(kirstypargeter/iStock) Det er vanskelig å leve i et relativistisk univers, der selv de nærmeste stjernene er så langt unna og lysets hastighet er absolutt. Det er ikke så rart hvorfor science fiction-franchiser rutinemessig bruker FTL (raskere enn lys) som plottenhet.
Trykk på en knapp, trykk på et kronblad, og det fancy drivsystemet – hvis virkemåte ingen kan forklare – vil sende oss til et annet sted i rom-tid.
De siste årene har imidlertid det vitenskapelige miljøet blitt forståelig nok begeistret og skeptisk til påstander om at et bestemt konsept – Alcubierre Warp Drive – kan faktisk være gjennomførbart.
Dette var tema for en presentasjon laget på årets American Institute of Aeronautics and Astronautics Propulsion and Energy Forum , som fant sted fra 19. til 22. august i Indianapolis.
Denne presentasjonen ble utført av Joseph Agnew - en lavere ingeniør og forskningsassistent fra University of Alabama i Huntsville's Propulsion Research Center (PRC).
Som en del av en økt med tittelen 'The Future of Nuclear and Breakthrough Propulsion', delte Agnew resultatene av en studie han utførte med tittelen ' En undersøkelse av varpteori og teknologi for å bestemme teknikkens stand og gjennomførbarhet '.
Som Agnew forklarte til et fullsatt hus, er teorien bak et varpfremdriftssystem relativt enkel.
Opprinnelig foreslått av den meksikanske fysikeren Miguel Alcubierre i 1994, blir dette konseptet for et FTL-system sett på av mennesket som en svært teoretisk (men muligens gyldig) løsning på Einsteins feltligninger , som beskriver hvordan rom, tid og energi i universet vårt samhandler.
I lekmannstermer oppnår Alcubierre Drive FTL-reise ved å strekke stoffet til rom-tid i en bølge, noe som får plassen foran den til å trekke seg sammen mens plassen bak den utvides.
I teorien vil et romfartøy inne i denne bølgen være i stand til å ri på denne 'varpboblen' og oppnå hastigheter utover lysets hastighet. Dette er det som er kjent som 'Alcubierre Metric'.
Tolkes i sammenheng med Generell relativitet , vil det indre av denne varpboblen utgjøre treghetsreferanserammen for alt inne i den. På samme måte kan slike bobler dukke opp i et tidligere flatt område av rom-tid og overskride lysets hastighet.
Siden skipet ikke beveger seg gjennom rom-tid (men beveger seg rom-tid selv), ville konvensjonelle relativistiske effekter (som tidsutvidelse) ikke gjelde.
Kort sagt, Alcubierre Metric tillater FTL-reiser uten å bryte relativitetslovene i konvensjonell forstand. Som Agnew fortalte Universe Today via e-post, ble han inspirert av dette konseptet allerede på videregående og har fulgt det siden:
«Jeg fordypet meg mer i matematikk og naturfag, og som et resultat begynte jeg å bli interessert i science fiction og avanserte teorier i en mer teknisk skala. Jeg begynte å se Star Trek, Original-serien og The Next Generation, og la merke til hvordan de hadde spådd eller inspirert oppfinnelsen av mobiltelefoner, nettbrett og andre fasiliteter.
Jeg tenkte på noen av de andre teknologiene, for eksempel fotontorpedoer, phasers og warp-drive, og prøvde å undersøke både hva 'star trek science' og 'real world science equivalent' hadde å si om det. Jeg snublet så over den originale artikkelen av Miguel Alcubierre, og etter å ha fordøyd den en stund, begynte jeg å forfølge andre nøkkelord og artikler og gå dypere inn i teorien.'
Mens konseptet generelt ble avvist for å være helt teoretisk og svært spekulativt, har det fått nytt liv de siste årene. Æren for dette går i stor grad til Harold 'Sonny' White, Advanced Propulsion Team Lead for ved NASA Johnson Space Center's Advanced Propulsion Physics Laboratory (aka. 'Eagleworks Laboratory').
