Сверхсветовое движение в научной фантастике

Сверхсветовое движение тел, обладающих положительной массой покоя запрещено СТО. Главным образом, в фантастических произведениях и фильмах, сверх- или околосветовое движение, связано с передвижением в пространстве космического транспортного средства, либо с передачей сигналов (информации).

Гипотетические частицы, обладающие отрицательной или мнимой массе покоя, такие как тахион, могут двигаться со сверхсветовыми скоростями. А также предполагается возможность изменения геометрии пространства, которое позволит перемещаться со сверхсветовой скоростью. Тема сверхсветового движения очень популярна в фантастической литературе.

Можно выделить два типа сверхсветового движения в научной фантастике:

• классический тип перемещения, но на скоростях больших скорости света;
• мгновенное перемещение на большие расстояния (телепортация, нуль-переход, проход через кротовую нору).

В одних произведениях авторы объясняют более или менее подробно принципы сверхскоростного движения, в други же только указывается сам факт сверхсветового движения.

Можно выделить несколько общих принципов:

• движение в гипер- или подпространстве;
• движение в обычном пространстве (как правило путем его искривления).

Классические способы перемещения

С точки зрения современной науки, передвижение тела в обычном пространстве с около- / сверхсветовой скоростью мягко говоря «затруднено» (а проще говоря невозможно), и связано с цепью противоречий, которые следуют одно за другим.

1. Например, на околосветовой скорости, при столкновении объекта массой 1 кг с песчинкой, высвобождается такое количество энергии, которое позволяет 10 тыс. тон стали превратить в пар за 1 секунду. Если сопоставить это с реальной массой звездолета, то мощность взрыва будет равна или превышать мощность ядерных процессов происходящих на Солнце.
2. С другой стороны, у звездолета может быть некий «защитный (магнитный) экран», но, практически невозможно представить, какой мощности он должен быть, и от какого рода источника энергии питаться, чтобы защитить звездолет от столкновений с мелкими песчинками, не говоря уже о астероидах.

Учитывая эти факторы, любой полет звездолета прекратится в первую же секунду. Из этого следует, что перемещение объекта в пространстве в прямом смысле этого слова, со сверхсветовой скоростью невозможно, и значит остается вторая возможность сделать это: преодоление расстояния не минуя пространственный отрезок, а прохождение через т. н. червоточину.

Большинство авторов фантастики, чтобы не объяснять подобные противоречия, указывают, что на сверхсветовых скоростях не действуют известные законы Ньютона, сохранения энергии, и термодинамики. При этом, совершенно не понятно, каким образом в таких условиях могут существовать живые организмы.

Вселенная Звездного Пути (Star Trek)

Наиболее подробно технологии сверхсветовых перемещений описаны во франшизе «Звездный Путь». Сверхсветовое движение (например варп-технология) здесь служит не просто фактором, позволяющим познакомить зрителей и читателей с инопланетными культурами, а одной из центральной концепций.

Варп технология

Файл:Warp USS Voyager NCC 74656.jpg

Корабль USS Voyager NCC-74656 движется на варп-скорости

Варп-двигатель в Звездном Пути работает так: перед кораблем пространство сжимается, позади же корабля, напротив, расширяется. В результате получается область пространства (так называемый варп-пузырь), в которой покоится корабль, но которая, неся внутри себя корабль, движется со сверхсветовой относительно сторонних объектов скоростью. (Поразительно то, что по мнению большинства современных физиков также будет работать и реальный варп-двигатель.)

Слипстрим технология

описание

Привод квантового слипстрима сравним с технологией трансварпа. Используя квантовый слипстрим, корабль способен преодолеть 60000 световых лет за 3 месяца. Этот способ движения был изобретен инопланетной расой неизвестного происхождения, которую ассимилировали Борги. Вместо использования стандартного варп-ДУ, слипстрим-двигатель питается от сферического устройства, которое также служит ему двигателем. Корабли Федерации, после некоторых перерегулировок, в состоянии использовать слипстрим на очень ограниченный период времени.

Технические особенности

На самом деле квантовый слипстрим - это узкосфокусированное, направленное варп поле, которое создается путем управления структурой пространственно-временного континуума на квантовом уровне. При фокусировании квантового поля через навигационный дефлектор создаются огромные изменения в пространственном искривлении. Таким образом, создается пространственный туннель, который появляется впереди корабля. Сразу после входа корабля в туннель, силы, внутри туннеля, двигают его на невероятной скорости.

Туннель квантового слипстрима достаточно велик, чтобы вместить более одного корабля, поэтому корабль, не оснащенный квантовым слипстрим-приводом, может войти в туннель слипстрима и присоединиться к тому кораблю, который генерирует его. Для того, чтобы начать контролируемое отключение квантового слипстрим-привода, нужно уменьшить силу поля до 50%. Это может быть выполнено путем перестановки полярности привода.

