Абсолютно фантастический варп-двигатель, с теоретической точки зрения, интересен тем, что принцип его работы сам по себе не нарушает никаких законов физики. Вот только для работы такого устройства потребуются несуществующие материалы с невозможными свойствами — например, отрицательной плотностью энергии. Однако немецкий физик внимательно изучил более ранние научные работы по теме и нашел хитрую лазейку, которая позволяет хотя бы теоретически описать подобный способ передвижения без использования экзотических и аномальных материй.

©Paramount Domestic Television, Wikimedia

Практически любая космическая фантастика в той или иной форме содержит описания способов перемещения быстрее скорости света — ведь путешествия по тысяче лет (в лучшем случае) до ближайшей звезды выглядят невообразимо скучно. Но такова известная на сегодня реальность: открытые до сих пор законы физики запрещают сверхсветовые полеты. Естественно, ученые тоже люди, и не все из них довольны таким положением дел. Поэтому существует множество исследований, направленных на поиск способов «обмануть» ограничения Общей теории относительности (ОТО).

С очередной небезуспешной попыткой выступил немецкий физик Эрик Ленц (Erik Lentz) из Геттингенского университета имени Георга-Августа (University of Göttingen). Он оформил свои весьма многообещающие умозаключения в научную работу, которую опубликовал рецензируемом журнале Classical and Quantum Gravity. И выводы, к которым Ленц пришел, как минимум заслуживают внимания.

В своей работе Ленц предлагает новое оригинальное решение уравнений Эйнштейна для искривленного определенным образом пространства-времени. Фактически, по мнению этого ученого, существует такая конфигурация искривлений, при которых для их создания не требуется отрицательная энергия. В модели Эрика пространство-время образует солитоны — компактные устойчивые единичные волны, сохраняющие форму и постоянную скорость движения в неустойчивой среде.

Правда, есть нюанс: несмотря на всю теоретическую реалистичность выкладок, для создания такой волны все равно потребуется фантастическое количество энергии. Фактически, чтобы создать из солитона пространства-времени устойчивый пузырь диаметром 100 метров, потребуется преобразовать в энергию массу трех десятков Юпитеров. Но это все равно проще, чем придумать вещество с отрицательной плотностью энергии.

Ленц отмечает, что во время подготовки вычислений он уже нашел несколько путей для повышения эффективности модели. А если учесть другие научные работы по теме, возможно удастся снизить количество требуемой для создания такого пузыря энергии на 30-60 порядков. Это будет следующим этапом изысканий молодого физика.

«Лазейку» в существующих физических моделях Эрик нашел, изучая несколько десятков уже опубликованных научных статей, посвященных сверхсветовому движению. В частности, его идея по виду сильно напоминает знаменитый Пузырь Алькубьерре. На деле сходство есть, но оно заключается лишь в принципе перемещения быстрее скорости света — помещении космического корабля в статичную область пространства, которая движется за счет формирования волн перед ней и за ней в пространстве-времени. Отличается же сам механизм создания этих волн.

Может показаться, что подобные исследования — бред сумасшедших ученых. Но это важная область исследований, тестирующих ограничения известных «теорий всего», главная из которых — ОТО. Несмотря на множество спорных идей, такие изыскания получают некоторое финансирование, причем даже для проведения практических экспериментов. В некоторых из них уже наблюдались эффекты, требующие пристального изучения, поскольку они не вписываются в предсказанные следствия теории относительности.

Автор: Василий Парфенов

Источник: Naked Science

От меня. Поскорее бы свалить уже с этой планеты.

Известная и упомянутая во всех учебниках физики как предтеча теории относительности статья Майкельсона и Морли 1887 года [1][2] содержит таблицу с цифрами. Ее можно поместить в Excel, обсчитать самостоятельно и ... результат такого расчета не сходится с общепризнанным догматом церкви эйнштейнового прихода.

Цифровые отметки на скриншоте в красных кружках соответствуют нумерации строк в расчетных таблицах  ниже: строки 1-6 перенесены непосредственно как написано, остальные данные вычисляются (кстати, в вычислениях 19 века есть потеря точности).

