Warp disky: fyzici dávají šanci na rychlejší než lehké cestování vesmírem boost

Mario Borunda, Oklahoma State University

nejbližší hvězda k Zemi je Proxima Centauri. Je vzdálená asi 4,25 světelných let, tedy asi 25 bilionů mil (40 bilionů km). Nejrychlejší kosmická loď, nyní ve vesmíru sluneční sonda Parker, dosáhne maximální rychlosti 450 000 mil (724 000 km) za hodinu. Cesta z Los Angeles do New Yorku by touto rychlostí trvala pouhých 20 sekund, ale sluneční sondě by trvalo asi 6 633 let, než by dosáhla nejbližší sousední sluneční soustavy Země.

pokud chce lidstvo někdy snadno cestovat mezi hvězdami, lidé budou muset jít rychleji než světlo. Zatím je však cestování rychleji než světlo možné pouze ve sci-fi.

v sérii Isaaca Asimova Foundation může lidstvo cestovat z planety na planetu, z hvězdy na hvězdu nebo napříč vesmírem pomocí skokových jednotek. Jako dítě, četl jsem tolik těch příběhů, kolik jsem mohl dostat do rukou. Nyní jsem teoretický fyzik a studuji nanotechnologie, ale stále mě fascinují způsoby, jak by lidstvo mohlo jednoho dne cestovat ve vesmíru.

některé postavy-jako astronauti ve filmech “Interstellar” a “Thor” – používají červí díry k cestování mezi solárními systémy během několika sekund. Dalším přístupem-známým fanouškům” Star Trek ” – je technologie warp drive. Warp pohony jsou teoreticky možné, pokud stále přitažené za vlasy technologie. Dva nedávné dokumenty se v březnu dostaly na titulky, když vědci tvrdili, že překonali jednu z mnoha výzev, které stojí mezi teorií warp pohonů a realitou.

ale jak tyto teoretické warp pohony skutečně fungují? A budou lidé dělat skok na warp rychlost v dohledné době?

komprese a expanze

současné chápání časoprostoru fyziků pochází z teorie obecné Relativity Alberta Einsteina. Obecná relativita uvádí, že prostor a čas jsou fúzovány a že nic nemůže cestovat rychleji než rychlost světla. Obecná relativita také popisuje, jak hmota a energie deformují časoprostor-statné objekty, jako jsou hvězdy a černé díry, zakřivují časoprostor kolem nich. Toto zakřivení je to, co cítíte jako gravitace a proč se mnoho vesmírných hrdinů obává, že se “zaseknou” nebo “spadnou do” gravitační studny. Časní spisovatelé sci-fi John Campbell a Asimov viděli toto deformace jako způsob, jak překonat rychlostní limit.

co kdyby hvězdná loď mohla komprimovat prostor před ní a zároveň rozšiřovat časoprostor za ní? “Star Trek” vzal tuto myšlenku a pojmenoval ji warp drive.

v roce 1994 Miguel Alcubierre, mexický teoretický fyzik, ukázal, že komprese časoprostoru před kosmickou lodí při jejím rozšiřování za sebou byla matematicky možná v rámci zákonů obecné Relativity. Takže, co to znamená? Představte si, že vzdálenost mezi dvěma body je 10 metrů (33 stop). Pokud stojíte v bodě A a můžete cestovat jeden metr za sekundu, trvalo by to 10 sekund, než se dostanete do bodu B. řekněme však, že byste mohli nějak komprimovat prostor mezi vámi a bodem B, takže interval je nyní jen jeden metr. Poté, když se pohybujete časoprostorem maximální rychlostí jednoho metru za sekundu, budete schopni dosáhnout bodu B asi za jednu sekundu. Teoreticky tento přístup není v rozporu se zákony relativity, protože se v prostoru kolem vás nepohybujete rychleji než světlo. Alcubierre ukázal, že warp pohon ze “Star Treku” byl ve skutečnosti teoreticky možný.

Proxima Centauri už jsme tady, že? Bohužel Alcubierreova metoda komprese prostoročasu měla jeden problém: vyžaduje negativní energii nebo negativní hmotu.

negativní energetický problém

Alcubierreův warp pohon by fungoval vytvořením bubliny plochého prostoročasu kolem kosmické lodi a zakřivením časoprostoru kolem této bubliny ke snížení vzdáleností. Warp pohon by vyžadoval buď zápornou hmotnost-teoretizovaný typ hmoty-nebo prstenec záporné hustoty energie, aby fungoval. Fyzici nikdy nepozorovali negativní hmotu,takže jako jediná možnost zůstává negativní energie.

k vytvoření negativní energie by warp pohon použil obrovské množství hmoty k vytvoření nerovnováhy mezi částicemi a antičásticemi. Například, pokud se elektron a antielektron objeví v blízkosti warp pohonu, jedna z částic by byla zachycena hmotou, což by mělo za následek nerovnováhu. Tato nerovnováha má za následek negativní hustotu energie. Alcubierreův warp pohon by použil tuto negativní energii k vytvoření časoprostorové bubliny.

ale pro warp pohon generovat dostatek negativní energie, budete potřebovat hodně hmoty. Alcubierre odhadl, že warpový pohon se 100metrovou bublinou by vyžadoval hmotnost celého viditelného vesmíru.

v roce 1999 fyzik Chris Van Den Broeck ukázal, že rozšíření objemu uvnitř bubliny, ale udržení konstantní plochy povrchu, by výrazně snížilo energetické požadavky na téměř hmotnost Slunce. Významné zlepšení, ale stále daleko za všemi praktickými možnostmi.

sci-fi budoucnost?

dva nedávné dokumenty-jeden Alexey Bobrick a Gianni Martire a druhý Erik Lentz-poskytují řešení, která, jak se zdá, přibližují warpové pohony realitě.

Bobrick a Martire si uvědomili, že úpravou prostoročasu v bublině určitým způsobem by mohli odstranit potřebu používat negativní energii. Toto řešení však nevytváří warp pohon, který může jít rychleji než světlo.

nezávisle Lentz také navrhl řešení, které nevyžaduje negativní energii. Použil jiný geometrický přístup k řešení rovnic obecné Relativity, a tím zjistil, že warp pohon by nemusel používat negativní energii. Lentzovo řešení by umožnilo bublině cestovat rychleji než rychlost světla.

je nezbytné zdůraznit, že tento vzrušující vývoj jsou matematické modely. Jako fyzik nebudu plně věřit modelům, dokud nebudeme mít experimentální důkaz. Dosud, věda warp pohonů přichází do pohledu. Jako fanoušek sci-fi vítám toto inovativní myšlení. Slovy kapitána Picarda:

věci jsou nemožné, dokud nejsou.

Mario Borunda, docent fyziky, Oklahoma State University

tento článek je publikován z konverzace pod licencí Creative Commons. Přečtěte si původní článek.

Sečteno a podtrženo: pokud chce lidstvo cestovat mezi hvězdami, lidé budou muset cestovat rychleji než světlo. Nový výzkum naznačuje, že by mohlo být možné postavit warp disky a překonat galaktický rychlostní limit.