Подпространственная катапульта

Подпространственная катапульта - крайне продвинутая двигательная технология, которая была разработана и построена Ташем, - неизвестным инопланетянином, который намеревался вернуться домой после случайного прохождения через нестабильную червоточину. Подсчитав, что полет домой займет 10 лет, он направляет свои усилия на создание двигательного устройства, которое должно во много раз сократить время его путешествия.

технические характеристики

Физика устройства очень проста для такой продвинутой машины. Когда она включена, гравитоновая волна, направленная излучателями, обволакивает корпус корабля. Это двигает его внутрь подпространства, которое известно как нуль-пространство. Там корабль проводит какой-то промежуток времени, обычно несколько часов, в течение этого времени он преодолевает огромные расстояния "настоящего" пространства – теоритизированно Ташем.

Катапульта питается от тетрионового реактора и конструтивно состоит из двух огромных дуг, служащих патформой для гравитоновых излучателей. Шесть излучателей поддерживаются на каждой дуге, которые, когда активизированы, создают синое поле, окружающее корабль перед его входом в нуль пространство. Корабль, находящийся между дугами, удерживается тяговым гравитационными лучами, а затем "пинается" внутрь подпространства. Гравитоновое поле может быть установлено на разные уровни, чтобы определить расстояние, на которое будет перемещен корабль.

Когда астронавты USS Voyager NCC-74656 впервые обнаружила катапульту в 2376 году, они немедленно предложили помощь Ташу, узнав, что он тоже пытается вернуться домой. Таш был благодарен за их помощь и предложил им взамен использование катапульты сразу, после того, как он совершит свое путешествие.

После того как команда Вояджера усовершенствовала катапульту, Таш совершил свой первый полет. Это позволило ему преодолеть 5000 световых лет, что превысило его ожидания, хотя ему пришлось приспособить его корабельные защитные поля, чтобы предотвратить рарущение корпуса.

После удачного путешествия, Таш отправил Вояджеру ряд модификаций, чтобы улучшить действие устройства. Проведя некоторые тесты, Вояджер использовал катапульту и пролетел 30 секторов пространства меньше чем за 1 час, сэкономив 3 года путешествия домой.

Аннигиляторы пространства

В фантастическом романе Сергея Снегова «Люди как боги» описываются устройства, позволяющие перемещаться со скоростью, в тысячи раз превышающей скорость света. Для этого применяются аннигиляторы Танева. Они основаны на эффекте превращения пространства в массу, так называемом «эффекте Танева». Аннигиляторы уничтожают пространство перед звездолетом, то есть сокращают расстояние между двумя точками в этом пространстве. Причем это происходит не за счет перемещения самого звездолета, а за счет «вырезания» пространства перед ним.
Для работы аннигиляторов применяется некое «активное вещество». После работы этих двигателей, после уничтожения пространства, за звездолетом образуется пылевое облако, то есть вещество, созданное самим звездолетом.

Также аннигиляторы Танева способны работать в обратном режиме — производить пространство, затрачивая вещество (в том числе расположенное вне корабля). Таким образом, например, несколько кораблей враждебной расы были уничтожены, а составлявшая их материя была преобразована в пространство, увеличив при этом расстояние от корабля землян до противника.

Максимальная скорость, которую в романе достигли корабли с установленными аннигиляторами, составляет 7000 скоростей света.

Для измерения скорости движения звездолетов применяются параллаксометры.

Подпространство

Описание данного способа перемещения основано на допущении, что параллельно нашему пространству существует другое, где снято ограничение на скорость или пространство имеет сильно искривлённую геометрию. Вход в подпространство возможен при создании соответствующих условий, часто требует много энергии.

Ефремов в книге Час быка описывал существование параллельных измерений и возможность мгновенных прыжков между ними (прыжки через подпространство).

Аналог подпространства в современной реальности — авиаперелёты: экономят время, требуется авиалайнер, сложное оборудование, чаще всего передвижение возможно только из аэропорта в аэропорт.

Братья Стругацкие описывают в мире будущего (в цикле произведений про «Мир Полудня») систему т.н. "нуль-кабин", осуществляющих "нуль-транспортировку" - человек входит в кабину, похожую на телефонную будку, набирает номер кабины куда хочет попасть, и мгновенно оказывается в такой же кабине с соответствующим номером.

Другие названия

Надпространство, искривлённое пространство…

Подпространство во вселенной Вавилон-5

Типичное представление подпространства дано во вселенной «Вавилон-5» — Это пространство, подсвеченное алым с невнятной физикой. Вход и выход возможен в любом месте, или через специальные ворота, на кораблях, не оборудованных двигателями перехода.