Данные в текстовом виде для любителей считать в Excel приведу здесь:

Измерения 1887; 16; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16
8 июля 12:00; 44,70; 44,00; 43,50; 39,70; 35,20; 34,70; 34,30; 32,50; 28,20; 26,20; 23,80; 23,20; 20,30; 18,70; 17,50; 16,80; 13,70
9 июля 12:00; 57,40; 57,30; 58,20; 59,20; 58,70; 60,20; 60,80; 62,00; 61,50; 63,30; 65,80; 67,30; 69,70; 70,70; 73,00; 70,20; 72,20
11 июля 12:00; 27,30; 23,50; 22,00; 19,30; 19,20; 19,30; 18,70; 18,80; 16,20; 14,30; 13,30; 12,80; 13,30; 12,30; 10,20; 7,30; 6,50
8 июля 18:00; 61,20; 63,30; 63,30; 68,20; 67,70; 69,30; 70,30; 69,80; 69,00; 71,30; 71,30; 70,50; 71,20; 71,20; 70,50; 72,50; 75,70
9 июля 18:00; 26,00; 26,00; 28,20; 29,20; 31,50; 32,00; 31,30; 31,70; 33,00; 35,80; 36,50; 37,30; 38,80; 41,00; 42,70; 43,70; 44,00
12 июля 18:00; 66,80; 66,50; 66,00; 64,30; 62,20; 61,00; 61,30; 59,70; 58,20; 55,70; 53,70; 54,70; 55,00; 58,20; 58,50; 57,00; 56,00

Майкельсон и Морли производили свои измерения 8-12 июля 1887 года около 12 часов дня и около 18 часов вечера; в их статье они обозначены, соответственно, как полуденые (Noon) и вечерние (P.M). Опыт проводился в Кливленде (США) в северо-западной комнате в подвале здания колледжа Адельберта. В статье зафиксированы результаты 36 оборотов интерферометра, которые усреднены в шесть строк исходных данных. [3] С этим же зданием и кампусом вокруг него связана и дальнейшая история этого эксперимента — к сожалению, сейчас, в отличие от периода 1926-1937 гг., опыт не демонстрируется публике, поскольку его результат далек от канонического и может задеть религиозные чувства прихожан церкви Эйнштейна, в России же опыт так ни разу и не воспроизводился, несмотря на протесты ученых — от основоположника космонавтики Циолковского до исторических (Тимирязев) и современных профессоров МГУ (на Ютубе есть лекции проф. Дайнеко на эту тему).

Заголовок таблицы в верхней строке содержит цифры от 1 до 16, которые означают азимут поворота прибора в равных долях полной окружности. На скриншоте из статьи [1] ниже стрелкой и отметкой показано, о каких именно 16 делениях идет речь.

Колонка 16 в таблице повторяется два раза: показание прибора за начало оборота и за его конец не совпадают из-за температурного дрейфа (прибор медленно охлаждается или нагревается в течение суток), поэтому полезный сигнал получали, вычитая из результатов измерения линейный тренд. Методика расчета подробно описана в статье Миллера [3] и в статье Хикса [4]. Вот так выглядят сами данные из строк 1-6, если выстроить по ним диаграмму:

Здесь я ничего не добавляю от себя: это те же цифры, что даны у Майкельсона и Морли и именно они изображены на рисунке выше в виде диаграммы. По оси ординат здесь приведены показания прибора в его собственных единицах (делениях головки винта, divisions of the screw-heads). По оси абсцисс — 16 отметок азимута, которые нанесены на "вращаемый барабан".

Дальнейшие вычисления: в строках 7 и 8 Майкельсон и Морли усреднили три измерения как среднее арифметическое, чтобы получить строку Среднее (Mean).

Это спорное решение (как и не-приведение всех данных по 36 оборотам), поскольку теряется информация по статистическому разбросу и вероятной ошибке измерения.

А в строках 9 и 10 они перевели показания прибора в длины волн делением их на 50. Это обозначено Mean w.l. (среднее в длинах волн).

Речь, как написано выше, идет о среднем из 6 считываний (six readings), Миллер в дальнейшем уточнил, что всего оборотов прибора в этих опытах было зафиксировано тридцать шесть [3].

