О способах межзвездных перелетов в научной и не очень фантастике. Часть 1.

Космос в книге - пожалуй, один из самых явных признаков того, что перед вами лежит научная фантастика. Чаще всего там кто-нибудь летает. Оно и понятно: стоять в космосе - так себе занятие, не на чем, да и незачем. А вот двигаться - так же естественно, как на Земле - стоять. При этом перемещение в космосе от земного отличается разительно. Сказываются некоторые особенности: вакуум, отсутствие твердой поверхности, огромные (даже по нашим, российским, меркам) расстояния. Поэтому перед автором НФ зачастую возникает классический вопрос, который я сегодня хотел бы затронуть:

Как летать в космосе?

Вот представьте: вы снарядили первую в истории человечества межзвездную экспедицию. Дали им большой красивый корабль, сложили в дорогу возобновляемый или очень большой запас воздуха, воды, пищи и гвоздей. Ваши пассажиры полны энтузиазма и оптимизма. Маршрут у них стандартный - к звездам Центавра. Потому что если вы еще никуда не летали, почему бы не полететь к звездам Центавра? Все так делают. И вот возникает вопрос - а как лететь будем? А вариантов много. Поэтому здесь я приведу свой небольшой обзор известных лично мне теоретических способов межзвездных перелетов, а также расскажу о том, какой способ я решил использовать сам.

Для начала краткая справка:

Вообще, что автор хочет от межзвездных перелетов?
Во-первых, чтобы способ хотя бы пытался быть похожим на правду. Все-таки, фантастика не просто так научная, и корабли, летающие на магии эльфов, в ней обычно не котируются.

Во-вторых, чтобы он был удобным. То есть, чтобы наш экипаж мог долететь, куда ему нужно, и в процессе:

• не умер;
• не состарился;
• не сошел с ума;
• не превратился в желе;
• и тд.

Конечно, бывают и произведения, где некоторые из этих пунктов весьма активно приветствуются и используются в сюжете. Однако, здесь мы все же говорим о способе межзвездных перелетов скорее, как об инструменте, нежели как об основном сюжетном элементе. Поэтому, как правило, желе мы с большим удовольствием возьмем с собой.

В-третьих, чтобы он был красивым. Концептуально или визуально, но все-таки в художественной литературе хочется художественности.

Исходя из этого, я предлагаю оценивать каждый из способов по трем пунктам: правдоподобность, удобство, эстетичность. Если есть другие предложения по классификации - пишите в комментариях.

В этом посте мы начнем с досветовых, или не-FTL (от англ. Faster Than Light), способов. С ними все более-менее просто и понятно, и физика нам тут особо не мешает.

1. Реактивные двигатели.

Реактивные двигатели пожалуй самый тривиальный способ передвижения. Так летали первые ракеты, так летают современные, значит, и мы сможем. Принцип простой: двигатель работает, ускорение действует, скорость корабля меняется. Двигатель не работает, ускорение не действует, скорость корабля не меняется. Скорости небольшие, порядка нескольких десятков километров в секунду, поэтому строя траекторию полета нужно учитывать притяжение к Солнцу и планетам - это не просто полет из точки А в точку Б по прямой. Можно и больше - но для этого нужны либо не химические двигатели, либо очень много топлива. Очень. Много. Топлива. Тогда скорость можно будет получить любую, но меньше скорости света. Больше или хотя бы столько же не выйдет - сказывается релятивистский эффект увеличения массы (вообще говоря, не массы, а релятивистского импульса, но вам оно надо..?). Вкратце - чем больше скорость, тем сложнее разогнать наш корабль еще сильнее. 

Если говорить об использовании этого способа в фантастике, то первым на ум, разумеется, приходит сериал “Пространство”. Ну или “Пробуждение левиафана” Джеймса С. А. Кори, если говорить о книге. Здесь используются термоядерные двигатели, поэтому летать с ускорением можно долго, как правило ускорение это в 1 или несколько g (значение ускорения свободного падения на Земле, примерно 9,81 м/с2). Почему? При меньших разгон слишком медленный, при больших экипаж превращается в то самое желе. Другие примеры: “Страна багровых туч” братьев Стругацких, где звездолет “Хиус” на фотонной тяге так же летает с ускорением в 1 g. “Ложная слепота” (#ниодногопостабезнее) Питера Уоттса, где вопрос с энергией решается благодаря солнечной станции, передающей квантовые числа для антиматерии.

В целом, видим следующую закономерность. Во-первых, летать принято с ускорением порядка 1 g (уже выяснили). Во-вторых, придется применить некоторую изобретательность в поиске источников энергии и тяги для такого двигателя. Предположим, что вопрос с энергией мы решили, и с нужным ускорением летим в сторону Проксимы Центавра. Расстояние - 4,246 световых лет, на середине придется развернуть тягу, чтобы затормозить. Плюс наш разгон уже к концу первого года существенно замедлят релятивистские эффекты. Итого, в идеальном случае  полет займет порядка шести лет в одну сторону. Хотя для экипажа пройдет только года три - потому что снова релятивистские эффекты. Но все равно долго… 

Что ж, резюмируем:

Правдоподобность: наивысшая, если вы не сторонник теорий заговора.