Для функционирования точки перехода требуется редкое радиоактивное вещество в больших количествах.

Телепортационный способ перемещения

Перемещение по методу Леванта-Мейера (ПЛМ)

В произведении «Мост к разуму» Джо Холдеман описал следующий метод перемещения на космические расстояния.

Время действия – вторая половина XXI века. После открытия ПЛМ люди постепенно расселяются по планетам.

история открытия

Перемещение по методу Леванта-Мейера получило свое название в честь двух американских учёных, первый из которых случайно открыл этот феномен, а второй нашёл ему практическое применение как средству межзвёздных полётов.

В один из дождливых дней 2031(34) года Левант экспериментировал с большим (около 2см в диаметре) кристаллом бромида-кальция. Бромид кальция является “ионным проводником” и поэтому электрический ток проходит через него только при относительно высоких температурах. Эксперимент имел целью проследить изменения в решетке кристалла по мере нагревания, при слабом электрическом разряде, пропущенном через него. Это было необходимо для работ над особым типом электронного микроскопа. Была сильная гроза и разряд молнии, миновав громоотвод на крыше, попал в стену лаборатории. Вот что рассказывает Левант:

“…спираль нагревателя вспыхнула ярким голубым светом одновременно с разрядом грома. Свет в лаборатории погас, и я ощутил сильный запах горящей изоляции. Затем я почувствовал острую боль в пальце, хотя меня не обожгло и не ударило током. В дальней части лаборатории снова зажегся свет… На свету я увидел, что кончик моего указательного пальца срезан… ...Спираль обогревателя превратилась в спёкшуюся массу, но сам кристалл, как ни странно, вроде бы совершенно не пострадал и блестел на поверхности стола… ...В средней части микроскопа сияла дыра, точно повторяющая очертания кристалла и располагающаяся по его оси. Сначала я подумал, что дыру прожгла молния, но никаких следов спекшегося или расплавленного металла видно не было. Просто часть электронного микроскопа перестала существовать. Эта часть появилась спустя несколько секунд, зависла в воздухе, непосредственно над кристаллом и с грохотом рухнула вниз. На поверхности стола образовалась куча обломков, состоящая из кусков металла, электронных частей микроскопа и кончика моего пальца”

В тот же день Мейер – друг Леванта выдвинул идею, что наблюдался эффект телепортации, и палец Леванта побывал в дальнем космосе

описание

• Для ПЛМ необходим кристалл. Все что находится в зоне его действия (например, для 120см кристалла в Колорадо-Спринг зона переноса представляет собой цилиндр с основанием в 120см в диаметре и высотой 5м) переносится.

• Для ПЛМ необходима более менее твердая поверхность в месте прибытия, поэтому нельзя отправить объект в космос или на звезду. Необходима в нужном месте какая-нибудь планета или хотя бы астероид

• Объем или вес переносимых объектов не играет роли и не влияет на энергозатраты. Важен только размер кристалла, дальность переноса и время на которое будет осуществлен перенос

• Когда исследовательская группа перемещается на другую планету, один из членов команды имеет наводящее устройство. Когда срок прибывания на планете истекает, всё, что находится в непосредственной близости (зона точно повторяет конфигурацию начального поля ПЛМ) от наводящего устройства автоматически, без затрат энергии, перемещается обратно на Землю.

• Наводящее устройство может быть только у одного члена команды, иначе может произойти аналог Аламской катастрофы - когда два тела оказались в одно время в одном месте, в результате чего “гора превратилась глубокий каньон, а на расстоянии между Альбукерком и Мехико-Сити все было засыпано пеплом”

• если при обратном перемещении кто-то оказывался вне зоны наводящего устройства, то он не перемещался с остальными, но в то же время исчезал с планеты. Все попытки найти этих людей терпели неудачу

• Объекты, которые были собраны на планетах и перенесены на Землю через определенное время (столько же, сколько люди пробыли на планете) исчезали (возможно они переносились обратно)

технические особенности

ПЛМ имел ряд ограничений на продолжительность и дальность перемещения:

Основная формула энергетической потребности для прыжка:

$E=C{\frac {e^{\frac {t}{k}}\cos ks^{\frac {1}{2}}}{{\frac {1}{t}}+1}},\quad \left\{{\begin{matrix}t\geq 0.01356\\s\geq 9.40960\end{matrix}}\right.$

где C и k – постоянные, t – продолжительность прыжка (в днях), s – расстояние (в световых годах)

Как видно, с одной стороны данный метод не позволял перемещаться на расстояния менее 9,4 световых лет и на время менее 19,5минут, с другой стороны из-за огромных энергетических затрат не позволял перемещаться на значительные расстояния.