Усреднение данных за три дня, следовательно, является еще одним последовательным усреднением. В итоге получается следующий график для дневных и вечерних наблюдений:

Показания интерферометра, таким образом, вовсе не равны нулю и, казалось бы, имеют некий полезный сигнал, который стабильно воспроизводится в 36 оборотах прибора.

Для вычисления этого полезного сигнала Майкельсон и Морли производили вычисление полу-периодического эффекта. В их статье не отмечено, зачем они это делают, зато это написано в статье их преемника по эксперименту — Дейтона Миллера [3].

Чтобы найти упомянутый эффект, вторую половину длинной кривой суммировали с первой половиной, чем погашались полнопериодический эффект и все нечетные гармоники...

Чем же плох полно-периодический эффект? Он может означать проблему подвеса прибора и математические проблемы, которые подробнейшим образом изучал в своей работе Хикс [4], тогда как искомый эффект по теории эксперимента является полу-периодическим и он возникает при каждом полу-обороте прибора.

Для получения полу-периодического эффекта Майкельсон и Морли усредняли значения под противолежащими азимутами 16 и 8, 1 и 9, 2 и 10 и так далее, получая значение финального среднего (Final mean). В таблице они показаны в строках 11 и 12.

На графике эти значения "финальных средних" выглядят так:

Это не совсем похоже на итоговый график из статьи Майкельсона и Морли и тут, очевидно, пропущены дополнительные преобразования.

Давайте попробуем исключить наклон путем вычитания линейного тренда, по методике Хикса 1902 [4] и Миллера 1933 [3]. Упс, ох, ай-яй-яй  график совсем не похож, причем, он не похож ни у кого из авторов. Товарищи читатели, помогайте получить в Excel показанный выше итоговый график.

У меня же получилось то, что показано на рисунке ниже, и этот график в целом соответствует кривым Миллера [3], см. маленькие кривые с его рисунка номер 3:

Дальнейшее вычисление, которое я произвожу, это вычисление линейного тренда (строки 13-14), вычитание его из исходных данных (строки 15-16) и сдвиг графика вверх, чтобы избавиться от отрицательных значений (строки 17-18).

Перевод длин волны в метры (строки 11-12) я произвожу умножением вычисленных значений (строки 17-18) на длину волны желтого цвета 0,589 мкм или 5,89E-07 м.

Чтобы получить скорость эфирного ветра в метрах в секунду, надо воспользоваться соотношением из исходной статьи, где нам известно значение D (11 метров), как написано на этом же скриншоте, скорости света (299 792 458 м/с), которая обозначена как V и неизвестной остается величина v, которую нам и надлежит вычислить, зная смещения displacement (вычислены в строках 19 и 20 нашей таблицы).

Формула для подстановки в вычислительную таблицу:

=КОРЕНЬ(Приращение*Множитель), где множитель равен

c*c/2D или 299 792 458 * 299 792 458 / (2*11) = 4 085 250 812 440 080

Полученный график скорости эфирного ветра в целом соответствует последующим данным Миллера (здесь 8,5 км/с, у Миллера 10-11 км/с).

В процентах к орбитальной скорости Земли 30 км/с эти скорости выглядят так (см. строки 23-24):

Мнение самих Майкельсона и Морли по верхнему пределу скорости:

Земля движется по орбите вокруг Солнца, согласно сайту НАСА, со скоростью от 29.29 до 30.29 км/с (примерно 30 км/с). Делим 30 на 6, получаем 5 км/с, а поделив 30 на 4, получаем 7,5 км/с.

Обсуждение вопроса, почему эта скорость меньше орбитальной скорости Земли, может заключаться в обсуждении вопроса, а почему Земля вообще должна пронзать эфир (а не, например, нестись в эфирном вихре по Декарту, который, кстати, похоже, и раскручивает планеты и галактики в единой плоскости). По Миллеру эта плоскость эклиптики для Солнечной системы перпендикулярна скорости эфирного ветра, и данное космическое направление движения эфира с полуградусной точностью 4ч.54 мин.; −70°33'; ±0,5° было вычисленно именно им [3][5] и подтверждено в 1929 году Майкельсоном [6][7].

Наблюдавшаяся Миллером же скорость эфира 10-11 ±0,33 км/с [3] примерно соответствует показанным здесь результатам Майкельсона и Морли.

