Raske on elada relativistlikus universumis, kus isegi lähimad tähed on nii kaugel ja valguse kiirus on absoluutne. Pole siis ime, miks ulmefrantsiisid kasutavad süžeeseadmena rutiinselt FTL-i (Faster-than-light). Vajutage nuppu, vajutage pedaali ja see väljamõeldud ajamisüsteem – mille toimimist keegi ei oska seletada – saadab meid aegruumis teise kohta.
Viimastel aastatel on aga teadlaskond muutunud arusaadavalt elevil ja skeptiliseks väidete suhtes, et konkreetne kontseptsioon – Alcubierre Warp Drive - võib olla tegelikult teostatav. See oli teemaks a esitlus tehtud sel aastal Ameerika Aeronautika ja Astronautika Instituudi tõukejõu ja energia foorum , mis toimus 19. – 22. augustini Indianapolises.
Selle ettekande viis läbi Joseph Agnew – ülikooli bakalaureuseõppe insener ja teadusassistent Alabama ülikoolis Huntsville'i tõukejõu uurimiskeskuses (Hiina). Seansi 'Tuuma- ja läbimurdejõu tulevik' osana jagas Agnew oma läbiviidud uuringu tulemusi pealkirjaga ' Lõimeteooria ja -tehnoloogia uurimine tehnika taseme ja teostatavuse kindlakstegemiseks '.
Kunstniku kontseptsioon kosmoselaevast, mis kasutab Alcubierre Warp Drive'i. Krediit: NASA
Nagu Agnew täismajale selgitas, on lõime tõukejõusüsteemi teooria suhteliselt lihtne. Algselt 1994. aastal pakkus välja Mehhiko füüsik Miguel Alcubierre. Inimene peab seda FTL-süsteemi kontseptsiooni väga teoreetiliseks (kuid võib-olla kehtivaks) lahenduseks. Einsteini välja võrrandid , mis kirjeldavad, kuidas ruum, aeg ja energia meie universumis interakteeruvad.
Tavapäraselt öeldes saavutab Alcubierre Drive FTL-i liikumise, venitades aegruumi kangast laines, põhjustades selle ees oleva ruumi kokkutõmbumist, samal ajal kui selle taga olev ruum laieneb. Teoreetiliselt suudaks selle laine sees olev kosmoselaev sõita selle 'lõimemulliga' ja saavutada valguse kiirusest suuremaid kiirusi. Seda nimetatakse 'Alcubierre'i meetrikaks'.
Tõlgendatakse kontekstis Üldrelatiivsusteooria , moodustaks selle lõimemulli sisemus inertsiaalseks võrdlusraamiks kõige selle sees oleva jaoks. Samamoodi võivad sellised mullid ilmuda varem lamedasse aegruumi piirkonda ja ületada valguse kiirust. Kuna laev ei liigu läbi aegruumi (vaid liigub aegruumi ennast), siis tavapärased relativistlikud efektid (nagu aja dilatatsioon) ei kehti.
Lühidalt, Alcubierre Metric võimaldab FTL-i reisimist tavamõistes relatiivsusseadusi rikkumata. Nagu Agnew rääkis Universe Todayle e-posti teel, sai ta sellest kontseptsioonist inspiratsiooni juba keskkoolis ja on sellest ajast peale seda jätkanud:
„Süvenesin rohkem matemaatikasse ja loodusteadustesse ning sellest tulenevalt hakkasin huvi tundma ulme ja tehnilisema mastaabiga arenenud teooriate vastu. Hakkasin vaatama Star Treki, sarja Original ja The Next Generation ning märkasin, kuidas nad olid ennustanud või inspireerinud mobiiltelefonide, tahvelarvutite ja muude mugavuste leiutamist. Mõtlesin mõnele muule tehnoloogiale, nagu footontorpeedod, faaserid ja lõimeajam, ning püüdsin uurida, mida pidi selle kohta ütlema nii 'star treki teadus' kui ka 'pärismaailma teaduse ekvivalent'. Seejärel komistasin Miguel Alcubierre'i originaalpaberi otsa ja pärast seda mõnda aega seedimist hakkasin otsima teisi märksõnu ja pabereid ning süvenema teooriasse.
