Что такое варп двигатель: двигатель | это… Что такое Варп-двигатель?

двигатель | это… Что такое Варп-двигатель?

Варп-двигатель (англ.  Warp drive, двигатель искривления) — cобирательный, фантастический научно-теоретический образ технологии или явления из вымышленной вселенной Star Trek, позволяющей попасть из одной точки пространства в другую быстрее, чем это делает свет. Это становится возможным благодаря генерации специального поля искривления (варп-поля), которое окутывает судно и искажает пространственно-временной континуум космического пространства, перемещая его. Двигатель искривления не разгоняет физическое тело быстрее скорости света в обычном пространстве, но использует свойства пространства — времени для перемещения быстрее, нежели это происходит с плоской электромагнитной волной (свет) в вакууме.

В сериале Звёздный путь

Технология

В общих чертах принцип работы варп-двигателей заключается в деформации пространства перед и позади звездолета, позволяя тому двигаться быстрее скорости света. Пространство «сжимается» перед судном и «разворачивается» за ним. При этом само судно находится в своеобразном «пузыре», оставаясь защищенным от деформаций. Сам корабль внутри поля искажения фактически остается неподвижным: перемещается само искаженное пространство, в котором он находится.

Использование варп-двигателей требует больших энергетических затрат, поэтому варп-системы Объединенной Федерации Планет приводятся в действие благодаря реакции между материей и антиматерией, разграниченными друг от друга кристаллами дилитиума. В результате реакции создается высоко-энергетичная плазма, называемая электро-плазмой. Электро-плазма направляется специальными электро-магнитными трубопроводами электро-плазменной системы (англ.  electro-plasma system, EPS) в плазменные инжекторы, которые, в свою очередь, создают варп-поле. Разные цивилизации используют разные источники энергии, но в целом процесс происходит аналогично.

Варп-поле, Поле искривления (Warp field)

Поле искривления состоит из множества слоев. Эти слои формируют «субпространственное поле». Это очень походит на «мини-вселенную», которая отделена от нормального пространства. Из-за отличающихся законов в этой мини-вселенной, относительно нормального пространства, мини-вселенная может двигаться со сверх световой скоростью. Чем из большего количества слоев состоит поле искривления, тем более глубоко корабль погружается в субпространство, тем дальше он отделяется от нормального пространства и тем выше скорость. Чтобы достигать более высоких скоростей, необходимо увеличить число субпространственных слоев. Для создания и поддержания последующего слоя требуется все больше энергии. Теоретический предел, наложенный на работу двигателя искривления называется предел Юджина. Согласно которому, фактор деформации 10 никогда не может быть, так как при этом расход энергии, как впрочем и скорость, становились равны бесконечности. Полный оставшийся доступным скоростной диапазон сжат между Warp 9 (9 слоев) и Warp 10 (бесконечная скорость).

На звездолёты класса «Интрепид» устанавливались специальные гондолы с изменяемой геометрией, позволяющее двигаться с еще более высокой скоростью без причинения вреда окружающему пространству и объектам, в нем расположенным. На более новом классе звездолётов «Суверин» устанавливаются более совершенные гондолы искривления, позволяющие двигаться с большими скоростями без изменения геометрии.

Элементы системы

• Контейнер с антивеществом
• Катушка индуктивности антивещества
• Реле антивещества
• Патроны дилитиума
• Электро-плазма
• Механизм экстренной остановки реакции
• Основная магистраль охлаждающего устройства
• Магнитный трубопровод
• Магнитный блок
• Гондолы

Часть двигателя деформации, спереди обычно располагается Вихревой сборщик со своими дополнительными системами, далее идет Плазменный инжектор, фокусирующий поток плазмы точно по центру Катушки искривления и собственно ряд катушек по всей оставшийся длине. Стандартом де-факто среди рас, использующих двигатели искривления, является использование двух гондол искривления слева и справа от корпуса корабля.

• • Коллекторы Буссарда

Устройство, обычно располагаемое (на кораблях Федерации) на переднем конце гондол искривления, и служащее для первичного сбора межзвездного газа (последующей сортировкой и переработкой занимаются уже другие системы). Сборщик обычно включается если запасы материи или антиматерии в баках корабля почти иссякли. Вихревой сборщик состоит из набора катушек, которые создают магнитное поле и подобно воронке затягивающее межзвездный газ.

