Физик производит расчеты «маневра Пикарда» из «Звездного пути».

Приём из сериала «Следующее поколение» оказался бы ещё эффективнее в реальной жизни.

Два изображения «Старгейзера», на которых Пикард воссоздает маневр из эпизода «Битва» первого сезона сериала «Звездный путь: Следующее поколение». Фото: Paramount.

Оказывается, Жан-Люк Пикар был даже лучшим рулевым звездолета, чем предполагали сценаристы. Физик проанализировал детали трюка с использованием варп-скорости из первого сезона «Звездного пути: Следующее поколение» и обнаружил тонкость, которую упустили создатели сериала. Но вместо сюжетной дыры, найденная им деталь делает этот маневр еще более впечатляющим… а также предоставляет прекрасную возможность рассказать о малоизвестной особенности теории относительности.

Никколас де Агиар Алвес, физик из Федерального университета ABC в Бразилии, впервые посмотрел «Следующее поколение», будучи магистрантом. Когда он дошёл до эпизода «Битва» в первом сезоне сериала, сюжет напомнил ему о его курсе теории относительности.

В эпизоде «Битва» лидер ференги напоминает Пикарду о битве, в которой он участвовал много лет назад в качестве капитана корабля под названием «Звёздный наблюдатель». Под огнём таинственного противника щиты корабля Пикарда были отключены. Ему нужно было приблизиться, не получив попадания, поэтому он пошёл на риск. Пикар приказал «Звёздному наблюдателю» атаковать вражеский корабль на варп-скорости (то есть быстрее света), затем резко остановиться и открыть огонь. Двигаясь быстрее света, Пикар рассчитывал, что другой корабль увидит два изображения «Звёздного наблюдателя»: место, где он достиг варп-скорости, и место, где он остановился. Если бы они выстрелили не в то изображение, они бы промахнулись мимо «Звёздного наблюдателя», и Пикар мог бы выиграть битву.

Позже в эпизоде Райкер упоминает, что этот трюк был увековечен в учебниках Звездного флота как «маневр Пикарда».

Как оказалось, это не так уж и далеко от того, что можно найти в некоторых учебниках по физике. Хотя сверхсветовая скорость — это чистая научная фантастика, физикам иногда приходится рассматривать, что происходит, когда объект движется быстрее света, и такой объект действительно оставляет два изображения.

В то время де Агиар Алвес кое-что в этой истории смущало. Но он забыл о ней до тех пор, пока много лет спустя не столкнулся с более практической проблемой, связанной с частицами в среде с меньшей скоростью света. Не будучи уверенным в правильности своих расчетов, он начал пытаться визуализировать ситуацию.

«После того как я нарисовал одну-две диаграммы, я начал замечать: „Эй, кажется, я уже думал о чем-то подобном“», — сказал де Агиар Алвес.

Три изображения, а не два.

Идея маневра Пикара основана на том, как космический корабль, движущийся со скоростью, превышающей скорость света, опережает собственный свет. Если бы корабль двигался с постоянной, сверхсветовой скоростью, то другой корабль, находящийся в состоянии покоя, увидел бы два изображения, соответствующие двум разным моментам времени, когда свет от корабля мог достичь его.

Но в сюжете корабль Пикара движется не с постоянной скоростью. Он разгоняется до варп-скорости, а затем останавливается рядом с вражеским кораблем. «Звездочет» разгоняется дважды… и это меняет временные рамки. После составления схемы де Агиар Алвес обнаружил, что вражеский корабль увидит три изображения «Звездочета», а не два.

Слева: Тонкие серые линии показывают, что было бы видно с корабля ференги в разные моменты времени. В некоторые моменты времени можно было бы увидеть до трех изображений «Звездочета».
Справа: Добавление еще одного импульса варп-скорости может увеличить количество изображений, полученных с помощью аппарата «Звездный наблюдатель», до пяти. Автор фото: Николас де Агиар Алвес.

Хотя детали были неточны, де Агиар Алвес был впечатлен тем, что в эпизоде основная идея учебника воспроизведена в основном точно. «Главное, что они передали идеально, и я думаю, это отличная иллюстрация».

Физики не ожидают, что сверхсветовые космические путешествия когда-либо станут возможными. Но поскольку свет распространяется медленнее в таких веществах, как вода, математические модели сверхсветового движения по-прежнему полезны. Когда частица движется быстрее света в воде, её ударная волна испускает характерное свечение, называемое черенковским излучением, — синий свет, наблюдаемый в ядерных реакторах.

Для де Агиара Алвеса мотивацией послужило более трудноуловимое физическое явление, называемое эффектом памяти. Впервые теоретически предсказанный для гравитационных волн, эффект памяти возникает, когда волна проходит мимо частицы и оставляет длительный след в её движении. Теоретические физики ожидают, что он будет происходить и при прохождении обычных электромагнитных волн мимо частицы, но для этого требуются очень специфические условия, и его очень трудно обнаружить. Недавно физик из Института Нильса Бора утверждал, что эффект должен быть более выраженным в среде, подобной воде, со скоростью света, ограниченной заданной величиной. Желание лучше понять это вдохновило де Агиара Алвеса попытаться представить, как можно обнаружить электрон, подверженный эффекту памяти, и нарисованные им диаграммы помогли ему представить себе сценарий из «Звёздного пути».

«Многие интуитивные идеи появляются очень быстро и практически бесплатно, просто благодаря тому, что вы что-то рисуете», — сказал де Агиар Алвес.

Мэтт фон Хиппель — внештатный научный журналист из Копенгагена, специализирующийся на физике элементарных частиц. Помимо журналистики, он еженедельно ведет блог на сайте 4gravitons.com.

154 комментария

Источник: arstechnica.com