I løpet av 100 års stjerneskipsymposium i 2011 delte White noen oppdaterte beregninger av Alcubierre Metric, som var gjenstand for en presentasjon med tittelen ' Warp Field Mechanics 101 ' (og en studie med samme navn).
I følge White var Alcubierres teori god, men trengte seriøs testing og utvikling. Siden den gang har han og kollegene gjort akkurat disse tingene gjennom Eagleworks Lab.
På samme måte har Agnew brukt mye av sin akademiske karriere på å forske på teorien og mekanikken bak varpmekanikk. Under veiledning av Jason Cassibry – en førsteamanuensis i mekanisk og romfartsteknikk og et fakultetsmedlem ved UAHs Propulsion Research Center – har Agnews arbeid kulminert i en studie som tar for seg de store hindringene og mulighetene som presenteres av forskning på varpmekanikk.
Som Agnew fortalte, er en av de største det faktum at konseptet 'warp drive' fortsatt ikke tas særlig seriøst i vitenskapelige sirkler:
«Min erfaring er at omtalen av warp-drive har en tendens til å bringe latter til samtalen fordi den er så teoretisk og rett ut av science fiction. Faktisk blir det ofte møtt med avvisende bemerkninger, og brukt som et eksempel på noe helt merkelig, som er forståelig.
Jeg vet i mitt eget tilfelle at jeg i utgangspunktet hadde gruppert det mentalt i samme kategori som typiske superluminale konsepter, siden de åpenbart alle bryter med antagelsen om 'lyshastighet er den ultimate hastighet'.
Det var ikke før jeg gravde grundigere inn i teorien at jeg innså at den ikke hadde disse problemene. Jeg tror det vil/blir mye større interesse når enkeltpersoner fordyper seg i fremgangen som er gjort. Den historisk teoretiske karakteren til ideen er også i seg selv en sannsynlig avskrekkende virkning, siden det er mye vanskeligere å se betydelig fremgang når du ser på ligninger i stedet for kvantitative resultater.'
Mens feltet fortsatt er i sin spede begynnelse, har det vært en rekke nyere utviklinger som har hjulpet. For eksempel oppdagelsen av naturlig forekommende gravitasjonsbølger (GWS) av LIGO-forskere i 2016 , som både bekreftet en spådom gjort av Einstein for et århundre siden og beviser at grunnlaget for warp-driften finnes i naturen.
Som Agnew indikerte, er dette kanskje den viktigste utviklingen, men ikke den eneste:
'I løpet av de siste 5-10 årene eller så har det vært mye utmerket fremgang i retning av å forutsi de forventede effektene av driften, bestemme hvordan man kan få den til å eksistere, forsterke grunnleggende antakelser og konsepter, og min personlige favoritt, måter å teste teorien på i et laboratorium.
LIGO-oppdagelsen for noen år tilbake var, etter min mening, et stort sprang fremover i vitenskapen, siden den eksperimentelt beviste at rom-tid kan 'forvride' og bøye seg i nærvær av enorme gravitasjonsfelt, og dette forplantes utover universet på en måte vi kan måle. Før var det en forståelse av at dette sannsynligvis var tilfelle, takket være Einstein, men vi vet det med sikkerhet nå.'
Siden systemet er avhengig av utvidelse og komprimering av rom-tid, sa Agnew, viste denne oppdagelsen at noen av disse effektene oppstår naturlig.
'Nå som vi vet at effekten er reell, er det neste spørsmålet i mitt sinn, 'hvordan studerer vi det, og kan vi generere det selv i laboratoriet?'' la han til. 'Selvfølgelig ville noe slikt være en enorm investering av tid og ressurser, men ville være enormt fordelaktig.'
Selvfølgelig krever Warp Drive-konseptet ekstra støtte og mange fremskritt før eksperimentell forskning vil være mulig. Disse inkluderer fremskritt når det gjelder det teoretiske rammeverket så vel som teknologiske fremskritt.
