самой большой ошибкой».

По сути, вновь возникшая общая теория относительности Эйнштейна не работала, когда она использовалась для описания вселенной в целом. Общая теория относительности описывала «геометрию» пространства-времени как поверхность, похожую на натянутый батут; планеты - это тяжелые шары для боулинга, которые искажают поверхность, создавая изгибы. Если бы менее тяжелый шар (например, мраморный шарик) был помещен рядом с шаром для боулинга, он катился бы по поверхности точно так же, как движутся планеты на орбите. Таким образом, орбиты объясняются не гравитационной «силой», а искривлением в пространстве-времени.

Эта проекция работает при рассмотрении небольших областей пространства-времени. Но когда Эйнштейн применил ее ко всей вселенной, его предсказания не соответствовали факту. Тогда, Эйнштейн ввел «космологическую постоянную», фиксированное значение, которое представляет собой своего рода антигравитацию, антимассу и антиэнергию, противодействующие эффектам гравитации. Но после того, как ученые обнаружили, что Вселенная расширяется, а не статична, как полагал Эйнштейн, космологическая постоянная была «обнулена» и более или менее игнорировалась. Но потом мы узнали, что расширение Вселенной ускоряется, и уже после этого ученым стало невозможно игнорировать антигравитационное предположение Эйнштейна.

То, что раньше считалось пустым пространством во вселенной, теперь должно было быть заполнено огромным количеством таинственной анти-энергии, чтобы объяснить наблюдения за постоянно ускоряющимся расширением вселенной. Несмотря на это, наблюдения за расширением вселенной предполагают, что эта энергия на 60–120 порядков ниже, чем предсказывает относительно новая квантовая теория поля.

Это означает, что вся эта дополнительная энергия почему-то отсутствует, когда мы смотрим на вселенную в целом; либо она эффективно скрыта, либо по своей природе очень отличается от той энергии, о которой мы знаем.

Сегодня физики-теоретики пытаются примирить эти загадки, исследуя структуру так называемого «пространства-времени» во вселенной в наименьшем возможном масштабе, с удивительными догадками: пространство-время может быть не батутоподобной плоскостью, как когда-то предполагали ученые, а это может быть пенистый беспорядок пузырьков, каждый из которых содержит мини-вселенные, живущие и умирающие внутри нашей собственной.

Что такое пена пространства-времени?

Чтобы попытаться разгадать тайну того, что наполняет вселенную, ученые изучают возможность того, что она на самом деле наполнена пузырьками.

В 1955 году влиятельный физик Джон Уилер (John Wheeler) предположил, что на квантовом уровне пространство-время не является постоянным, а «пенистым», состоящим из постоянно меняющихся крошечных пузырьков. Что касается того, из чего эти пузыри «сделаны», недавнее исследование предполагает, что пузыри пространства-времени по существу являются мини-вселенными, в сжатом виде формирующимися внутри нашей собственной.

Предположение о пене пространства-времени прекрасно согласуется с внутренней неопределенностью и недетерминированностью квантового мира. Пространственно-временная пена распространяет квантовую неопределенность в положении и импульсе частицы на саму ткань вселенной, так что ее геометрия не является стабильной, непротиворечивой или фиксированной в микро масштабах.

Физик-теоретик Й. Джек Нг (Y. Jack Ng) из Университета Северной Каролины, Чапел-Хилл, объяснил иллюстрацию идеи Уилера о пене в пространстве-времени, в которой он использовал аналогию с поверхностью океана, следующим образом:

Представьте, что вы летите на самолете над океаном. На больших высотах океан кажется гладким. Но когда вы спускаетесь, то начинает показываться неровность поверхности. Достаточно близко к поверхности океана, вы видите пузыри и пену. Аналогично, пространство-время кажется гладким в больших масштабах; но в достаточно небольших масштабах оно будет выглядеть бурным и пенистым.

Профессор Стивен Карлип (Steven Carlip) из Калифорнийского университета в Дэвисе опубликовал новое исследование, основанное на квантовой теории пены Уилера, чтобы показать, что пузырьки пространства-времени могут «скрывать» космологическую постоянную в большом масштабе.

«Существует так много разных предложений [для решения проблемы космологической постоянной], и хорошим знаком для моего исследования является то, что ни одно из них не очень широко принято», - заявил Карлип в интервью. «Я подумал, что стоит искать подход, который был бы менее специальным, который мог бы исходить из того, что мы знали или подозревали из чего-то еще».

Идея состоит в том, что в этой пространственно-временной пене каждая точка в пространстве-времени имеет огромное количество энергии вакуума - состояния с наименьшей энергией, эквивалентной «пустому пространству» - предсказанного квантовой теорией, но которое ведет себя иначе, чем в других точках. Для любого конкретного способа, которым ведет себя точка в пространстве-времени, в другой точке в пространстве-времени, вероятно, есть точно такая же с противоположным поведением. Это особенность пены пространства-времени, которая «нейтрализует» избыточную энергию и расширение в микроскопических масштабах, что в итоге приводит к снижению энергии, которую мы наблюдаем в масштабе всей вселенной.

Чтобы это работало, нужно предположить, что на квантовом уровне времени не свойственно «направление». Другими словами, нет «стрелы времени» - движения времени в одном единственно возможном направлении. По словам Карлипа, в квантовом мире это не такое уж дикое предположение. «Большинство физиков согласятся, что на фундаментальном уровне мы не знаем, почему вообще есть стрела времени», - сказал он. - «Идея о том, что она как-то «проявляется» только в больших масштабах, существует уже давно».

