Težko je živeti v relativističnem vesolju, kjer so tudi najbližje zvezde tako daleč in hitrost svetlobe je absolutna. Zato ni čudno, zakaj franšize znanstvene fantastike rutinsko uporabljajo FTL (Hitrejše od svetlobe) kot ploskev. Pritisnite gumb, pritisnite stopalko in sistem domišljije pogona - katerega delovanja nihče ne zna razložiti - nas bo v vesolju-času poslal na drugo lokacijo.
Vendar je v zadnjih letih znanstvena skupnost postala razumljivo navdušena in skeptična nad trditvami, da je določen koncept - Alcubierre Warp Drive - dejansko lahko izvedljiv. To je bila tema predstavitve letošnjega Ameriškega inštituta za letalski in astronavtični pogon in energijski forum, ki je potekal od 19. do 22. avgusta v Indianapolisu.
To predstavitev je vodil Joseph Agnew - dodiplomski inženir in znanstveni sodelavec z Univerze v Alabami v Huntsville's Research Research Center (PRC). V okviru zasedanja z naslovom "Prihodnost jedrskega in prebojnega pogona" je Agnew delil rezultate študije, ki jo je opravil z naslovom "Pregled teorije in tehnologije osnove za določitev stanja tehnike in izvedljivosti".
Kot je Agnew razložil polni hiši, je teorija o sistemu za pogon osnove relativno preprosta. Ta koncept sistema FTL je prvotno predlagal mehiški fizik Miguel Alcubierre leta 1994 kot visoko teoretično (vendar morda veljavno) rešitev Einsteinovih poljskih enačb, ki opisujejo, kako medsebojno vplivajo prostor, čas in energija v našem vesolju.
Po besedah laikov, Alcubierre Drive doseže FTL potovanje tako, da tkanino prostora in časa razteza v valu, zaradi česar se prostor pred njim skrči, medtem ko se prostor za njim širi. Teoretično bi lahko vesoljsko plovilo znotraj tega vala jahalo to "osnovo" in dosegalo hitrosti, ki presegajo svetlobno hitrost. To je tisto, kar je znano kot "metrika Alcubierre".
Interpretirano v okviru splošne relativnosti bi notranjost tega osnove mehurčka predstavljala inercijski referenčni okvir za karkoli v njem. Po isti sliki se lahko takšni mehurčki pojavijo v prej ravnih območjih prostora in presežejo hitrost svetlobe. Ker se ladja ne premika skozi vesolje-čas (ampak se sama giblje vesolje-čas), običajni relativistični učinki (kot časovna dilatacija) ne bi veljali.
Skratka, metrika Alcubierre omogoča FTL potovanja, ne da bi kršila zakone relativnosti v konvencionalnem smislu. Kot je Agnew povedal za Space Magazine po e-pošti, ga je ta koncept navdihnil že v srednji šoli in ga zasleduje že od nekdaj:
„Bolj sem se poglobil v matematiko in naravoslovje, zato sem se začel zanimati za znanstveno fantastiko in napredne teorije na bolj tehničnem merilu. Začel sem gledati Zvezdne poti, serije Original in Naslednja generacija in opazil, kako so napovedovali ali navdihovali izum mobilnih telefonov, tablic in drugih ugodnosti. Razmišljal sem o nekaterih drugih tehnologijah, kot so fotonski torpedi, phaserji in warp pogon ter poskušal raziskati, kaj bi o tem morala povedati „znanost zvezdnih poti“ in „ekvivalent realnega sveta“. Nato sem naletel na izvirni prispevek Miguela Alcubierrea in potem, ko sem ga nekaj časa prebavil, začel preiskovati druge ključne besede in prispevke ter se poglabljati v teorijo. "
Medtem ko je bil koncept na splošno odpuščen kot povsem teoretičen in zelo špekulativen, mu je v zadnjih letih vanj vdahnilo novo življenje. Zasluge za to gre večinoma doktorju Haroldu "Sonnyju" Whiteu, voditelju napredne pogonske skupine v naprednem laboratoriju za fiziko pogona NASA Johnson Space Center (aka "Eagleworks Laboratory").