• • Плазменный инжектор
  • Варп-катушка (катушка деформации)

Тороид, разделенный на несколько частей, который создает поле искривления, будучи активированным проходящим потоком высокоэнергетической плазмы. Ряд катушек деформации располагается в гондоле искривления. Используя плазменный инжектор, корабль может регулировать последовательность активации отдельных катушек искривления во время движения, позволяя кораблю маневрировать на Варп — скоростях.

• Аннулирующее ядро
• Предварительная магистраль охлаждения
• Катушка индуктивности
• Плазменный трубопровод
• Промежуточный охладитель плазмы
  • Смазочно-охлаждающая жидкость
• Регулятор плазмы
• Энергопередающий канал
• Сеть передачи энергии

Сеть распределения энергии, используемая на борту звездолетов Федерации для питания всех источников потребления, за ее работой и распределением энергии от источников к потребителям контролирует офицер ЭПС со своего терминала. Энергия передается в канале питания высокими скоростями движения плазменных частиц. Есть два основных источника питания: это ядро искривления и термоядерные реакторы в импульсных двигателях. Ядро в первую очередь питает гондолы искривления, щиты и фазеры, а импульсные двигатели всех прочих потребителей.

• Космическая матричная катушка восстановления
• Варп-плазменный трубопровод
• Ядро деформации
  • Реактор материи/антиматерии
  • Инжектор антиматерии
  • Плата кристаллов дилитиума
    • Кристалл дилитиума

Пожалуй главный компонент ядра искривления, внутри которого потоки вещества и антивещества при управляемом процессе аннигиляции преобразуются в электроплазменный поток. Дилитий — единственный пока известный элемент, который инертен к антивеществу, когда подвергается воздействию высокочастотного электромагнитного поля в мегаваттном диапазоне. Эффективность реакции в кристалле зависит от его качества.

• • • Механизм соединения кристаллов
  • Инжектор материи
  • Наборщик тета-матрицы

Разработка варп-двигателей

Каждая космическая цивилизация разработала варп-технологии самостоятельно и в разное время. Так Вулканцы имели варп-двигатели в третьем столетии по земному летоисчислению. В 2151 они преодолели скорость, равную семи варп-факторам. В том же году Клингоны смогли достичь шестой скорости. Следует заметить что сами клингоны не разработали варп-технологий — они были «позаимствованы» у хур’ков, когда-то захвативших родной мир клингонов КроноС (Хронос).

Объединенная Федерация Планет признала создание варп-двигателя важным этапом и фактором, характеризующим развитие какого-либо общества. Директивы Звёздного флота запрещают вступать в контакт с инопланетными расами до тех пор, пока те не войдут в эру варп-технологий.

Варп-технологии Федерации

Первый полет «Феникса»

На Земле варп-двигатель был создан ученым Зефрамом Кокрейном вскоре после окончания Третьей Мировой Войны. Несмотря на недостаток ресурсов, ему удалось переоборудовать для своих экспериментов космическую ракету «Титан V».

Первый испытательный полет варп-судна «Феникс» состоялся 5 апреля 2063 года и стал причиной «первого контакта» — встречи Землян и Вулканцев.

Однако дальнейшее развитие варп-технологий шло очень медленно (это во многом связанно с позицией Вулканцев, считающих человечество не готовым к освоению космоса) и только 80 лет спустя, в 2140-х, новый двигатель, созданный инженером Генри Арчером смог достичь варп-фактора 2. Вскоре сын Генри, Джонатан Арчер, преодолел 2-варп барьер, достигнув скорости варп 2.5.

К 2151 технология была развита настолько, что человечество стало готовым преодолеть барьер в 5 варп-факторов. Первым судном, оборудованным новым двигателем, стал звездолет «Энтерпрайз», который 9 февраля 2152 поставил новый рекорд скорости.

В 2161 была достигнута скорость 7 и новые двигатели начали устанавливаться на звездолеты.

В 2240-х годах скорость в 6 варп-факторов стала крейсерской (максимальная скорость на тот момент составляла варп 8).