Удобство: среднее. При полете на 4 световых года и экипаж и ЦУП сильно состариться не успеют. Но при полете на 20-30 световых лет на Земле к моменту возвращения корабля останется не так уж много людей, видевших его старт.

Эстетичность: в меру красиво, особенно если вам нравится наблюдать за страданиями автора и героев, которые пытаются все делать “по-честному”.

2. Пузырь Алькубьерре.

Это концепция двигателя, очень похожего на варп. Отличие от варп-двигателя номер раз: она работает. По крайней мере, должна, так как уравнения Алькубьерре не противоречат ОТО. Отличие номер два: разогнаться можно только до скорости света и не выше.
Суть его такова: двигатель сжимает пространство перед кораблем и расширяет за ним. Получается пространственный “пузырь”, который и движется. При этом, раз движется не корабль в пространстве, а само пространство, то таким образом возможно достичь скорости света. Причем, не испытывая перегрузок. То есть, разогнаться можно почти мгновенно. Хорошая аналогия приведена в третьей книги серии “Задача трех тел” Лю Цысиня. Там автор сравнивает такое движение с движением по воде бумажного кораблика с кусочком мыла в корме. Мыло растворяется, уменьшает поверхностное натяжение воды, и разница в поверхностном натяжении толкает кораблик вперед. Похожий принцип и тут.

Таким образом, с помощью подобного двигателя корабль сможет двигаться со скоростью света. И наш полет до Проксимы Центавра займет… 4,246 года в каждую сторону. Уже неплохо. Но так как в пространстве корабль не движется и релятивистского замедления времени для экипажа не будет. То есть в полете на 30 световых лет состарится не только ЦУП, но и экипаж. Итог:

Правдоподобность: средняя. Хотя теория действительно не противоречит ОТО, тем не менее, к ней имеются вопросы.

Удобство: среднее. В целом, лучше чем на ракете, но хотелось бы летать и побыстрее.

Эстетичность: высокая. К тому же умение расширять и сжимать пространство можно использовать не только для перемещений.

3. Телепортация.

Вообще, “телепортацию” в рамках фантастики можно понимать сильно по-разному. Поэтому сразу оговорю, какую именно концепцию мы будем рассматривать здесь.

Под телепортацией будем понимать следующий процесс. У нас есть наш корабль вместе со всем экипажем и другим содержимым. Мы его полностью сканируем - то есть, собираем максимально полную информацию о том, что он вообще такое. Из каких атомов он состоит, в какой они конфигурации, в каком энергетическом состоянии, квантовые состояния - в общем, все, что только можем. Дальше либо в процессе сканирования, либо после утилизируем корабль в мелкую пыль, а собранную информацию транслируем, куда нам надо, и пусть уже там с ней разбираются и собирают по ней корабль обратно. Такой способ еще иногда называют “транспортным лучом”. Движение здесь происходит снова со скоростью света - собственно, потому что информацию мы передаем лучом.

Почему быстрее нельзя, есть же квантовая телепортация? Ну, она действительно есть, и использует явление, известное как квантовая запутанность. Однако никакой информации за счет нее передать не получится. Показать это просто. Вообще, что такое квантовая запутанность? Вот есть у нас частица А и частица Б. Если они квантово запутаны, то это значит, что состояние А можно однозначно определить через состояние Б. Как именно? Представьте, что у вас есть две закрытых коробки. Вы точно знаете, что в одной лежит красный шарик, а в другой - синий.

Вы отправляете одну из них своему знакомому, который живет в Новосибирске, а вторую открываете сами (важно! Работает только если вы не из Новосибирска!). В вашей коробке оказывается красный шарик, значит в коробке вашего знакомого - синий. Казалось бы, вы только что мгновенно получили информацию из Новосибирска. Однако это не совсем так. Поскольку, сколько бы не было у вас таких коробок, никакого осмысленного сообщения вы с их помощью передать не можете. Квантовая запутанность работает похожим образом, однако тут еще вмешиваются свои дополнительные сложности - в общем, совсем плохо.

Кроме того, можно возразить, что вообще-то мы переместили не корабль, а информацию, и экипаж таким раскладом будет слегка недоволен. Однако с точки зрения стороннего наблюдателя, никакой разницы, в общем-то, и нет. С точки зрения “нового” экипажа все тоже выглядит так, как будто их только что просто переместили. А “старый”… “Старый” уже не жалуется.

Используется концепция очень и очень часто, иногда даже с обыгрыванием автором всех ее недостатков. Иногда автору недостатки нравятся даже больше, чем сама телепортация - как, например, в нолановском фильме “Престиж”. Любопытный взгляд на телепортацию представлен в сериале “Темная материя”. Там с помощью специального оборудования создается временный клон, по истечении времени жизни которого информация из него считывается и передается в “оригинал”. Таким образом все довольны и никто не умер - здорово же? Итого:

Правдоподобность: принцип неопределенности Гейзенберга говорит “нет”. Поэтому, с учетом допущений - средняя.

Удобство: достаточно неплохое для не-FTL способа. Главное, заранее не раскрывать всех тонкостей экипажу.

Эстетичность: тем выше, чем меньше вам нравятся герои экспедиции.

Что же, пока я готовлю материал о FTL способах межзвездных перелетов, вы можете прочитать мой рассказ "Распад" и первые главы романа "Касание пустоты" и высказать в комментариях предположения, какой вид межзвездного двигателя использован в них.