Na 100-letnem simpoziju o zvezdništvu leta 2011 je dr. White delil nekaj posodobljenih izračunov Alcubierrove metrike, ki so bili predmet predstavitve z naslovom "Mehanika polja osnove 101" (in istoimenske študije). Po besedah dr. Whitea je bila teorija Alcubierreja zanesljiva, vendar je potrebovala resna testiranja in razvoj. Od takrat on in njegovi sodelavci počnejo te stvari v laboratoriju Eagleworks.
Podobno je Agnew večino svoje akademske kariere preživel pri raziskovanju teorije in mehanike v osnovi mehanike osnove. Pod mentorstvom dr. Jason Cassibryja - izrednega profesorja strojnega in vesoljskega inženiringa ter člana fakultete za razvojno raziskovalno središče UAH - je delo Agnew doseglo vrhunec v študiji, ki obravnava glavne ovire in priložnosti, ki jih prinašajo raziskave mehanike osnove.
Kot je povedal Agnew, je eden največjih dejstvo, da v znanstvenih krogih še vedno ne jemljemo zelo resno pojma "warp drive":
“Po mojih izkušnjah omenjanje warp pogona nagovarja k pogovoru, ker je tako teoretično in prav iz znanstvene fantastike. Pravzaprav se pogosto srečuje z zavračljivimi pripombami in se uporablja kot primer nečesa povsem nenavadnega, kar je razumljivo. Vem za svoj primer, sprva sem ga mentalno združil v isto kategorijo kot tipični superluminalni koncepti, saj očitno vsi kršijo predpostavko "hitrost svetlobe je največja hitrost". Šele ko sem se bolj natančno poglobil v teorijo, sem ugotovil, da nima teh težav. Mislim, da bi bilo veliko več zanimanja, ko se bodo posamezniki poglobili v doseženi napredek. Zgodovinsko teoretična narava ideje je tudi sama po sebi verjetno odvračilna, saj je bistveno težje opaziti pomemben napredek, če gledate enačbe namesto kvantitativnih rezultatov.“
Čeprav je področje še vedno v povojih, so bili v zadnjem času številni dogodki, ki so pomagali. Na primer odkritje naravnih gravitacijskih valov (GWS) znanstvenikov LIGO leta 2016, ki sta potrdila napoved, ki jo je Einstein izdelal pred stoletjem, in dokazujeta, da v naravi obstaja podlaga za osnovo. Kot je navedel Agnew, je to morda najpomembnejši razvoj, vendar ne edini:
“V zadnjih 5–10 letih ali več je bil dosežen velik napredek v smeri napovedovanja pričakovanih učinkov pogona, določanja, kako lahko kdo uresniči, krepitve temeljnih predpostavk in konceptov, in moj osebni najljubši , načine za preizkušanje teorije v laboratoriju.
"Odkritje LIGO pred nekaj leti je bilo po mojem mnenju velik napredek v znanosti, saj je eksperimentalno dokazano, da se vesoljski čas lahko" preskoči "in upogne ob prisotnosti ogromnih gravitacijskih polj, in to se širi po celotnem vesolje na način, ki ga lahko merimo. Prej je bilo razumevanje, da je to verjetno po zaslugi Einsteina, vendar to zdaj zagotovo vemo. "
Ker se sistem zanaša na širitev in stiskanje vesoljskega časa, je dejal Agnew, to odkritje je pokazalo, da se nekateri od teh učinkov pojavljajo naravno. "Zdaj ko vemo, da je učinek resničen, je po mojem mnenju naslednje vprašanje:" kako ga preučujemo in ali ga lahko sami ustvarimo v laboratoriju? "" Je dodal. "Očitno bi kaj takega pomenilo ogromno naložbe časa in sredstev, vendar bi imelo veliko korist."