Более высокие скорости были достигнуты только благодаря вмешательству других цивилизаций. Так в 2268 году Келвансы внесли изменения в конструкцию звездолета «Энтерпрайз», в результате чего тот смог добиться скорости варп 10^[1]. В том же году из-за саботажа Лосира звездолет «разогнался» до варп 14.1.

В то же время на звездолеты стали устанавливаться новые гондолы, сделавшие скорость варп 8 обыденной («Звёздный путь: Фильм»). В 2280-х была разработана технология «трансварп», которая должна была позволить двигаться с ещё большей скоростью, однако неудача испытаний новых двигателей вынудила инженеров отказаться от их практического применения.

Ко времени появления класса «Галактика» в 2360-х успехи инженеров позволили звездолетам двигаться со скоростью варп 9.6 в течение двенадцати часов.

Корабль Вояджер мог поддерживать крейсерскую скорость на уровне 9.975 по шкале ВАРП

В 2370 было обнаружено, что использование высоких варп-скоростей наносит существенный вред пространству и командование флота ввело ограничение на максимальную скорость в 5 варп-факторов. Однако уже через восемь месяцев было найдено решение проблемы и звездолёты с модернизированными двигателями вновь смогли использовать высокие скорости.

См. также

• Сверхсветовое движение
• E=mc²
• Импульсный двигатель

Примечания

1. ↑ Следует отметить, что до 24 века использовалась warp шкала Кокрейна, которая имела разметку более 10 warp факторов. Эта шкала в 24 веке была заменена на скорректированную шкалу TNG (не имеет отношения к названию сериала Star trek TNG), которая учитывала неоднородность областей пространства. Максимум этой шкалы равнялся 10 warp факторам.

Ссылки

• Варп-двигатель в вики Memory-Alpha  (англ.)
• статья о Варп-двигателях на сайте НАСА (англ.)
• Статья о теоретической возможности создания Варп-двигателя на сайте membrana.ru  (рус.)

Варп-двигатель: как технология из Star Trek поможет покорить космос

Срочная новость

Названы лучшие работы конкурса «Снимай науку!»

Названы лучшие работы конкурса «Снимай науку!»

10.07.2020 | 10:40

Варп-двигатель придумали фантасты, но эта технология имеет серьезное научное обоснование.

Термин «варп-двигатель» придумали фантасты — он хорошо знаком поклонникам сериала Star Trek. Но эта технология имеет серьезное научное обоснование. Денис Юшин, инженер космической отрасли и автор научно-популярного канала Science & Future в «Яндекс.Дзене», разобрался в вопросе и объяснил, почему рано или поздно человечество научится искривлять пространство.

Основываясь на постулатах теории относительности, мексиканский физик Мигель Алькубьерре в 1994 году предположил, что для перемещения на невообразимые расстояния можно использовать способность пространства-времени к сжатию и расширению.

В теории принцип такого перемещения описать просто. Корабль помещается внутрь сферы («пузырь Алькубьерре»), и непосредственно с ним ничего не происходит. Искривление пространства-времени возникает на границах сферы, когда с одной стороны пространство расширяется, а с другой — сжимается. Собственно, сфера по большому счету никуда не движется — перемещается само пространство. Таким образом, скорость движения измеряется не перемещением сферы, а степенью искривления пространства-времени и зависит от разницы энергии впереди и позади корабля: чем она выше, тем быстрее движется пространство.

Сделать это можно только с помощью антиматерии. По подсчетам физиков, для образования «пузыря Алькубьерре» потребуется около 6,3 х 10²⁹ кг антиматерии. Невообразимая масса, учитывая, что мы и нескольких грамм получить пока не можем. К счастью, это были лишь предварительные расчеты — физические и математические теории и модели продолжают совершенствоваться, а круг знаний ученых расширяется.

Проблема в том, что развития технологий сегодня не хватает для создания варп-пузыря. Тем не менее в NASA есть небольшое подразделение Eagleworks Laboratories, которое занимается исследованием этой возможности. Специалисты лаборатории периодически публикуют результаты своей деятельности, но реального прорыва до сих пор не случилось.