Kuigi see kontseptsioon jäeti üldiselt kõrvale, kuna see oli täiesti teoreetiline ja väga spekulatiivne, on see viimastel aastatel sellele uue elu sisse puhunud. Au selle eest kuulub suuresti NASA Johnsoni kosmosekeskuse A arenenud tõukejõu meeskonna juhile dr Harold 'Sonny' White'ile. arenenud tõukejõufüüsika labor (teise nimega “Eagleworks Laboratory”).
Jooksul 100-aastase tähelaeva sümpoosion 2011. aastal jagas dr White mõningaid Alcubierre'i meetrika ajakohastatud arvutusi, mis olid teemaks ettekandes pealkirjaga ' Lõikevälja mehaanika 101 ” (ja samanimeline uurimus). Dr White'i sõnul oli Alcubierre'i teooria põhjendatud, kuid vajas tõsist testimist ja arendamist. Sellest ajast alates on ta ja ta kolleegid teinud just neid asju Eagleworks Labi kaudu.
Sarnaselt on Agnew veetnud suure osa oma akadeemilisest karjäärist lõimemehaanika taga olevat teooriat ja mehaanikat uurides. Mehaanika- ja kosmosetehnika dotsendi ning UAH tõukejõuuuringute keskuse õppejõu dr Jason Cassibry juhendamisel on Agnewi töö kulmineerunud uuringuga, mis käsitleb lõimemehaanika uuringute peamisi takistusi ja võimalusi.
Nagu Agnew ütles, on üks suurimaid asjaolu, et 'lõimeajami' kontseptsiooni ei võeta teadusringkondades ikka veel eriti tõsiselt:
'Minu kogemuse põhjal kipub lõimeveo mainimine vestlusele naerma, sest see on nii teoreetiline ja otse ulmest. Tegelikult kohtab see sageli tõrjuvaid märkusi ja seda kasutatakse näitena millegi täiesti veidra kohta, mis on arusaadav. Ma tean, et enda puhul olin ma selle alguses vaimselt rühmitanud samasse kategooriasse tüüpiliste superluminaalsete mõistetega, kuna ilmselgelt rikuvad need kõik eeldust 'valguse kiirus on ülim kiirus'. Alles siis, kui ma teooriasse hoolikamalt süvenesin, mõistsin, et sellel pole neid probleeme. Ma arvan, et huvi oleks/tekiks palju suurem, kui üksikisikud süvenevad tehtud edusammudesse. Idee ajalooliselt teoreetiline olemus on ka iseenesest tõenäoline hoiatav tegur, kuna kvantitatiivsete tulemuste asemel võrrandeid vaadates on palju raskem näha olulist edasiminekut.'
Kunstniku mulje binaarsete mustade aukude ühinemisest, mis on gravitatsioonilainete sündmuste peamine põhjus. Krediit: LIGO/A. Simonnet.
Kuigi valdkond on alles lapsekingades, on viimasel ajal toimunud mitmeid arenguid, mis on aidanud. Näiteks looduslikult esinevate gravitatsioonilainete (GWS) avastamine poolt LIGO teadlased 2016. aastal , mis kinnitas nii Einsteini sajand tagasi tehtud ennustust kui ka tõestab, et lõimede alus on looduses olemas. Nagu Agnew märkis, on see võib-olla kõige olulisem areng, kuid mitte ainus:
'Viimase 5–10 aasta jooksul on tehtud palju suurepäraseid edusamme, mis on seotud tõuke eeldatavate mõjude ennustamisega, selle elluviimise viiside kindlaksmääramisega, põhieelduste ja kontseptsioonide tugevdamisega ning minu isikliku lemmikuga. , kuidas teooriat laboris testida.
'Ligo mõne aasta tagune avastus oli minu arvates tohutu samm edasi teaduses, kuna see tõestas eksperimentaalselt, et aegruum võib tohutute gravitatsiooniväljade juuresolekul 'väänduda' ja painduda ning see levib kogu maailmas. universumit viisil, mida me saame mõõta. Varem oli arusaam, et see on tõenäoliselt nii, tänu Einsteinile, kuid nüüd teame seda kindlalt.
Kuna süsteem tugineb aegruumi laienemisele ja kokkusurumisele, ütles Agnew, näitas see avastus, et mõned neist mõjudest ilmnevad loomulikult. 'Nüüd, kui me teame, et mõju on tõeline, on minu arvates järgmine küsimus: 'Kuidas me seda uurime ja kas me saame seda laboris ise luua?'' lisas ta. 'Ilmselt oleks selline asi tohutu aja- ja ressursside investeering, kuid see oleks tohutult kasulik.'
