Как ChatGPT теорию относительности и квантовые поля объединил.

Стало интересно, что ChatGPT ответит на просьбу объединить общую теорию относительности и квантовую теорию поля для космических полетов.

Нравится нам или нет - межпланетные перелеты это одна из главных надежд человечества на долгосрочное выживание и покорение космоса. Создание внеземных колоний позволит нам продолжить развитие даже после катастрофы на Земле, вероятность которой далеко не нулевая (астероиды, искусственный интеллект, ядерная война и климатические катастрофы).

Для таких полетов осталось всего ничего - объединить квантовый мир с классической физикой.

Содержание:

В детстве я был уверен: стоит научиться летать со скоростью света, и человечество моментально покорит Вселенную. Но реальность — как всегда — гораздо сложнее.

Согласно специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна, никакой объект с массой не может достичь скорости света, потому что с увеличением скорости растет и масса объекта, и для дальнейшего ускорения потребуется бесконечно большое количество энергии. Упс...

К примеру, до звезды Проксима Центавра, в орбите которой по мнению ученых должна существовать вода, около 4,24 световых года. С учетом времени на посещение курортов полет до Проксимы Центавра и обратно на почти световом двигателе займет около 9 лет.

В целом - это приемлемый срок для космической миссии, согласны?

Но тут мы сталкиваемся со второй и самой грандиозной проблемой - парадоксальным следствием специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна — замедлением времени.

Дело в том, что с точки зрения СТО движение в пространстве и движение во времени взаимосвязаны - чем быстрее объект движется в пространстве, тем медленнее он движется во времени.

В нашем примере, если экипаж проведет в полете около 9 лет по своим часам (t), двигаясь со скоростью близкой к скорости света (v=0,99c), то на Земле пройдет (t') примерно 201.3 года - более двух столетий!

Другими словами, возвращение в привычном нам понимании становится невозможным.

Межзвездный полет превращается в путешествие в далекое будущее, билет в один конец. А сколько понадобится таких миссий..?

Учеными рассматриваются и другие варианты космических полетов, например ядерный двигатель, но полет к той же Проксима Центавра и обратно займет не менее 50 земных лет. Это все равно катастрофически долго. Не говоря уже о проблеме смертельно опасной радиации для астронавтов.

Не зря же мы изучаем космос и развиваем технологии. Должно быть решение. Хочу по выходным летать в другие галактики, в конце-концов!

Специальная теория относительности (СТО) объясняет, как время и пространство меняются при очень больших скоростях. Общая теория относительности (ОТО) доказывает, что гравитация — это не просто сила, а искривление пространства и времени.

Обе теории дополняют друг друга и вместе составляют основу современной физики.

Но сто лет назад были известны только гравитация и электромагнетизм; квантовые взаимодействия (сильное и слабое ядерные) были открыты позже.

В отличие от классических поисков Эйнштейна современная Квантовая теория поля (КТП) объединяет квантовую механику и специальную теорию относительности. Но не гравитацию.

Квантовая теория хорошо работает в мире очень маленьких частиц, а общая теория относительности — в мире больших объектов и космоса. Но для полного понимания Вселенной необходимо создать теорию, которая объединит эти два мира.

Так мы подходим к поиску Единой теории поля ("Теории всего") — согласованной математической теории, которая описывает все фундаментальные взаимодействия, включая гравитацию.

Создание Единой теории поля откроет перед человечеством невероятные возможности, в том числе сделает межгалактические путешествия реальными.

Каким образом объединить гравитацию с другими фундаментальными силами: электромагнитным и ядерными взаимодействиями?

Вполне реалистичный ответ уже получен, и он известен достаточно давно.

В 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре предложил идею межзвёздных путешествий, известную как "варп-двигатель" или "пузырь Алькубьерре".

Теоретически эта концепция позволяет двигаться быстрее скорости света, не нарушая фундаментальных законов физики, включая ограничение скорости света.

Варп-двигатель искривляет ткань пространства-времени. Пространство перед звездолетом сжимается, а позади — растягивается. И корабль, фактически, остается неподвижным внутри «варп-пузыря», двигаясь по этому искривленному пространству.

Да-да, именно так, как вы наверняка не раз видели в кино. Кстати, создателя теории вдохновила космическая сага Star Trek (олды на месте?).

С теоретической скоростью варп-двигателя, равной, например, 10c (в 10 раз быстрее света), полёт до Проксимы Центавра займёт 5 месяцев для наблюдателя на Земле. А для экипажа время может вообще не ощущаться благодаря стационарному положению внутри "варп-пузыря". Совсем другое дело, правда?

Несмотря на элегантность теории, реализация двигателя Алькубьерре тоже сталкивается с парой сложностей:

К счастью, прогресс не остановить. И наука развивается быстрыми (в историческом контексте) темпами.

Например, ученым потребовалось всего 48 лет чтобы подтвердить Стандартную теорию, которая описывает все известные элементарные частицы и их взаимодействия (кроме гравитации). Открытие бозона Хиггса подтвердило что в материи есть поле, от взаимодействия с которым у объектов появляется масса.

Исследования по экзоматерии уже есть.

Развитие квантовых вычислений может сыграть ключевую роль в исследовании экзотической материи - можно будет моделировать вакуумные процессы и точно рассчитывать, как и где возникает отрицательная энергия.

В общем, после просмотра Стражей Галактики я решил спросить ChatGPT о его мнении на этот счет: "как бы ты объединил квантовую теорию поля с общей теорией относительности, чтобы построить варп-двигатель?".

Для простоты общения с чат-ботом я использовал jailbreak-промт.

Взять промт можно вот здесь.

На просьбу об объединении КТП и ОТО с теорией Алькубьерре был получен следующий ответ:

Пошаговое "объединение" теорий:

Не так уж и сложно, как оказалось (сарказм).

При ответах ChatGPT начал выводить код на Python. Но ничего не работало.

Пришлось попросить GPT не волноваться, установить несколько библиотек и внести правки, чтобы код заработал.

Скрипты на GitHub здесь.

И вот что я увидел в итоге:

Код 1 и 2 показывает как теоретически выглядит движение в пространстве-времени:

Коды 3 и 4 запускают рабочую 3D визуализацию с варп-полем:

Напоследок попросил нарисовать как выглядит варп-пузырь в соответствии с представленным кодом.

Вот так познавательно я провел три часа с ChatGPT на январских выходных.

Мы, конечно, даже еще не на грани межгалактических путешествий, но мечты уже становятся частью реальности.

Космос — это бескрайняя бездна, полная тайн и неизвестности, где привычные нам законы физики меняют представления о возможном.

Вселенной есть что нам предложить, и мы непременно откроем ее тайны! Главное, чтобы это не стало шкатулкой Пандоры...

The End