Варп-эффект, как показан в сериале «Звёздный путь: Следующее поколение»

При этом теория продолжает развиваться. Пожалуй, главным событием, подтвердившим возможность существования варп-технологии, стала фиксация гравитационных волн. Теперь ученые точно знают, что пространство-время деформируется, а значит, основной задачей становится развитие теории механики этой деформации. Для решения энергетической проблемы есть целый ряд научных направлений: квантовые физика и механика, а также метаматериалы. Тем более что получать антивещество люди уже научились.

С помощью специальной магнитной ловушки физики смогли удержать 38 атомов антиводорода в течение 172 мс (0,172 с). Рекордом на сегодняшний день является удержание 170 000 атомов антиводорода массой около 10^–18 г. В рамках одной из существующих математических моделей, описывающих работу варп-двигателя, для полета на Марс понадобится около 140 х 10^–9 г антипротонов, так что мы на верном пути.

Кроме того, недавно на борту МКС произошел настоящий прорыв в квантовой физике. С помощью «мини-холодильника» Cold Atom Lab (CAL) удалось охладить атомы рубидия и калия до температуры меньше миллионной доли кельвина, благодаря чему было получено особое состояние вещества — конденсат Бозе — Эйнштейна. В таком сильно охлажденном виде достаточно большое число атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях, после чего квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. Согласно результатам, опубликованным в журнале Nature, удалось продержать вещество в таком состоянии целых 1118 секунд, что говорит о возможности полноценного изучения этого состояния материи. Но при всех достижениях говорить о скором освоении технологии пока рано: для перемещения на межзвездные расстояния потребуется намного больше энергии и антиматерии.

Самый известный энтузиаст варп-двигателей, физик из Университета Алабамы Джозеф Агню проделал большую работу и пришел к выводу, что для запуска потребуется около 10²⁸ кг антиматерии, что приблизительно равно массе Юпитера. Для сравнения, ракета-носитель «Протон-М» расходует при старте около 200 тонн топливной смеси за минуту.

Открытие гравитационных волн уже стало прорывом, который не только подтверждает теорию относительности, но и дает представление о концепции пространственно-временного искажения и деформации. Возможно, гравитационные волны станут двигательным эквивалентом электричества. Ученые уже знают, что эффект искривления пространства-времени возникает естественным образом. Осталось только обуздать его и научиться создавать искусственно.

Денис Юшин

инженер космической отрасли и автор научно-популярного канала Science & Future

На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc. , запрещённая на территории Российской Федерации

Расскажите друзьям

• 03.11.2022 | 17:15

  Топ-5 лучших новостей «Науки» за неделю

• 03.11.2022 | 14:05

  • Раскопки
  • Что было раньше

  Роскошная римская вилла с теплым полом найдена в Германии

• 03.11.2022 | 13:09

  • Внеземное
  • Хтоническое

  Геофизики: магнетизм может объяснить формирование системы Земля-Луна

• 03. 11.2022 | 11:29

  • Внеземное
  • Красивое

  8 ноября можно будет наблюдать Кровавую Луну

• 03.11.2022 | 10:41

  • Околонаука

  17 ноября состоится трансляция масштабного экологического события — фестиваля #ЗемлеЖить

• Nouchka De Keyser et al./Science Advances, 2022

  Химики выяснили, почему на натюрморте Абрахама Миньона выцвел всего один цветок

• Shutterstock

  Обнаружена самая большая в Центральной Азии коллекция каменных украшений

• University of Arizona

  Астрономы обнаружили новый тип мини-галактик, в которых есть только молодые звезды

• Скрипки «Сан-Лоренцо» и «Тоскано»

  Chiaramaria Stani et al. /Analytical Chemistry, 2022

  Химический анализ покрытия скрипок Страдивари раскрывает секрет их волшебного звучания

• Федеральный портал «Российское образование»

  Московский школьник создал перчатку, которая может распознавать жестовый язык

Хотите быть в курсе последних событий в науке?

Оставьте ваш email и подпишитесь на нашу рассылку

Ваш e-mail

Нажимая на кнопку «Подписаться», вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Ученые говорят, что физический варп-двигатель теперь возможен

• В новой статье предлагается полностью физически реализованная модель варп-двигателя.
• Это основано на существующей модели, которая требует отрицательной энергии, что невозможно.
• Новая модель захватывающая, но до скорости варпа, вероятно, еще десятилетия или столетия.

