"Sulu kungs, iestatiet kursu, šķēru ātrums ir divi" - šie vārdi, iespējams, ir zināmi ikvienam zinātniskās fantastikas fanam. Viņi pieder Džeimsam Kirkam, kurš ir Starship Enterprise kapteinis no leģendārās Star Trek sērijas. Saskaņā ar sižetu, varoņi pārvietojas ap Galaktiku simtiem reižu ātrāk nekā gaisma, pateicoties šķēru piedziņai, kas saliek apkārtējo telpu.
Tālajos 60. gados, kad sērija tika izlaista uz ekrāniem, tā tika uztverta kā neiespējama fantāzija. Bet šodien daudzi zinātnieki un inženieri nopietni runā par šāda dzinēja izveidošanas iespēju, un turklāt jau ir arī konkrēti priekšlikumi.
Visuma ātruma ierobežojums
Mūsu Saules sistēma atrodas diezgan plānā Piena ceļa posmā ar mazu zvaigžņu kopu blīvumu. Tuvākā zvaigžņu sistēma Alpha Centauri atrodas 4,36 gaismas gadu attālumā no Saules. Mūsdienu raķetēs, attīstot ātrumu 10-15 kilometri sekundē, astronautiem uz to būtu jālido vairāk nekā 70 000 gadu!
Un tas neskatoties uz to, ka mūsu galaktikas kopējais diametrs ir 100 000 gaismas gadu. Ja mēs nevaram pārvarēt pat tik nenozīmīgu attālumu pēc Visuma standartiem, tad mums nevajadzētu pat stostīties par kolonizāciju un dziļas kosmosa izpēti.
Ceļā uz zvaigznēm ir vēl viens nopietnāks šķērslis. Tas ir atspoguļots Einšteina relativitātes teorijā. Pirms teorijas parādīšanās 1905. gadā Ņūtona debess mehānika valdīja augstākajā fizikā. Saskaņā ar to gaismas ātrums bija atkarīgs no novērotāja kustības ātruma. Tas ir, ja jums izdevās panākt gaismu un pārvietoties ar to, tad tas jums vienkārši apstāsies. Vēlāk Maksvels sniedza šai teorijai matemātisku pamatu.
Vēl būdams students, Alberts Einšteins nevarēja pieņemt šo postulātu - viņš uzskatīja, ka kaut kur ir pieļauta kļūda. Beigu beigās viņš atrada atbildi uz jautājumu, kas viņu mocīja. Viņš pierādīja, ka gaismas ātrums ir nemainīgs un nekādā veidā nav atkarīgs no ārēja novērotāja.
Reklāmas video:
Izrādījās, ka nav iespējams panākt gaismu. Neatkarīgi no tā, cik ātri pārvietojaties, gaisma joprojām būs priekšā. Einšteina slavenā formula E = ms², kurā ķermeņa enerģija ir vienāda ar tās masu, kas reizināta ar kvadrātā gaismas ātrumu, burtiski skan šādi: lai objektu paātrinātu līdz gaismas ātrumam, ir nepieciešams bezgalīgs enerģijas daudzums, kas nozīmē, ka objektam jābūt bezgalīgai masai. Faktiski raķete, kas vēlas paātrināties līdz gaismas ātrumam, svērs tikpat daudz kā viss Visums!
Protams, reālajā dzīvē to nav absolūti iespējams izdarīt, gaismas ātrums ir sava veida universāls DPS inspektors, kurš reizi par visām reizēm nosaka ātruma ierobežojumu.
Šķiet, ka tas izbeidz cilvēces sapni par lidošanu uz tālām zvaigznēm. Tomēr desmit gadus pēc īpašās relativitātes teorijas publicēšanas parādījās vispārējā relativitāte, kur tika sniegti plašāki komentāri un papildinājumi.