Hvis disse blir behandlet som 'bite-size'-problemer i stedet for en massiv utfordring, sa Agnew, så er det garantert fremgang:
'I hovedsak er det som trengs for en warp-drive en måte å utvide og trekke sammen rom-tid etter ønske, og på en lokal måte, for eksempel rundt en liten gjenstand eller et skip. Vi vet med sikkerhet at svært høye energitettheter, for eksempel i form av EM-felt eller masse, kan forårsake krumning i rom-tid. Det krever imidlertid enorme mengder å gjøre det med vår nåværende analyse av problemet.
På baksiden bør de tekniske områdene prøve å foredle utstyret og behandle så mye som mulig, noe som gjør disse høye energitetthetene mer plausible. Jeg tror det er en sjanse for at når effekten først kan dupliseres på en laboratorieskala, vil det føre til en mye dypere forståelse av hvordan tyngdekraften fungerer, og kan åpne døren til noen ennå uoppdagede teorier eller smutthull.
Jeg antar for å oppsummere, det største hinderet er energien, og med det kommer teknologiske hindringer, behov for større EM-felt, mer sensitivt utstyr, etc.'
Selve mengden positiv og negativ energi som trengs for å lage en varpboble er fortsatt den største utfordringen knyttet til Alcubierres konsept. Foreløpig mener forskere at den eneste måten å opprettholde den negative energitettheten som kreves for å produsere boblen, er gjennom eksotisk materiale. Forskere anslår også at det totale energibehovet vil tilsvare massen av Jupiter .
Dette representerer imidlertid et betydelig fall fra tidligere energianslag, som hevdet at det ville kreve en energimasse tilsvarende hele universet. Likevel er en Jupiter-masse mengde eksotisk materiale fortsatt uoverkommelig stor. I denne forbindelse må det fortsatt gjøres betydelige fremskritt for å skalere energibehovet ned til noe mer realistisk.
Den eneste forutsigbare måten å gjøre dette på er gjennom ytterligere fremskritt innen kvantefysikk, kvantemekanikk og metamaterialer, sier Agnew. Når det gjelder den tekniske siden av ting, må det gjøres ytterligere fremskritt med å lage superledere, interferometre og magnetiske generatorer. Og selvfølgelig er det spørsmålet om finansiering, som alltid er en utfordring når det kommer til konsepter som anses å være 'der ute'.
Men som Agnew uttaler, det er ikke en uoverkommelig utfordring. Med tanke på fremgangen som er gjort så langt, er det grunn til å se positivt på fremtiden:
«Teorien har så langt bekreftet at den er vel verdt å forfølge, og det er lettere nå enn før å bevise at den er legitim. Når det gjelder begrunnelser for allokering av ressurser, er det ikke vanskelig å se at evnen til å utforske utenfor vårt solsystem, til og med utenfor vår galakse, ville være et enormt sprang for menneskeheten. Og veksten i teknologi som følge av å presse grensene for forskning ville absolutt være fordelaktig.'
I likhet med flyelektronikk, kjernefysisk forskning, romforskning, elektriske biler og gjenbrukbare rakettforsterkere, ser Alcubierre Warp Drive ut til å være et av disse konseptene som må kjempe seg oppoverbakke. Men hvis disse andre historiske tilfellene er noen indikasjon, kan det til slutt passere et punkt uten retur og plutselig virke fullt mulig!
Og gitt vår økende opptatthet av eksoplaneter (et annet eksploderende felt innen astronomi), er det ingen mangel på folk som håper å sende oppdrag til nærliggende stjerner for å lete etter potensielt beboelige planeter. Og som de nevnte eksemplene absolutt viser, noen ganger er alt som trengs for å få ballen til å rulle et godt dytt...
Denne artikkelen ble opprinnelig publisert av Universet i dag . Les original artikkel .