Ниже приведена таблица энергетических затрат (в долларах) по пеермещению объектов:

Название	расстояние (св. год)	продолжительность прыжков
		0,02	0,1	1	5	10	30	70
био группа1	10,3	0,48	2,24	13,6	34,7	64,8	589	43301,4
61 Лебедь А	11,2	0,55	2,58	15,6	39,9	74,3	675,3	49654,5
Вега	26	3,17	14,86	89,9	229,9	428,3	3891	286000
Арченар	115	87,89	4113,82	24913	63717	119000	1079000	52440000
Канопус2	240	10354	484000	2932000	7499000	13970000	12700000	9330000000

• 1 – ближайшая звезда на которую возможен ПЛМ
• 2 – Количество энергии для семидневного прыжка на Канопус (если будет найдена возможность ее произвести и аккумулировать) превзойдет количество энергии, потребляемое всей Землей за 1000 лет

Коллапсарный прыжок

В произведении «Бесконечная война» Джо Холдеман описал следующий метод перемещения:

Время действия – XXI - XXXI века. Человечество ведет космическую войну с тельцианами (инопланетянами, контакт с которыми впервые произошел у звезды Альдебаран в созвездии Тельца).

история открытия

В 1985 году был открыт коллапсарный прыжок – если направить объект в коллапсар, то он падает в него и выпрыгивает из другого коллапсара в другой части Галактики.

описание

Быстро нашли закономерность, позволяющую определить место выхода: объект как бы движется вдоль “линии” (вдоль эйншейновской геодезической линии) и выпрыгивает в пространство, когда эта воображаемая “линия” упирается в другой коллапсар. Попадая в нормальное пространство, объект продолжает лететь в том же направлении и с той же скоростью, с какой свалился в первый коллапсар.

технические особенности

Время, занимаемое прыжком, всегда одно и тоже, независимо от дистанции. С помощью сложных волновых экспериментов было показано, что длится некоторую малую долю секунды.

Временной сдвиг

У Гордона Р. Диксона есть серия произведений посвящённая Доналу Грину – великому космическому флотоводцу, – в которых описаны сверхсветовые полеты методом временного сдвига.

описание

Для перемещения между звездными система применяется так называемый “временной сдвиг”. Данный метод основан на принципах неопределённости Гейзенберга - корабль как бы растягивается до бесконечности, после чего происходит обратный процесс уже в нужной точке пространства.

технические особенности

Для того, чтобы человек мог без последствий для здоровья перенести сдвиг ему приходится принимать специальные препараты. Но даже в этом случае трудно перенести сразу несколько сдвигов (команда Донала Грина вынуждена была произвести десяток сдвигов за короткое время, что привело к 100% недееспособности экипажей кораблей – слабость, рвота, потеря сознания, и даже летальным исходам). Через 100 лет после описанных событий был найден способ, позволяющий людям переносить сколь угодно большое кол-во сдвигов.

При сдвиге существует мизерная вероятность того, что корабль не сможет появиться в нужном месте и будет размазан в бесконечности по Вселенной.

Произведение “Дикий Волк”

В произведении “Дикий Волк” Гордон Диксон описывает расу “Высокородных” – галактическую аристократию, владеющую многими технологиями. Одна из которых – межзвездные перелеты

описание

Космический корабль не движется – он просто изменяет свои координаты.

технические особенности

• Существует предел расстояний, на которые может переместиться корабль, но кол-во таких перемещений не ограничено, поэтому корабль может преодолевать большие расстояния за короткие промежутки времени
• Процесс, с помощью которого корабль преодолевал световые года за считанные дни, требует очень много энергии.

Джамп (С. Лукьяненко, цикл Звезды - холодные игрушки)

Для мгновенного перемещения используется специальное устройство — джампер. Оно переносит всю материю, находящуюся на некотором расстоянии от устройства, на расстояние около 12,5 световых лет.

Особенности

• Расстояние 12,5 световых лет определяется не особенностью конструкции, а неким соотношением физических констант, соответственно, изменить его нельзя, можно задавать лишь направление. Таким образом, перемещение на меньшие расстояния невозможны — для них приходится прокладывать специальные траектории с лишними точками.
• При перемещении генерируется сильный электромагнитный импульс, который отключает электронику, стирает электронные носители информации и нарушает функционирование нервной системы биологических организмов. Большинство разумных рас не могут перенести этого и сходят с ума. В произведениях описаны только три расы, способные после прыжка вернуться в нормальное состояние. При этом люди на некоторое время испытывают экстаз, который для них не смертелен, но вреден для психики, счётчики могут временно «отключать» своё сознание, а Куалькуа «переносит» сознание в тело другой особи.

См. также

• Гиперпространство (космология)