Seveda koncept Warp Drive zahteva dodatno podporo in številne napredke, preden bodo možne eksperimentalne raziskave. Ti vključujejo napredek v teoretičnem okviru in tehnološki napredek. Če jih obravnavamo kot težave z velikostjo ugriza namesto enega velikega izziva, je dejal Agnew, potem je napredek vsekakor dosežen:
"V bistvu je tisto, kar je potrebno za warp pogon, način za razširitev in sklenitev prostora po volji in na lokalni način, na primer okoli majhnega predmeta ali ladje. Zagotovo vemo, da lahko zelo visoke energijske gostote, na primer v obliki polja EM ali mase, povzročijo ukrivljenost v vesolju. Vendar pa za to potrebujemo ogromno z našo trenutno analizo problema. "
„Na teh straneh naj bi tehnična področja poskušala čim bolj izpopolniti opremo in predelati, da bi bile te gostote energije bolj verjetne. Verjamem, da obstaja možnost, da bo učinek podvojen v laboratorijskem merilu veliko globlje razumevanje delovanja gravitacije in odprlo vrata nekaterim še neodkritih teorij ali vrzeli. Naj povzamem, da je največja ovira energija, s tem pa pridejo tudi tehnološke ovire, ki potrebujejo večja polja EM, občutljivejšo opremo itd.“
Odlična količina pozitivne in negativne energije, potrebne za ustvarjanje osnove mehurčka, ostaja največji izziv, povezan s konceptom Alcubierre. Trenutno znanstveniki verjamejo, da je edini način za vzdrževanje negativne energijske gostote, ki je potrebna za proizvodnjo mehurja, prek eksotičnih snovi. Znanstveniki tudi ocenjujejo, da bi bila skupna poraba energije enaka masi Jupitra.
Vendar to pomeni pomemben padec glede na prejšnje ocene energije, ki so trdile, da bi potrebovala energijsko maso, ki je enakovredna celotnemu Vesolju. Kljub temu je količina eksotičnih snovi v Jupiterju še vedno zelo velika. V zvezi s tem je treba doseči pomemben napredek, da se energetske potrebe zmanjšajo na nekaj bolj realnega.
Edini predvidljiv način za to je nadaljnji napredek kvantne fizike, kvantne mehanike in metamaterialov, pravi Agnew. Kar zadeva tehnično plat stvari, bo treba narediti nadaljnji napredek pri ustvarjanju superprevodnikov, interferometrov in magnetnih generatorjev. Seveda obstaja vprašanje financiranja, ki je vedno izziv, ko gre za koncepte, za katere velja, da so "tam".
A kot navaja Agnew, to ni nepremostljiv izziv. Glede na dosedanji napredek obstajajo
“Doslej je potrdila teorija, da se je vredno truditi, zato je lažje kot doslej zagotoviti dokaze, da je to legitimno. Glede upravičenosti za dodelitev virov ni težko razbrati, da bi bila sposobnost raziskovanja zunaj našega Osončja, tudi onkraj naše galaksije, velik človeški preskok. In rast tehnologije, ki je posledica pritiska na raziskovanje, bi gotovo koristila. "
Tako kot avionika, jedrske raziskave, raziskovanje vesolja, električni avtomobili in raketni ojačevalci za večkratno uporabo se zdi, da je Alcubierre Warp Drive eden od tistih konceptov, ki se bodo morali boriti na poti navkreber. Če pa ti drugi zgodovinski primeri kažejo, lahko sčasoma pride do točke, v kateri se ne vrne, in kar naenkrat se zdi povsem mogoče!
In glede na našo vse večjo zaskrbljenost z eksoplaneti (še eno eksplozivno polje astronomije), ne primanjkuje ljudi, ki upajo poslati misije na bližnje zvezde, da bi iskali potencialno bivalne planete. In kot že kažejo zgoraj omenjeni primeri, je vse, kar je potrebno, da se žoga valja, dobro spodbudila ...
Zgornja slika - “Zvezdnik IXS ”. Kredit in ©: Mark Rademaker (2016)