Vispārējā relativitātes jomā Einšteins apvienoja telpu un laiku. Pirms tam viņi tika uzskatīti par atšķirīgiem fizikāliem jēdzieniem. Lai iegūtu labāku ilustrāciju, viņš salīdzināja telpas laiku ar audeklu. Noteiktos apstākļos šī audekls var pārvietoties daudz ātrāk nekā gaisma. Tomēr tas nesniedza atbildi uz galveno jautājumu: kā jūs varat apdzīt gaismu?
Gandrīz 70 gadu laikā daudzi pētnieki ir neizpratnē par šo noslēpumu. Un kādā lieliskā dienā viens jauns zinātnieks ieslēdza televizoru un, pārslēdzot kanālus, nāca klajā ar fantastisku seriālu. To vērojot, pēkšņi viņu sāka satraukt un viņš saprata, kā attīstīt virsluminālo ātrumu, nepārkāpjot fizikas likumus. Šī zinātnieka vārds ir Migels Alkubjērs.
Velku piedziņa
Pēc tam 1994. gadā Alkubjērs studēja relativitātes teoriju Kārdifas universitātē (Velsa, Lielbritānija). Televīzijā viņš redzēja seriālu "Star Trek". Zinātnieks vērsa uzmanību uz to, ka varoņi, lai pārvietotos kosmosā, izmanto kosmosa deformācijas motoru jeb velku piedziņu.
Tāpat kā ābols, kas nokrita uz Ņūtona galvas, reiz iedvesmoja viņu radīt debess mehāniku, tā arī TV šovs iedvesmoja Migelu radīt teoriju, kas vienreiz un uz visiem laikiem varētu izbeigt ātro Visuma "diskrimināciju".
Alcubierre sāka aprēķināt un drīz publicēja rezultātus. Viņš par pamatu ņēma vispārējo relativitātes teoriju, kurā teikts, ka, pieliekot noteiktu enerģijas vai masas daudzumu, jūs varat likt telpai pārvietoties ātrāk nekā gaismai.
Lai to izdarītu, ap kuģi jums jāizveido īpašs burbuļa vai deformācijas lauks. Šis šķēru lauks sašaurinās vietu kuģa priekšā un paplašināsies aiz muguras. Izrādās, ka kuģis faktiski nekur nekustas, pati telpa saliecas un stumj kuģi dotajā virzienā.
Laiks un telpa burbuļa iekšpusē nav pakļauti deformācijai un kropļojumiem. Tāpēc kuģa apkalpei nav papildu pārslodzes, un var šķist, ka nekas nav mainījies. Šajā gadījumā kosmosā varēs lidot ne tikai astronauti, kuri ir izturējuši īpašu medicīnisko atlasi un apmācību, bet arī parastie cilvēki.
Ja jums būtu jāatrodas uz kuģa tilta tā kustības laikā ar superluminal ātrumu un paskatītos uz apkārtējo telpu, zvaigznes pārvērstos par gariem sitieniem. Bet, ja atskatīsities, jūs redzēsit neko citu kā necaurlaidīgu tumsu, jo gaisma nevar jūs aizraut.
Alkubjērs aprēķināja, ka velku piedziņa ļaus ātrumu sasniegt 10 reizes ātrāk nekā gaismu, tomēr, viņaprāt, nekas neliedz palielināt motora jaudu un paātrināties līdz augstākām likmēm.
Tomēr, iepazīstoties ar Alkubjēra teoriju, Sergejs Krasņikovs no Galvenās astronomiskās observatorijas Pulkovā atklāja vienu iezīmi. Fakts ir tāds, ka pilots nevarēs patvaļīgi mainīt kuģa trajektoriju. Tas ir, ja, piemēram, jūs lidojat no Zemes uz Siriusu un pēkšņi atceraties, ka mājās neizslēdzāt gludekli, tad jūs nevarēsit atgriezties. Vispirms jums būs jālido uz galamērķi un pēc tam jāatgriežas atpakaļ.
Turklāt jūs arī nevarēsit sazināties ar nevienu, jo šķēru lauks pilnībā izolē kuģi no ārpasaules un bloķē signālus. Tāpēc Krasņikovs salīdzināja braucienu uz šāda kuģa ar braucienu metro. Viņš to sauca par "FTL metro".