В удивительной новой статье ученые говорят, что они разработали физическую модель варп-двигателя, которая противоречит тому, что мы долгое время думали о сумасшедшей концепции путешествия на варп-скорости: это требует экзотики. , негативные силы.

Чтобы лучше понять, что означает прорыв, вам понадобится краткий ускоренный курс по далекой идее путешествия через свернутое пространство.

Разговорный термин «варп-двигатель» взят из научной фантастики, наиболее известной из которых является «Звездный путь». Сверхсветовой варп-двигатель Федерации работает за счет столкновения материи и антиматерии и преобразования энергии взрыва в движение. Звездный путь предполагает, что одна только эта необыкновенная сила толкает корабль со скоростью, превышающей скорость света.

Ученые десятилетиями изучали и теоретизировали космические путешествия со скоростью, превышающей скорость света. Одна из основных причин нашего интереса — чистый прагматизм: без варп-двигателя мы, вероятно, никогда не доберемся до соседней звездной системы. Ближайшее такое путешествие будет продолжаться четыре года со скоростью света.

Наше нынешнее понимание скорости деформации восходит к 1994 году, когда ныне культовый физик-теоретик по имени Мигель Алькубьер впервые предложил то, что мы с тех пор называем двигателем Алькубьерре.

Двигатель Алькубьерре соответствует общей теории относительности Эйнштейна для достижения сверхсветовых путешествий. «Благодаря чисто локальному расширению пространства-времени позади космического корабля и противоположному сжатию перед ним, — писал Алькубьерре в аннотации к своей статье, — возможно движение со скоростью, превышающей скорость света, которую видят наблюдатели за пределами возмущенной области».

По сути, двигатель Алькубьерре затрачивает огромное количество энергии — вероятно, больше, чем доступно во Вселенной, — чтобы сжимать и искривлять пространство-время перед собой и создавать пузырь. Внутри этого пузыря будет инерциальная система отсчета, в которой исследователи не почувствуют должного ускорения. Правила физики по-прежнему будут действовать внутри пузыря, но корабль будет локализован за пределами космоса.

Можно представить себе двигатель Алькубьерре как классический трюк для вечеринки со скатертью и посудой: космический корабль сидит на скатерти пространства-времени, двигатель натягивает ткань вокруг себя, и корабль находится в новом месте относительно фабрика.

Посмотреть полный пост на Youtube

Алькубьер описывает пространство-время, расширяющееся с одной стороны корабля и сжимающееся с другой благодаря этому огромному количеству энергии и необходимому количеству экзотической материи — в данном случае отрицательной энергии.

История по теме

• НАСА работает над варп-двигателем?

Некоторые ученые критикуют двигатель Алькубьерре за то, что он требует слишком много массы и отрицательной энергии, чтобы люди могли когда-либо серьезно построить двигательную установку на основе варпа. НАСА пыталось создать физический варп-двигатель с помощью лабораторий Eagleworks на протяжении большей части последнего десятилетия, но пока не добилось каких-либо значительных успехов.

Прикладная физика

Это подводит нас к новому исследованию, которое ученые Лаборатории перспективных двигателей (APL) в Applied Physics только что опубликовано в рецензируемом журнале Classical and Quantum Gravity. В отчете команда APL представляет первую в мире модель физического варп-двигателя, которая не требует отрицательной энергии.

Исследование, по понятным причинам, довольно объемное (прочитайте все здесь), но вот суть модели: Где существующая парадигма использует отрицательную энергию — экзотическую материю, которая не существует и не может быть создана в рамках нашего нынешнего понимания Вселенная — эта новая концепция использует плавающие пузыри пространства-времени, а не плавающие отправляет в пространство-время.

Вам это тоже понравится

• Этот термоядерный двигатель может ускорить межзвездные путешествия
• EmDrive просто не умрет

Физическая модель почти не использует отрицательную энергию и основывается на идее о том, что пузыри пространства-времени могут вести себя почти так, как им нравится. И, как говорят ученые APL, это даже не единственный другой способ, которым может работать варп-скорость. Создание хотя бы физически понятной модели — большой шаг.