[1] A. Michelson and E. Morley. On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. // American Journal of Science - Third series - Vol. XXXIV, No. 203. - Nov. 1887.

[2] A. Michelson and E. Morley. On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Æther. // Philosophical Magazine S. 5. Vol. 24. No. 151. Dec. 1887

[3] Miller D.C. The Ether-Drift Experiment and the Determination of the Absolute Motion of the Earth // Reviews of modern physics, Vol.5, July 1933

[4] W.M. Hicks F.R.S. (1902): II. On the Michelson-Morley experiment relating to the drift of the Aether // Philosophical Magazine Series 6, 3:13, 9-42

[5] 1933: Miller D.C. The absolute motion of the solar system and the orbital motion of the earth determined by the ether-drift experiment // Science, June 16, 1933, Vol. 77, No. 2007, pp.587-588

[6] A. A. Michelson, F. G. Pease, and F. Pearson. Repetition of the Michelson-Morley experiment // Nature, Vol. 123, No 3090, P. 88, 19 Jan. 1929

[7] Michelson, A.A., Pease, F.G. & Pearson, F.: "Repetition of the Michelson-Morley Experiment" //
Journal of the Optical Society of America and Review of Scientific Instuments (J.O.S.A. & R.S.I.). March 1929. Vol 18, No 3. P. 181—182.

Про пост [Сверхсветовые корабли оказались бесполезными]

Я бы хотел оспорить эту довольно неумную мысль.
Я ни капли не физик, я интересуюсь происходящим в мире в силу природной любознательности, а потому погружений во тьму высшей математики постараюсь избежать. Но все же предыстория будет довольно весомой.

Итак, никому не известный непойми кто высказался, что человечество не способно преодолевать хоть сколько нибудь значимые космические пространства, причем доказывал он это с помощью научно-фантастического сериала 60х годов. Уже это вызывает улыбку, как вызывает у взрослых улыбку поведение неразумного малыша.

А теперь к сути.

Уже почти 100 лет математики всего мира пользуются понятием многомерности. Выглядит это примерно так:
Самое примитивное пространство в математике выглядит как точка - простейший элемент без длины, ширины и высоты.
Более усложненный вариант - пространство линейное, а именно вектор из точки. В таком пространстве появляется первая величина - расстояние, x.

Далее пространство можно расширить до плоскости - два перпендикулярных вектора, выходящих из одной точки позволяют оперировать уже двумя измерениями - длиной и шириной, x и y в математике.

Если провести из начальной точки третий вектор, перпендикулярный данной плоскости, мы получим измерение z, высоту, а по сути это будет наше с вами трёхмерное пространство.

А вот здесь начинается самое интересное!

В нашем восприятии добавить к трёхмерной системе дополнительное измерение кажется невозможным, но на деле это очень просто! В математике добавлять измерения можно практически до бесконечности, а проводить расчёты физических величин в многомерных пространствах конечно сложнее, но вполне возможно!
Более того, на данный момент известно, что наша с вами вселенная может существовать в энергетическом равновесии только в том случае, если на деле в ней будет не менее 11 измерений!
Мы с вами воспринимаем 3 пространства не в силу физических законов, а в силу своей психологии. Объяснить это можно так:
Берём лист бумаги и сажаем на него муравья. Ползая по поверхности этого листа, муравей будет передвигаться по плоскости. Третье измерение ему будем недоступно так же, как нам недоступны измерения более высокого порядка.
Теперь закручиваем лист и получаем так называемый лист мебиуса, выглядит это так:

На третьем варианте соединения мы получим плоскость, которая соединяет обе стороны листа, и муравей, двигаясь вперёд, будет присутствовать сразу на двух сторонах листа.
Так и мы существуем в многомерном пространстве, сами того не замечая, как будто ползая по закрученому листу бумаги. А ведь как муравей мог бы перемахнуть через край листа, так бы и мы могли передвигаться через дополнительное измерение, отказываясь в совершенно других местах, порой на огромном расстоянии от исходной точки. Как и муравей может двигаться несколько десятков сантиметров по прямой от одной точки листа до другой, при этом отказываясь просто с противоположной стороны, обогнув пару сантиметров через край.
Если оторваться от масштабов муравья и присмотреться к масштаба вселенной, мы увидим, что на данный момент огромное количество загадок нашего мира решается многомерностью.
Начнем с простого - в физике и геометрии огромное количество так называемых постоянных - некоторых коэффициентов (как например число пи), выведённых экспериментально, при этом совершенно непонятно, откуда они берутся и почему без них не получается производить расчёты.
Оказывается, в многомерном пространстве такие расчёты производятся БЕЗ привлечения этих постоянных, которые по сути нужно только для упрощения до 3х мерного пространства.