Карлип называет пространственно-временную пену «сложной микроскопической структурой». Ее почти можно представить себе как расширяющуюся вселенную, образованную крошечными расширяющимися и сжимающимися вселенными в каждой точке пространства-времени. Карлип считает, что, возможно, с течением времени каждая расширяющаяся область пространства-времени производит сложную структуру, и они сами заполнены крошечными вселенными в каждой точке.

Одна из самых интересных теорий о космосе - это теория Кардашева. Предназначенная для описания того, как могут выглядеть инопланетные цивилизации, она определяет наше собственное место в сравнении с тем, какие возможности в принципе дает космос.

Что такое шкала Кардашева?

Первоначально предложенная российским астрофизиком Николаем Кардашевым, эта шкала делит потенциальные цивилизации по использованию доступной энергии на 3 этапа.

Автор полагал, что цивилизация измеряется на космическом уровне ее потреблением энергии и технологией, которую она использует. По словам Кардашева, эти два аспекта идут параллельно друг другу.

Чем больше энергии вырабатывается, тем больше технологий требуется для ее производства. Следовательно, общество, которое имеет высокую выработку энергии, должно иметь соответствующие технологии.

Иными словами, больше энергии = больше технологий.

Плохая новость ... человеческая цивилизация еще даже не имеет своего места на этой шкале.

Мы по-прежнему забираем большую часть нашей энергии от умерших животных, растений и самой Земли. Наша цивилизация, какой мы ее знаем, это цивилизация типа 0. Как то так!

Текущие оценки того, когда мы сможем повыситься в ранге измеряются даже не сотнями лет. Но что тогда для нас означает каждый этап шкалы Кардашева и как она применима к нашему будущему?

Цивилизация Типа I

Эта цивилизация относительно низкого уровня, которого мы почти достигли, характеризуется тем, что использует всю энергию соседней звезды. Здравствуй, солнечная энергетика!

Кроме того, природные катаклизмы также могут преобразовываться в энергию, а не уничтожаться цивилизациями такого уровня. Но, главное, наши масштабы производства энергии должны быть в 100 000 раз больше, чем сейчас, чтобы достичь этого этапа.

И, это самый низкий уровень этой шкалы ... представьте себе все остальное.

Очень важная характеристика и, возможно, почему мы этого пока не достигли, заключается в том, что цивилизация типа I способна накапливать достаточно энергии для растущего населения.

Другими словами, перенаселение на этом этапе не является проблемой.

Ресурсы всей планеты используются для получения энергии и света от основной звезды.

Хотя это может показаться слишком оптимистичным, но производство энергии в значительной степени экспоненциальная функция, и один или два крупных технологических прорыва могут помочь нам достичь этой стадии.

Цивилизация Типа II

Эта форма цивилизации похожа на тип I в том смысле, что цивилизация такого уровня контролирует энергию своей звезды. Тем не менее, это выходит за рамки простого преобразования солнечной энергии.

Цивилизации типа II обладают способностью напрямую манипулировать своей звездой и преобразовывать ее энергию во что-то более мощное, чем то, что мы уже видели.

Идея - это устройство, которое может захватывать энергию, выделяющуюся при синтезе, питающую звезды. Затем эта энергия теоретически может быть передана обратно на родную планету для использования.

Если собрать ее таким образом, энергия будет гораздо более мощной, чем любая другая форма солнечной энергии, которую мы видели.

Способность действительно манипулировать звездой означает, что все природные универсальные бедствия больше не будут представлять угрозу для планеты.

Возможность столь масштабных манипуляций означает, что мы могли бы, например, испарить любой астероид до его столкновения с нами. По оценкам, мы находимся на расстоянии 1000–2000 лет от этого уровня технологий, при условии, что мы не уничтожим себя сами за это время.

Цивилизация Типа III

Наконец, мы добрались самого высшего этапа. Продвинутые цивилизации этого уровня устойчиво используют всю энергию, доступную в их галактике.

Полная колонизация и энергия, собранная из сотен миллионов звезд, приводят в движение цивилизацию такого масштаба. Если бы такое передовое общество существовало, то оно опережало бы нас в развитии, по крайней мере, на миллион лет.

Такая цивилизация уже наверняка смогла бы путешествовать по вселенной со скоростью, превышающей скорость света, используя червоточины или какую-либо другую форму путешествий.

Технология, используемая таким обществом, скорее всего, показалась бы нам магией на нашем нынешнем уровне. По правде говоря, если бы существа такого могущества встретили нас, то они, вероятно, терраформировали бы наш мир из-за нашего низкого развития.

Стоит отметить, что в последние годы исследователи расширили масштаб еще на две ступени: Тип IV и Тип V. Универсальная и Мультиверсальная цивилизации, соответственно, эти группы выйдут за пределы времени и пространства, какими мы их знаем.

Учитывая, что цивилизации этих типов для нас просто непостижимы, ученые официально не добавляли их в шкалу.

Дело в том, что мы тип 0. Мы потратили впустую столетия, сражаясь друг с другом за ресурсы и пытаясь победить в этой борьбе, в то время как мы должны были сотрудничать.

Любая надежда на продвижение к звездам и на масштабное развитие требует совместной работы. Достижение цивилизации типа I положит конец нашим проблемам с использованием ресурсов и перенаселением, но только если мы сможем отложить в сторону наши разногласия.

От этого зависит будущее нашего общества. Посмотрим, чем все закончится.