По ту сторону звезд. Книга 2

Приложения

Приложение 1 Пространство-время и сверхсветовые скорости

Выдержки из «Энтропийных начал»

(пересмотренное издание)

…необходимо привести краткий обзор основных принципов. Пусть он послужит руководством для дальнейших более серьезных исследований.

* * *

Сверхсветовые полеты – определяющая технология современной эпохи. Без нее выйти за пределы Солнечной системы было бы невозможно, если не рассматривать многовековые перелеты на кораблях со сменяющимися поколениями или автоматические посевные суда, которые по прибытии к месту назначения выращивали бы там колонистов. Даже самые мощные термоядерные двигатели не могут обеспечить характеристической скорости орбитального маневра, позволяющей совершать межзвездные путешествия, доступные для нас.

Хотя теоретически движение со сверхсветовыми скоростями обсуждалось давно, осуществить его на практике удалось лишь после того, как Илья Марков в 2107 году разработал единую теорию поля (ЕТП). Вскоре последовало эмпирическое подтверждение, и в 2114 году был создан первый рабочий прототип сверхсветового двигателя.

Гениальность Маркова проявилась в том, что он понял жидкостную природу пространства-времени и продемонстрировал наличие различных световых пространств, опираясь на чисто теоретические исследования Фронинга, Мехолика и Готье, выполненные на заре XXI века. До того все подходы ограничивались общей теорией относительности.

Согласно специальной теории относительности Эйнштейна (и преобразованиям Лоренца), никакая частица с массой вещественной величины не может достичь скорости света. Для этого потребовалось бы бесконечное количество энергии; кроме того, это привело бы к нарушению причинности, тогда как во Вселенной в неквантовых масштабах причинность не нарушается, что позднее было продемонстрировано эмпирически.

Однако ничто в специальной теории относительности не запрещает безмассовой частице всегда двигаться со скоростью света (как, например, фотону) или всегда двигаться быстрее скорости света (как, например, тахиону). Об этом неопровержимо свидетельствуют математические выкладки. Из совокупности нескольких уравнений специальной теории относительности со всей очевидностью вытекает фундаментальная релятивистская симметрия досветовых, световых и сверхсветовых частиц. Что касается сверхсветовых частиц, то подстановка релятивистских масс вместо собственных масс позволяет сделать сверхсветовые массу и энергию определимыми, не мнимыми величинами.

Таким образом, получаем современную модель физического пространства (см. рис. 1):

Рис. 1. Зависимость положительной энергии от скорости

Здесь вертикальная асимптота v = с обозначает жидкостную пространственно-временну́ю мембрану (она имеет пренебрежимо малую, но не нулевую толщину).

Благодаря приведенному выше графику немедленно становятся интуитивно ясными несколько принципов. Во-первых, досветовая частица никогда не сможет достичь скорости света c, как не сможет достичь ее и сверхсветовая частица. В обычном досветовом пространстве расходование энергии (например, сжигание топлива в дюзах космического корабля) может приблизить тело к скорости света. То же и в сверхсветовом пространстве. Однако в сверхсветовом пространстве скорость света наименьшая из всех возможных, а отнюдь не наибольшая, и ни одному телу, обладающему массой, никогда не удастся до нее замедлиться.

Поскольку возрастание скорости в сверхсветовом пространстве означает движение со скоростью, многократно превосходящей c, верхнего предела для скорости движения по сути нет, хотя имеются чисто практические ограничения, связанные с наличием минимального уровня энергии, необходимого для обеспечения стабильности частиц (напомним, что чем меньше энергия, тем больше скорость в сверхсветовом пространстве). Масса покоя в досветовом пространстве вещественна, положительна и возрастает по мере того, как v приближается к c; в световом пространстве масса покоя всегда равна нулю, а v всегда равно c; в сверхсветовом пространстве масса покоя мнима при v = c, но становится вещественной, положительной и возрастает при движении со скоростью, большей c.

Отсюда следуют обратные эффекты замедления течения времени при ускорении. Как в досветовом, так и в сверхсветовом пространстве по мере приближения к скорости с старение происходит медленнее по отношению ко всей Вселенной. То есть Вселенная «старится» намного скорее, чем космический корабль, несущийся с 99 % от скорости света. Однако в сверхсветовом пространстве приближение к с означает замедление. Если же скорость все возрастает, многократно превосходя с, то старение путешественника будет происходить все быстрее по отношению к остальной части Вселенной. Конечно, это было бы огромным недостатком сверхсветовых путешествий, если бы космические корабли в сверхсветовом пространстве не находились в пузыре Маркова (подробнее об этом см. ниже).