Існує кілька фантастичних можливостей, які можуть змінити нашу реальність до кінця 21 століття.

Будь-які ракети, які коли-небудь створювались, вимагають палива. Але якщо б ми створили двигун на темній матерії, нове паливо можна було б знайти буквально на кожному кроці, що веде через галактику

Темна матерія може бути необмеженим джерелом палива, який нам не потрібно носити з собою. Одна з найбільших таємниць у науці – це, власне, природа темної матерії. Ми знаємо, що вона існує, завдяки непрямим спостереженнями, і ми знаємо, що її багато. Якщо сумувати всю звичайну матерію у великій галактиці, виявиться, що темної матерії в п’ять разів більше. І вона майже напевно складається з частинок з деякими загальними властивостями:

• у них є маса
• у них немає електричного або кольорового заряду
• вони взаємодіють гравітаційно
• вони повинні, на певному рівні, стикатись між собою і/або зі звичайною матерією

З відомої формули Ейнштейна E = mc2 ми дізнались, що в темній матерії міститься величезна кількість енергії: в п’ять разів більша, ніж у всій звичайній матерії в сумі. Якщо Всесвіт буде до нас добрим, ми могли б спробувати витягти її.

Розподіл маси скупчення Abell 370, реконструйований за допомогою гравітаційного лінзування, показує два великих, дифузних гало маси, що відповідають темній матерії двох скупчень, що зливаються. Біля та всередині будь-якого скупчення звичайної речовини існує в п’ять разів більше темної матерії

У рамках багатьох експериментів ведеться пошук зіткнень темної матерії як зі звичайною матерією, так і з самою собою. Загалом, існує два типи частинок: ферміони (з напівцілим спіном) і бозони (з цілим спіном). Якщо темна матерія є бозоном, це означає, що це, швидше за все, її власна античастинка, отже, якщо взяти дві частинки темної матерії і змусити їх взаємодіяти між собою, вони взаємно знищаться. І якщо вони знищаться, то вироблять чисту енергію. Іншими словами, це вільне, необмежене джерело енергії, яке є всюди і вдосталь. І його навіть не потрібно брати з собою, якщо ви зважитесь перетнути Всесвіт. Тому, коли ви чуєте про експерименти з пошуку темної матерії, необмежена, вільна енергія – це наша кінцева, бажана мета.

Ілюстрація варп-поля зі «Стар Треку», яке скорочує простір перед собою, розтягуючи простір за собою

Антиматерія може мати від’ємну масу, що означає, що вона може бути ключем до варп-двигуна. Якщо ви хочете подорожувати до зірок, звичайні джерела енергії і палива доставлять вас тільки від забору і до обіду. Або ж вони будуть рухатись не швидше швидкості світла. Найближча зірка типу Сонця з потенційно населеними світами, Тау Кита, знаходиться приблизно в 12 світлових роках від нас. Тобто, одна тільки подорож туди і назад займе, принаймні, півжиття. Але якщо б ми могли зтискати простір перед собою, подорожуючи по міжзоряному просторі, одночасно розширюючи його позаду, ми могли б дістатись туди набагато швидше. Саме така ідея прийшла в голову астрофізику Мігелю Алькуб’єрре в 1994 році, який згодом оформив її за канонами суворої науки.

Тільки от для вирішення Алькуб’єрре потрібна негативна маса

Щоб домогтися правильної конфігурації простору-часу, необхідної для розгону варп-двигуна, потрібно виконати дві умови: колосальну кількість енергії і існування негативної маси. Ця негативна маса, про яку поки відомо тільки на папері, потрібна для правильного викривлення простору-часу, а значить і для варп-руху. Але ми ніколи не вимірювали масу частинок антиматерії; вони падають вниз» або «вгору» у гравітаційному полі, це поки невідомо. ЦЕРНовский експеримент ALPHA в даний час вимірює гравітаційні ефекти антиматерії та її поведінку в гравітаційному полі. Якщо відповіддю буде падіння «вгору» у гравітаційному полі, ми отримаємо свою негативну масу і зберемо варп-двигун.

Інструмент Virtual IronBird дозволяє створити штучну гравітацію, але вимагає купу енергії і дозволяє забезпечити тільки специфічну відцентрову силу. Справжня штучна гравітація вимагає негативної маси

Негативна маса також дозволила б нам створити штучну гравітацію. Та ж можливість існування негативної маси у Всесвіті – дозволила б нам створити штучне гравітаційне поле. Існування позитивних і негативних зарядів в електромагнетизмі дозволяє нам створювати провідники, маніпулювати електричними полями і екранувати ці електричні поля. Гравітація, наскільки ми зараз розуміємо, володіє тільки одним типом заряду: позитивною масою. Існування ж негативної маси дозволило б нам створити справжнє середовище з нульовою гравітацією і забезпечило б нас можливість створювати штучне гравітаційне поле будь-якої величини між двома системами позитивної і негативної маси.

Ідея подорожей у часі постійно спливає у науковій фантастиці. Але якщо у Всесвіті є закриті часоподібні криві, це не тільки можливо, але і неминуче

Всесвіт, що обертається, міг би дозволити нам повернутись назад у часі. При цьому, подорож у часі не просто можлива, але і неминуча… в напрямку вперед. Оскільки простір і час об’єднані тканиною простору-часу, потрібний суттєвий струс відомої нам фізики, щоб змусити час текти в зворотному напрямку. У просторі повернутись у вихідне положення досить просто: Земля сама робить це, коли здійснює оберт навколо Сонця, але при цьому відбувається істотне зсунення вперед у часі, тобто проходить час, приблизно один рік. «Замкнуту просторово-подібну криву» зробити легко. Однак щоб повернутись до стартової точки в часі, потрібно щось незвичайне: «замкнута часоподібна крива» — це особливість, якої в нашому наповненому матерією Всесвіті, що розширюється, немає. Якщо тільки Всесвіт не обертається.

У Всесвіті, який обертається, існує точне рішення, при якому щільність речовини та космологічна константа (вона ж темна енергія) мають певні значення, а Всесвіт повинен мати замкнуті часоподібні криві. Досі ми тільки накладали обмеження на загальне, глобальне обертання Всесвіту, але не виключали його повністю. Якщо Всесвіт буде обертатись з певною швидкістю, яка врівноважується заданою густиною речовини та космологічною сталою, буде абсолютно можливо відправитися назад в часі і повернутись в точне місце, з якого ви починали, не тільки в просторі, але і в просторі-часу. Великомасштабні обстеження структур глибокого космосу, які зможуть забезпечити спостереження обсерваторій WFIRST або LSST, можуть виявити таке обертання, якщо воно є.

Концептуальне зображення супутника NASA WFIRST, який відправиться в космос в 2024 році і забезпечить нам найточніші вимірювання темної енергії, а також зробить інші відкриття

Завжди є більш екзотичні можливості, ніж дозволяє наука – телепортація фізичних об’єктів, миттєве переміщення між розімкнутими місцерозташуваннями (червоточини) або комунікації швидші швидкості світла, — але для цього потрібні складніші танці з бубнами, ніж проведення простого експерименту з двома можливими результатами. Проте, ми продовжуємо шукати. Наука – це не історія з одним кінцем. Це детектив, де кожне відкриття, кожна точка даних і кожен експеримент неминуче призводить до більш глибоких питань у майбутньому. Протягом цього шляху важливо тримати розум відкритим.

Джерело