Как описать варп-двигатель в фантастике и не наломать дров

Я уже не в первый и даже не в десятый раз сталкиваюсь с утверждением, будто варп-двигатель, он же гипердвигатель, противоречит СТО. Ну как же: ведь такой корабль движется быстрее света, а раз так, он нарушает принцип причинности - согласно СТО, если объект движется быстрее света, то время для него будет двигаться назад. 

Вроде бы логично, но если начать подробно разбирать это всё, выяснится, что нет.

Сначала, как водится, дисклеймер: то, что описано ниже - фантастика. ФАНТАСТИКА. Понятно?

Теперь и приступать можно.

Итак, мы с вами живём в пространстве Минковского - псевдоевклидовом пространстве-времени с сигнатурой (3,1), где 3 - это векторы обычного трёхмерного пространства, а 1 - время. Именно его структура обуславливает эффекты СТО вроде замедления времени и лоренцева сокращения. Ею же и пользуемся, когда рассматриваем движение.

Но поскольку обычному человеку вышеприведённый абзац малопонятен, давайте начнём с чего-то попроще. Вот, например, случай №1. Элементарная координатная ось и траектория движения по ней:

Это значит, что наш кораблик движется строго по прямой (относительно какой-то системы отсчёта, разумеется). Шестой класс школы. Давайте добавим ещё одну ось, получив случай №2:

Наш корабль движется по прямой, изменяя своё положение по двум координатам. Вернее, только по одной, так как он движется параллельно оси абсцисс, а следовательно, его положение по оси ординат не меняется. Можно заменить ось ординат на время, и тогда получим вот что (случай №3):

Наш корабль опять движется по прямой, как в первом случае, но теперь мы следим не только за расстоянием, но и за временем. При этом движение во всех трёх случаях остаётся одинаковым: везде корабль движется по прямой в одном и том же направлении относительно системы отсчёта. 

Так вот, СТО постулирует, что время неразрывно связано с пространством. То есть вот эта линия в случае №3 - такая же траектория, как и в первых двух случаях. Правда, там вы можете взять баллончик и чертить за собой траекторию, а вот со временем такая штука не пройдёт, но это детали. Если же нырнуть в глубь физики, то для начертания траектории вашего движения, скажем, из дома в магазин, потребуется четырёхмерная система координат. 

Так как человеку крайне тяжело вообразить себе четырёхмерный мир, принципы СТО объясняют на самом простом случае - №3. Для инженера в основном нет нужды влезать в такие дебри, ему достаточно оперировать временем как дополнительным измерением, независимым от трёх пространственных. Нужда возникает, когда мы приближаемся к скорости света - тогда эффекты замедления времени начинают проявляться в полной мере. О них я писал вот здесь: https://author.today/post/49493

Но сейчас мы не о них. Есть на хабре замечательная статья https://habr.com/ru/post/169347/ , которая наглядно, с картинками, объясняет непосвящённому, что такое суть пространства-времени и как это всё равно. Увы, её автор пошёл дальше и попытался доказать, что варп-двигатель противоречит СТО - но здесь он допустил ошибку.

Вот как это выглядит с его точки зрения:

Первая картинка - система отсчёта, связанная с планетой, а вторая - с кораблём.

Вроде бы логично: мгновенное перемещение вызывает парадокс. Однако давайте на минуточку вернёмся к нашему родимому двумерному пространству, тому самому, с двумя координатными осями, и представим, что это заснеженное поле, и любой идущий по нему будет оставлять след. Как телепортация будет выглядеть на нём? Вот так:

Что и логично, так как объект не перемещается - он телепортируется. Если поставить между точкой "начала" телепорта (B) и точкой "конца" (C) стену, он её не заметит. В случае же выше траектория, как можно заметить, непрерывна. Именно этот горизонтальный отрезок - мгновенное перемещение в пространстве - и удлиняется, иллюстрируя возникающий парадокс. Если поставить между точками начала и конца стену, корабль врежется в неё. 

Другими словами, это не телепортация, это мгновенный прыжок, как в Dishonored. Однако если рассматривать варп-двигатель в том виде, в котором он присутствует в фантастике, совершенно очевидно, что при его использовании горизонтальной составляющей траектории не будет вовсе. Линия будет разорвана. И парадокса, соответственно, не возникнет.

Дело за малым - научиться складывать пространство. Всего-то.

Гиперпространственный двигатель популярен среди фантастов именно потому, что его реализация не противоречит современной физике. Правда, и не подтверждается, даже сама возможность, но какая разница? Другое дело, что здесь каждый пляшет как хочет, выдумывая гиперпространства, надпространства, подпространства и прочую атсральную хренотень. 

Лично я в своём НФ-рассказе (том самом, который участвовал в конкурсе от 1С, вот этом https://author.today/reader/18669/146539 ) описывал эту штуку именно как прыжковый двигатель, игнорируя атсрал. То есть корабль всё время находится в обычном космосе, прыжок происходит мгновенно. Траектория движения к цели будет выглядеть пунктиром, где каждая точечка - это промежутки времени между прыжками. Кроме того, поскольку двигатель затрагивает пространство, предполагается вероятным, что этот эффект будет зависит от кривизны пространства-времени. Это оказалось очень удобным для логики сюжета: кораблю нужно удалиться от объектов с сильной гравитацией, которые вызывают помехи. Всё равно что отойти подальше от радиоглушилки, чтобы запустить рацию. Точку, где прыжок становится возможен, я пафосно обозвал границей Эйнштейна - надо ж выпендриться.

В общем, получился довольно логичный концепт, который к тому же не вызывает возмущения заклёпочников. То есть, конечно, в клинических случаях они всё равно возмутятся, но можете посылать их нахрен, ссылаясь на эту статью.

Почему я считаю гиперпространства хренотенью? Потому что бритва Оккама. Одно вненаучное допущение - это нормально. Вы постулируете, что корабль у вас может складывать пространство и перемещаться по пунктирной траектории - всё, этого достаточно. Чем больше вненаучных допущений, тем дальше книга от твёрдой НФ. Более того, гиперпространства тупо не нужны: как техническое порно они слабо годятся из-за ненаучности, а больше ни для чего не пригодны. 

Уот так уот.

UPD: так как некоторые люди всё равно ничего не поняли, вот ещё один пунктик, а именно график скорости. В случае картинки с хабра корабль мгновенно наращивает скорость до сверхсветовой, преодолевает всё это расстояние и сбрасывает её обратно. Другими словами, он должен испытать ускорение, и именно в этот момент и происходит рассинхронизация (см. мою статью по ссылке). Корабль же на моей картинке всё время летит с черепашьей скоростью - второй космической, например. Как следствие, рассинхронизации не будет.