Кроме того, сам Алькубьер одобрил новую модель, что похоже на появление Альберта Эйнштейна на вводном уроке физики.

Вот полезное видео, в котором Сабина Хоссенфельдер, профессор и научный сотрудник Франкфуртского института перспективных исследований, излагает полученные данные:

Посмотреть полный пост на Youtube

эта работа все еще находится в зоне возможного «далекого будущего», она состоит из идей, которые ученые до сих пор не знают, как сконструировать в каком-либо смысле.

«Хотя требования к массе, необходимые для таких модификаций, в настоящее время все еще огромны, — пишут ученые APL, — наша работа предлагает метод построения таких объектов, основанный на полностью понятных законах физики».

Но хотя физический привод может быть нереален сегодня, завтра или даже через столетие — будем надеяться, что это не , а — с этой захватывающей новой моделью путешествия со скоростью деформации теперь намного более вероятны в гораздо большей степени. более короткий промежуток времени, чем мы думали ранее.

Кэролайн Делберт

Кэролайн Делберт — писатель, заядлый читатель и пишущий редактор в Pop Mech. Она также энтузиаст практически всего. Ее любимые темы включают ядерную энергию, космологию, математику повседневных вещей и философию всего этого.

🕒 Новая теория может сделать возможными варп-двигатели — вот как

Чтобы искривить время и пространство, требуется большое количество энергии. Пока это остается неоспоримым фактом. Но если бы у нас был космический корабль, который мог бы искривлять время и пространство, мы потенциально могли бы путешествовать быстрее скорости света. Это то, что называется варп-двигателем. Пассажир такого корабля находился бы в «свободном падении» и не испытывал бы никакого ускорения. Некоторые формы варп-двигателей необходимы, например, для колонизации других земных планет в течение одного поколения.

Подробнее: 🚀 Будущее космических путешествий: через червоточины или с варп-двигателями? (warpnews. org)

В 90-х годах физик Алькубьер опубликовал статью, в которой рассуждал о том, как могут работать варп-двигатели. Он пришел к выводу, что это физически возможно, учитывая очень большое количество отрицательной энергии. Эта энергия заключала бы в себе пузырь, содержащий путешественников. Единственная проблема в том, что никто не знает, как производить такую ​​большую отрицательную энергию и существует ли она.

Другие проблемы с варп-двигателями заключаются в том, как перестать двигаться со скоростью, превышающей скорость света, и вернуться в «плоское» пространство-время по достижении пункта назначения. И, не говоря уже о том, что радиация Хокинга будет бомбардировать путешественников в таком пузыре варп-двигателя. Некоторые также утверждают, что в пузыре все еще может понадобиться некоторое «нормальное» топливо.

Остается много вопросов, но физик Эрик Ленц нашел решение самой большой проблемы — потребности в отрицательной энергии. В статье, которая привлекла большое внимание, Эрик Ленц показывает, как положительной, то есть обычной, энергии достаточно, чтобы создать пузырь варп-двигателя, если вы воспользуетесь преимуществом гиперболического пространства-времени вместо линейного. Таким образом, еще одно геометрическое решение уравнений поля Эйнштейна.

Ленц описывает, как варп-двигатели станут возможными благодаря тому, что называется «солитоном», который движется как волновая функция в пространстве-времени. Вместо предложения Алькуберре, согласно которому расширение пространства-времени происходит за кораблем, а сжатие пространства-времени происходит в направлении движения, в теории Ленца по всем сторонам солитона происходят как расширение, так и сжатие. Солитон — это, по сути, само пространство-время, искривленное в определенную форму, но остающееся стабильным.

Количество энергии, необходимое в теории Ленца, и его «пузырь» диаметром 200 метров составляет около одной десятой массы Солнца. Но он считает, что вполне вероятно, что в физике может быть достигнут прогресс, когда дело доходит до этого, поскольку количество отрицательной энергии, необходимой в теории Алькубьерре, было понижено по мере развития области исследований.

В статье Ленц пишет, что можно искать естественные явления варп-двигателей, созданные плазмой из магнетаров, которые представляют собой нейтронные звезды с сильными магнитными полями.