Muidugi nõuab Warp Drive'i kontseptsioon täiendavat tuge ja mitmeid edusamme, enne kui eksperimentaalsed uuringud on võimalikud. Nende hulka kuuluvad nii teoreetilise raamistiku kui ka tehnoloogilised edusammud. Agnew ütles, et kui neid käsitletakse kui 'hammustuse suurust' probleeme, mitte ühe tohutu väljakutse, siis on edusamme kindlasti tehtud:
'Sisuliselt on lõimeajami jaoks vajalik viis ruumiaja laiendamiseks ja kokkutõmbumiseks vastavalt soovile ja kohalikul viisil, näiteks väikese objekti või laeva ümber. Teame kindlalt, et väga kõrge energiatihedus, näiteks EM-väljade või massi kujul, võib põhjustada aegruumi kumerust. Meie praeguse probleemianalüüsi põhjal kulub selleks aga tohutult palju.
'Tagaküljel peaksid tehnilised valdkonnad püüdma seadmeid ja protsesse võimalikult palju täiustada, muutes need kõrged energiatihedused usutavamaks. Usun, et on võimalus, et kui efekti saab laborimastaabis dubleerida, annab see gravitatsiooni toimimise palju sügavama mõistmise ja võib avada ukse mõnele veel avastamata teooriale või lünkadele. Kokkuvõtteks võib öelda, et suurim takistus on energia ja sellega kaasnevad tehnoloogilised takistused, suuremate EM-väljade, tundlikuma varustuse vajadus jne.'
Alcubierre'i kontseptsiooniga seotud suurimaks väljakutseks jääb lõimemulli loomiseks vajalik positiivse ja negatiivse energia hulk. Praegu usuvad teadlased, et ainus viis mulli tekitamiseks vajaliku negatiivse energiatiheduse säilitamiseks on eksootiline aine. Teadlaste hinnangul oleks kogu energiavajadus võrdne Jupiteri massiga.
See on aga märkimisväärne langus võrreldes varasemate energiahinnangutega, mis väitsid, et selleks kuluks kogu universumi energiamass. Sellegipoolest on Jupiteri massiline eksootilise aine kogus endiselt liiga suur. Sellega seoses tuleb veel teha olulisi edusamme, et vähendada energiavajadust millegi realistlikumani.
Ainus ettenähtav viis seda teha on kvantfüüsika, kvantmehaanika ja metamaterjalide edasised edusammud, ütleb Agnew. Mis puudutab asja tehnilist külge, siis ülijuhtide, interferomeetrite ja magnetgeneraatorite loomisel on vaja teha täiendavaid edusamme. Ja muidugi on ka rahastamise küsimus, mis on alati väljakutse, kui tegemist on kontseptsioonidega, mida peetakse 'väljas olevaks'.
Kuid nagu Agnew väidab, pole see ületamatu väljakutse. Arvestades seniseid edusamme, on põhjust tuleviku suhtes positiivselt näha:
'Teooria on siiani kinnitanud, et seda tasub jätkata, ja praegu on lihtsam kui varem tõendada selle õiguspärasust. Ressursside jaotamise põhjenduste osas ei ole raske mõista, et võime uurida väljaspool meie päikesesüsteemi, isegi väljaspool meie galaktikat, oleks inimkonna jaoks tohutu hüpe. Ja teadusuuringute piiride nihutamisest tulenev tehnoloogia kasv oleks kindlasti kasulik.
Nagu avioonika, tuumauuringud, kosmoseuuringud, elektriautod ja korduvkasutatavad raketivõimendid, näib ka Alcubierre Warp Drive olevat üks neist kontseptsioonidest, mis peavad end ülesmäge võitlema. Kuid kui need teised ajaloolised juhtumid viitavad, võib see lõpuks mööduda punktist, kust tagasiteed ei ole, ja äkki tunduda täiesti võimalik!
Ja arvestades meie kasvavat muret eksoplaneetide (teine plahvatuslik astronoomia valdkond) pärast, ei ole puudust inimestest, kes loodavad saata missioone lähedalasuvate tähtede juurde, et otsida potentsiaalselt elamiskõlblikke planeete. Ja nagu ülalmainitud näited kindlasti näitavad, on mõnikord palli veeremiseks vaja ainult head tõuget...
Ülemine pilt – 'IXS tähelaev'. Krediit ja©: Mark Rademaker (2016)
Lisalugemist: UAH , Lennundusuuringute keskus