Warp drives: Fysikere gir sjanser til raskere enn lys romreise et løft

Av Mario Borunda, Oklahoma State University

den nærmeste stjernen til Jorden er Proxima Centauri. Det er ca 4,25 lysår unna, eller ca 25 billioner miles (40 billioner km). Den raskeste noensinne romfartøyet, Nå-I-rommet Parker Solar Probe vil nå en toppfart på 450.000 miles (724.000 km) per time. Det ville ta bare 20 sekunder å gå Fra Los Angeles Til New York City med den hastigheten, men det ville ta solproben om 6,633 år å nå Jordens nærmeste nærliggende solsystem.

hvis menneskeheten noen gang vil reise lett mellom stjerner, må folk gå raskere enn lys. Men så langt er raskere enn lett reise bare mulig i science fiction.

I Isaac Asimovs Foundation-serie kan menneskeheten reise fra planet til planet, stjerne til stjerne eller over hele universet ved hjelp av hoppstasjoner. Som barn leste jeg så mange av disse historiene som jeg kunne få hendene mine på. Jeg er nå en teoretisk fysiker og studerer nanoteknologi, men jeg er fortsatt fascinert av hvordan menneskeheten en dag kunne reise i rommet.

Noen tegn – som astronautene i filmene “Interstellar” og “Thor” – bruker ormhull til å reise mellom solsystemer på sekunder. En annen tilnærming-kjent for” Star Trek ” fans – er warp drive-teknologi. Warp stasjoner er teoretisk mulig hvis fortsatt usannsynlig teknologi. To nyere papirer skapte overskrifter I Mars da forskere hevdet å ha overvunnet en av de mange utfordringene som står mellom teorien om warp-stasjoner og virkelighet.

men hvordan fungerer disse teoretiske warp-stasjonene egentlig? Og vil mennesker gjøre hoppet til warphastighet når som helst snart?

Komprimering og ekspansjon

Fysikernes nåværende forståelse av romtid kommer fra Albert Einsteins teori Om Generell Relativitet. Generell Relativitet sier at rom og tid er smeltet og at ingenting kan reise raskere enn lysets hastighet. Generell relativitet beskriver også hvordan masse og energi warp spacetime-heftige objekter som stjerner og sorte hull kurve spacetime rundt dem. Denne krumningen er det du føler som tyngdekraften, og hvorfor mange romfarende helter bekymrer seg for å “bli sittende fast i “eller” falle inn i ” en tyngdekraftbrønn. Tidlige science fiction forfattere John Campbell og Asimov så denne vridningen som en måte å skjørt fartsgrensen på.

Hva om et stjerneskip kunne komprimere rom foran det mens det utvidet romtid bak det? “Star Trek” tok denne ideen og kalte den warp drive.

I 1994 viste Miguel Alcubierre, En Meksikansk teoretisk fysiker, at komprimering av tidsrom foran romskipet mens det utvides bak, var matematisk mulig innenfor lovene Om Generell Relativitet. Så, hva betyr det? Tenk deg at avstanden mellom to punkter er 10 meter (33 fot). Hvis du står ved punkt A og kan reise en meter per sekund, vil det ta 10 sekunder å komme til punkt B. men la oss si at du på en eller annen måte kan komprimere mellomrommet mellom deg og punkt B slik at intervallet nå bare er en meter. Deretter beveger du deg gjennom tidsrom med maksimal hastighet på en meter per sekund, vil du kunne nå punkt B på omtrent ett sekund. I teorien er denne tilnærmingen ikke i strid med relativitetsloven siden du ikke beveger deg raskere enn lys i rommet rundt deg. Alcubierre viste at warp-stasjonen fra “Star Trek” faktisk var teoretisk mulig.

Proxima Centauri her kommer vi, ikke sant? Dessverre Hadde Alcubierres metode for å komprimere spacetime ett problem: det krever negativ energi eller negativ masse.

et negativt energiproblem

Alcubierres warp-stasjon ville fungere ved å skape en boble av flatt romtid rundt romskipet og buet romtid rundt den boblen for å redusere avstander. Warp-stasjonen ville kreve enten negativ masse-en teoretisert type materie-eller en ring av negativ energitetthet for å fungere. Fysikere har aldri observert negativ masse, så det etterlater negativ energi som det eneste alternativet.

for å skape negativ energi, ville en warp drive bruke en stor mengde masse for å skape en ubalanse mellom partikler og antipartikler. For eksempel, hvis et elektron og et antielektron vises nær warp-stasjonen, vil en av partiklene bli fanget av massen, og dette resulterer i ubalanse. Denne ubalansen resulterer i negativ energitetthet. Alcubierres warp-stasjon ville bruke denne negative energien til å skape romtidsboblen.

Men for en warp-stasjon for å generere nok negativ energi, trenger du mye materie. Alcubierre anslått at en warp-stasjon med en 100 meter boble ville kreve massen av hele det synlige universet.

i 1999 viste fysikeren Chris Van Den Broeck at utvidelse av volumet inne i boblen, men å holde overflatearealet konstant, ville redusere energibehovet betydelig, til omtrent solens masse. En betydelig forbedring, men fortsatt langt utover alle praktiske muligheter.

en sci-fi-fremtid?

To nyere artikler – En Av Alexey Bobrick Og Gianni Martire og En annen Av Erik Lentz – gir løsninger som ser ut til å bringe warp-stasjoner nærmere virkeligheten.

Bobrick og Martire innså at ved å endre romtid i boblen på en bestemt måte, kunne de fjerne behovet for å bruke negativ energi. Denne løsningen produserer imidlertid ikke en warp-stasjon som kan gå raskere enn lys.

Uavhengig foreslo Lentz Også en løsning som ikke krever negativ energi. Han brukte en annen geometrisk tilnærming for å løse ligningene Av Generell Relativitet, og ved å gjøre det, fant han ut at en warp-stasjon ikke ville trenge å bruke negativ energi. Lentz løsning ville tillate boblen å reise raskere enn lysets hastighet.

det er viktig å påpeke at disse spennende utviklingene er matematiske modeller. Som fysiker vil jeg ikke fullt ut stole på modeller før vi har eksperimentelt bevis. Likevel kommer vitenskapen om warp-stasjoner til syne. Som en science fiction fan, jeg ønsker velkommen all denne nytenkning. I Ordene Til Kaptein Picard:

Ting er umulig inntil de ikke er det.

Mario Borunda, Førsteamanuensis I Fysikk, Oklahoma State University

denne artikkelen er publisert fra The Conversation under En Creative Commons-lisens. Les den opprinnelige artikkelen.

Bunnlinjen: hvis menneskeheten ønsker å reise mellom stjerner, må folk reise raskere enn lys. Ny forskning tyder på at det kan være mulig å bygge warp-stasjoner og slå den galaktiske fartsgrensen.