Bet tā nav galvenā problēma. Deformācijas laukam jābūt ar negatīvu lādiņu. Lai to izveidotu, nepieciešama negatīva enerģija, par kuras esamību diskutēts daudzus gadus.
Kas nevar būt
Ja smagums ir pievilcības enerģija, tad negatīvajai enerģijai vajadzētu būt pretējām īpašībām un atvairīt svešķermeņus no sevis. Bet kā jūs saņemat šādu enerģiju?
1933. gadā holandiešu fiziķis Hendriks Kazimirs ieteica, ka, paņemot divas identiskas metāla plāksnes un novietojot tās perfekti viena otrai pēc iespējas mazākā attālumā, tās sāks piesaistīt. It kā neredzams spēks spiež viņus viens pret otru.
Saskaņā ar kvantu mehāniku vakuums nav absolūti tukša vieta, tajā pastāvīgi parādās vielas un antimateriāla daļiņu pāri, kas uzreiz saduras un iznīcina. Šis process ilgst burtiski miljardes sekundes. Kad tie saduras, tiek atbrīvots mikroskopisks enerģijas daudzums, kas "tukšā" vakuumā rada kopējo nulles spiedienu.
Ir svarīgi novietot plāksnes pēc iespējas tuvāk viena otrai, tad daļiņu tilpums ārpusē ievērojami pārsniegs to skaitu spraugā starp plāksnēm. Tā rezultātā spiediens no ārpuses izspiedīs plāksnes, un to enerģija, savukārt, kļūs mazāka par nulli, tas ir, negatīva. 1948. gadā eksperimentā izdevās izmērīt negatīvo enerģiju. Tas vēsturē aizgāja ar vārdu "Kazimira efekts".
Pēc 15 gadu eksperimentiem un pētījumiem Stīvs Lamoreau no Los Alamos Nacionālās laboratorijas 1996. gadā kopā ar Umar Mohidin un Anushri Roy no Kalifornijas Universitātes Riversaidas izdevās precīzi izmērīt Kazimira efektu. Tas bija vienāds ar eritrocītu - eritrocītu - lādiņu.
Diemžēl tas ir vienkārši milzīgi mazs, lai izveidotu deformācijas lauku, tas prasa miljardiem reižu vairāk. Kamēr nav iespējams radīt negatīvu enerģiju rūpnieciskā mērogā, velku piedziņa paliks uz papīra.
Caur grūtībām zvaigznēm
Neskatoties uz visām radīšanas grūtībām, šķēru piedziņa ir visticamākais kandidāts uz pirmo starpzvaigžņu lidojumu. Alternatīvie projekti, piemēram, saules buru vai termoelektrostacijas dzinējs, var sasniegt tikai subluminal ātrumu, savukārt tārpu caurumi vai stargates ir pārāk sarežģīti, un to pabeigšana prasa tūkstošiem gadu.
Mūsdienās NASA visaktīvāk izstrādā šķēru piedziņas prototipu, kura speciālisti ir pārliecināti, ka tā ir vairāk tehniska, nevis teorētiska problēma. Un inženieru komanda to jau dara Džonsona kosmosa centrā, kur savulaik tika sagatavots pirmais apkalpotais lidojums uz Mēnesi.
Pēc daudzu ekspertu domām, visticamāk, pirmie kosmosa deformācijas tehnoloģijas paraugi parādīsies ne ātrāk kā pēc 100 gadiem, ja būs pieejams pastāvīgs finansējums.
Sakiet, fantastiski? Bet varbūt ir vērts atcerēties, ka dažus gadus pirms Wright brāļi paņēma viņu lidmašīnu gaisā, ievērojamais angļu fiziķis Viljams Tomsons sacīja, ka lidot nevar nekas smagāks par gaisu. Un 60 gadus vēlāk pirmais Zemes kosmonauts pasmaidīja un teica: "Iesim!.."
Adilete URAIMOV