Еще одна загадка - масса наблюдаемого вещества вселенной вовсе не равна фактической массе вселенной, причем ненаблюдаемое и неизвестное вещество или энергия, называемая темной, составляет 96% вселенной!
Где же находится такой огромный кусок? Все просто - он в измерении, которое мы пока не можем увидеть в силу нашего пока что муравьиного восприятия.

Я закончу свою небольшую лекцию итогом, ради которого все расписывалось.
Если нашу вселённую развернуть на плоский лист, то в местах объектов с большой массой (звёзд и чёрных дыр) мы будем наблюдать прогиб листа, к которому будет по наклонной скатываться вещество, как мы притягиваемся вюк нашему солнцу.
А именно чёрные дыры, которые могут оказаться гипотетическими точками преломления 3хмерного пространства, и являются воротами или перегибами, связывающими через дополнительные измерения разные края вселенной.

Спасибо тем, кто дочитал! Простите, если найдёте в моих рассуждениях ошибки, прошу не кидаться тряпками, чукча не писатель) в комментариях все можно обсудить.
Если понадобятся более развёрнутые факты - к вашим услугам поисковики, которые раскрою любой научный момент из моего поста.

Специалист Японского агентства аэрокосмических исследований и бывший сотрудник НАСА Джеймс О'Донохью (James O'Donoghue) оценил скорость кораблей с варп-двигателем — гипотетическим устройством, позволяющим перемещаться со сверхсветовой скоростью. По оценкам исследователя, даже такие звездолеты являются чрезвычайно медленными в масштабах галактики, сообщает издание Science Alert.

В качестве примера О'Донохью взял выдуманный космический корабль USS Enterprise из научно-фантастического сериала «Звездный путь: Следующее поколение». В своем исследовании ученый основывался на руководстве с детальным описанием технических характеристик звездолета, которое было опубликовано в 1991 году двумя научными консультантами сериала.

Согласно руководству, существует шкала сверхсветовых скоростей, определяемых варп-фактором. Так, варп-фактор, равный одному, соответствовал скорости света, а верхняя граница в 9,99 превышала скорость света в 2140 раз. В анимации, опубликованной на YouTube, О'Донохью показал USS Enterprise, который начинает с варп-фактора 1 и ускоряется до варп-фактора 9,99.

Звездолету, чья скорость равна скорости света, понадобились бы 5 часов 28 минут, чтобы добраться до Плутона, который находится в 5,9 миллиарда километров от Солнца. При этом до ближайшей к Солнцу звезде — Проксиме Центавра — он добрался бы за четыре года и три месяца. При варп-факторе 5, который в 213 раз быстрее скорости света, корабль долетел бы до Плутона за одну минуту 30 секунд. Однако полет до Проксимы Центавра занял бы неделю. Наконец, при максимальной варп-скорости на полет до Плутона было бы затрачено всего 10 секунд, а до Проксимы Центавра — 18 часов.

Однако в масштабах Млечного Пути даже максимальная варп-скорость слишком медленная. Путешествие с одного края галактики до другого заняло бы 96 лет. Даже с так называемой «трансварповской» скоростью (в 8323 раза превышает скорость света) USS Enterprise потратил бы 24 года на пересечение диска галактики. До галактики Андромеды, которая удалена на 2,4 миллиона световых лет от Земли, он летел бы 300 лет.

Сам О'Донохью называет такие результаты удручающими. Человечество в настоящее время не достигло и десятой доли процента от скорости света. Хотя существуют теоретические выкладки, указывающие на возможность создания сверхсветового двигателя, на данный момент ученые не знают реальных способов его создания. Предполагается, что для работы устройства понадобится экзотическая материя с отрицательной энергией, однако неизвестно, что она собой может представлять.

Источник