Источник:
В книге «За пределами Земли» планетолог Аманда Хендрикс и научный журналист Чарльз Уолфорт делают смелое утверждение: лучшим кандидатом для первой человеческой колонии за пределами Земли может стать не Марс, а Титан — крупнейший спутник Сатурна.
Сатурн и его спутник Титан на снимке автоматической станции «Кассини», завершившей свою многолетнюю миссию по изучению системы планеты в 2017 году.
Источник:
Титан обладает плотной атмосферой, которая защищает от космической радиации, относительно мягким климатом и огромными запасами воды в виде льда, а также углеводородов, которые можно использовать для производства топлива и энергии. Это делает его одним из самых перспективных мест для создания автономного поселения в Солнечной системе.
Источник:
Но даже если колонизация Титана станет реальностью, рано или поздно человечество задумается о следующем шаге — путешествиях к другим звёздам. И здесь встаёт почти непреодолимое препятствие: расстояние.
Источник:
Ближайшая к нам звезда, Проксима Центавра, находится в 4,24 световых годах. Чтобы достичь её на скорости самого быстрого пилотируемого корабля в истории («Аполлон-10»), потребовалось бы более 100 000 лет. А ближайшая потенциально обитаемая планета, вероятно, расположена ещё дальше.
Источник:
Специальная теория относительности Эйнштейна устанавливает жёсткий предел: ничто не может двигаться быстрее света. При приближении к этой скорости время для движущегося объекта замедляется. Даже если представить корабль, разгоняющийся до околосветовых скоростей, путешествие к другой звёздной системе займёт многие годы или десятилетия по меркам Земли, создавая непреодолимые проблемы для экипажа — от космической радиации до психологического стресса и обеспечения жизнедеятельности.
Источник:
Некоторые футуристы предлагают радикальный выход: изменить саму природу человека. Предприниматель и писатель Хуан Энрикес, например, считает, что хрупкая углеродная биологическая форма жизни не переживёт такого полёта. Он предполагает, что единственный шанс — это отказаться от биологических тел, «переселив» сознание в более долговечные кремниевые носители, способные существовать тысячи лет.
Источник:
Однако подобные сценарии относятся к столь отдалённому будущему, что любые предсказания становятся спекулятивными. К тому моменту, когда человечество освоит внешние планеты, технологии и общество изменятся до неузнаваемости.
Есть ли в известной нам физике лазейка, которая позволила бы обойти ограничение скорости света? Теоретически — да, если научиться управлять самой тканью пространства-времени.
После Большого взрыва Вселенная расширялась быстрее света, но законы физики не нарушались, потому что расширялось само пространство; внутри него ничто не двигалось сверхсветово. Если бы мы могли локально сжимать пространство перед кораблём и растягивать его позади, то аппарат достигал бы цели, формально не превышая скорость света. Это напоминает ходьбу по движущемуся эскалатору.
В 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре, вдохновлённый сериалом «Звёздный путь», опубликовал математическое обоснование такого «варп-двигателя» (от англ. warp — искривление). Его уравнения показали, что если существует экзотическая материя с отрицательной массой или энергией, она может создать вокруг корабля «пузырь» искривлённого пространства-времени.
Внутри этого пузыря пространство остаётся плоским, корабль неподвижен, и на экипаж не действуют перегрузки. Но сам пузырь, двигаясь за счёт деформации пространства, может, с точки зрения внешнего наблюдателя, перемещаться быстрее света.
Откуда взять эту экзотическую материю? Квантовая теория поля допускает существование отрицательной энергии даже в полном вакууме. Явным свидетельством этого считается эффект Казимира: две металлические пластины, расположенные в вакууме на чрезвычайно малом расстоянии, inexplicably притягиваются друг к другу из-за флуктуаций квантовых полей. Некоторые физики интерпретируют это как проявление отрицательной энергии вакуума в узкой щели между пластинами.
Однако первоначальные расчёты Алькубьерре показали, что для создания варп-пузыря потребуется колоссальное количество экзотической материи — масса, сравнимая с массой Юпитера. Сам физик счёл это практической невозможностью и оставил дальнейшие изыскания.
В 2011 году инженер NASA Гарольд «Сонни» Уайт предложил модификацию идеи. Он показал, что если изменить геометрию кольца экзотической материи вокруг корабля, сделав его не тонким, как обруч, а толстым, как спасательный круг, и варьировать параметры поля, то требуемое количество энергии резко сокращается.
По обновлённым расчётам Уайта, для создания пузыря диаметром 10 метров, движущегося в 10 раз быстрее света, может хватить всего одной тонны экзотической материи — фантастическое уменьшение на 24 порядка по сравнению с первоначальной оценкой.
Уайт возглавляет лабораторию Eagleworks в Космическом центре имени Джонсона, где в инициативном порядке работает над экспериментальной установкой. Её цель — создать микроскопическое варп-поле и зафиксировать его с помощью сверхточных инструментов. Уайт сравнивает свой эксперимент с «Чикагской поленницей» — первым ядерным реактором, собранным в 1942 году, который, будучи скромным по масштабу, открыл дорогу в атомную эру.
Несмотря на энтузиазм, многие ведущие физики относятся к идее скептически. Ларри Форд из Университета Тафтса математически доказал, что отрицательная энергия не может существовать в больших объёмах долгое время — иначе были бы возможны вечные двигатели и нарушался бы второй закон термодинамики. Сам Алькубьерре также выражает сомнения в работоспособности концепции.
В ответ Уайт предложил остроумный мысленный эксперимент. Что, если создать не одну большую зону отрицательной энергии, а миллиарды микроскопических полостей Казимира, собранных в структуру, напоминающую кубик сахара, а затем скомпоновать из таких «кубиков» необходимое кольцо? По его мнению, это могло бы обеспечить стабильный эффект без нарушения фундаментальных законов.
Исследования на стыке общей теории относительности и квантовой механики — это передний край современной физики. Новые теории, такие как теория струн или петлевая квантовая гравитация, могут когда-нибудь дать нам инструменты для управления пространством-временем. Пока же варп-двигатель остаётся гипотетической возможностью на грани научной фантастики.
Как отмечает Сонни Уайт, ответ на вопрос, осуществим ли он, мы можем получить лет через двадцать, через двести или никогда. Но если эта мечта когда-нибудь станет реальностью, вся наша Галактика — Млечный Путь — окажется в пределах досягаемости.
Пока теоретики размышляют о звёздах, практические шаги человечества направлены к более близким целям. Интерес к Титану как к потенциальному новому дому только растёт. В 2027 году NASA планирует запустить миссию Dragonfly — беспилотный летательный аппарат, который детально изучит химию и геологию этого удивительного спутника.
Поиск нового дома для человечества за пределами Земли — это путь, полный как непреодолимых, казалось бы, барьеров, так и удивительных проблесков надежды. Он начинается с колонизации Титана в нашей Солнечной системе и, возможно, когда-нибудь продолжится к другим звёздам — если наука найдёт способ обойти фундаментальные ограничения, открытые Эйнштейном.
