ワープドライブ:物理学者は光より速い宇宙旅行のチャンスをブースト

By Mario Borunda,Oklahoma State University

地球に最も近い星はProxima Centauriです。 それは約4.25光年離れている、または約25兆マイル（40兆km）です。 史上最速の宇宙船であるParker Solar Probeは、時速450,000マイル（724,000km）の最高速度に達するでしょう。 その速度でロサンゼルスからニューヨーク市に行くのにわずか20秒かかりますが、地球の最も近い近隣の太陽系に到達するのに約6,633年かかるでしょう。

人類が星の間を簡単に移動したいのであれば、人々は光よりも速く移動する必要があります。 しかし、これまでのところ、光よりも速い旅行はsfでしか可能ではありません。

アイザック-アシモフの財団シリーズでは、人類はジャンプドライブを使用して惑星から惑星、星から星、または宇宙を旅することができます。 子供の頃、私は私が私の手を得ることができるとそれらの物語のように多くを読んだ。 私は今、理論物理学者であり、ナノテクノロジーを研究していますが、私はまだ人類がいつか宇宙を旅することができる方法に魅了されています。

映画”星間”や”トール”の宇宙飛行士のような一部のキャラクターは、ワームホールを使用して太陽系間を数秒で移動します。 “スタートレック”ファンによく知られているもう一つのアプローチは、ワープドライブ技術です。 ワープドライブは、理論的にはまだこじつけの技術であれば可能です。 研究者は、ワープドライブの理論と現実の間に立つ多くの課題の一つを克服したと主張したときに二つの最近の論文は、月に見出しを作りました。

しかし、これらの理論的なワープドライブは実際にどのように機能しますか？ そして、人間はいつでもすぐにワープ速度にジャンプを作っているのだろうか？

圧縮と膨張

物理学者の時空の現在の理解は、アルバート-アインシュタインの一般相対性理論から来ています。 一般相対性理論は、空間と時間が融合しており、光の速度よりも速く移動することはできないと述べています。 一般相対性理論はまた、星やブラックホールのような質量とエネルギーが時空を歪める方法を説明しています。 この曲率は、あなたが重力として感じるものであり、なぜ多くの宇宙飛行の英雄が重力井戸に「立ち往生」または「落下」することを心配しているのです。 初期のsf作家ジョン・キャンベルとアシモフは、この反りが速度制限を回避する方法であると見た。

宇宙船がその前の空間を圧縮しながら、その後ろの時空を拡張することができればどうなりますか？ “スタートレック”はこのアイデアを取って、それをワープドライブと命名しました。

1994年、メキシコの理論物理学者であるMiguel Alcubierreは、宇宙船の前で時空を圧縮し、後ろで拡大することは、一般相対性理論の法則の中で数学的に可能であるこ だから、それはどういう意味ですか？ 二つの点の間の距離が10メートル（33フィート）であると想像してください。 あなたがポイントAに立っていて、毎秒一メートルを移動することができる場合、それはポイントBに到達するために10秒かかるだろうが、のは、間隔が今一メートルになるように、あなたは何とかあなたとポイントBの間のスペースを圧縮することができたとしましょう。 そして、毎秒1メートルのあなたの最高速度で時空を移動すると、あなたは約1秒でポイントBに到達することができるでしょう。 理論的には、このアプローチは、あなたがあなたの周りの空間で光よりも速く動いていないので、相対性理論の法則と矛盾しません。 Alcubierreは、「Star Trek」からのワープドライブが実際に理論的に可能であることを示しました。

プロキシマ-ケンタウリここに来たんだよね？ 残念なことに、時空を圧縮するアルクビエールの方法には、負のエネルギーまたは負の質量を必要とするという問題がありました。

負のエネルギー問題

Alcubierreのワープドライブは、宇宙船の周りに平らな時空のバブルを作り、そのバブルの周りに時空を湾曲させて距離を縮 ワープドライブは、理論化されたタイプの物質である負の質量または負のエネルギー密度のリングのいずれかを必要とします。 物理学者は負の質量を観測したことがないので、負のエネルギーを唯一の選択肢として残します。

負のエネルギーを生成するために、ワープドライブは粒子と反粒子の間に不均衡を作成するために膨大な量の質量を使用します。 例えば、電子と反電子がワープドライブの近くに現れた場合、粒子の一つは質量によって捕捉され、これは不均衡になります。 この不均衡は負のエネルギー密度をもたらす。 アルクビエールのワープドライブは、この負のエネルギーを使用して時空バブルを作成します。

しかし、ワープドライブが十分な負のエネルギーを生成するためには、多くの問題が必要です。 アルクビエールは、100メートルのバブルを持つワープドライブは、可視宇宙全体の質量を必要とすると推定した。

1999年、物理学者のChris Van Den Broeckは、気泡内の体積を拡大しながら表面積を一定に保つと、エネルギー要件が大幅に減少し、太陽の質量に近いことを示した。 大幅な改善が、まだはるかにすべての実用的な可能性を超えて。

サイファイの未来？

最近の2つの論文–1つはAlexey BobrickとGianni Martireによるもので、もう1つはErik Lentzによるもので、warpドライブを現実に近づけるような解決策を提供しています。

BobrickとMartireは、バブル内の時空を特定の方法で修正することによって、負のエネルギーを使用する必要性を取り除くことができることに気付きました。 しかし、この解決策は、光よりも速く行くことができるワープドライブを生成しません。

独立して、Lentzは負のエネルギーを必要としない解決策も提案しました。 彼は一般相対性理論の方程式を解くために異なる幾何学的アプローチを使用し、そうすることによって、ワープドライブは負のエネルギーを使用する必 レンツの解決策は、バブルが光の速度よりも速く移動することを可能にするだろう。

これらの刺激的な開発は数学的モデルであることを指摘することが不可欠です。 物理学者として、私は実験的な証明が得られるまでモデルを完全に信頼しません。 しかし、ワープドライブの科学が視野に入ってきています。 Sfファンとして、私はこのすべての革新的な思考を歓迎します。 ピカード船長の言葉で:

彼らがいないまで、物事は不可能です。

Mario Borunda,Associate Professor of Physics,Oklahoma State University

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結論：人類が星の間を移動したいのであれば、人々は光よりも速く移動する必要があるでしょう。 新しい研究は、ワープドライブを構築し、銀河の制限速度を打つことが可能である可能性があることを示唆しています。