Podróże międzygwiezdne nadal ekscytują umysły publiczności. Napędy warp od dawna zajmują ważne miejsce w popkulturze, zarówno w literaturze, jak i kinie. Ale czy ludzkość będzie w stanie stworzyć technologię, która może manipulować czasoprzestrzenią, zapewniając podróżowanie szybciej niż światło?
Widzimy to cały czas w science fiction: statki o napędzie warp pozwalają bohaterom opowieści, powieści, filmów lub seriali telewizyjnych odkrywać nowe planety, a nawet galaktyki. Pojazdy te mogłyby latać nawet szybciej niż światło, nawet jeśli Ogólna Teoria Względności uczy nas, że nikt nie może podróżować szybciej niż światło. Czyż nie? W końcu światło nie ma masy, co oznacza, że może poruszać się z prędkością 299 792 458 metrów na sekundę.
To wszystko prawda. Nic nie może przekroczyć uniwersalnego ograniczenia prędkości. Jednak nadal możemy mieć możliwość zbudowania napędu warp bez łamania jakichkolwiek praw fizycznych.
W 1994 roku fizyk teoretyczny Miguel Alcubierre z Meksyku napisał artykuł, w którym przedstawił obliczenia matematyczne i podstawy naukowe do stworzenia prawdziwego napędu warp, który nie byłby sprzeczny z ogólną teorią względności. Zainteresował się tą metodą podróży międzygwiezdnych po obejrzeniu jej w akcji - pokonywania gigantycznych odległości w dziełach science fiction.
Statek kosmiczny z napędem warp widziany przez artystę.
Napęd warp rozszerza się i kurczy tkaninę czasoprzestrzeni wokół statku i jego bańki. Urządzenie w zasadzie nie przyspiesza ani nie porusza się. Tkanina porusza się wokół niej i popycha ją do przodu. Jako przykład wyobraź sobie, że stoisz na przenośniku taśmowym - poruszasz się, ale nie idziesz. Tkanina taśmy porusza Cię do przodu. Kompresja czasoprzestrzeni przed statkiem kosmicznym pociągnie go, a ekspansja za nim będzie kontynuować ten ruch do przodu. Einstein wykazał, że czasoprzestrzeń może być zaginana przez masę lub energię, dlatego można nią manipulować na inne sposoby. Powodem, dla którego ten statek może poruszać się szybciej niż światło jest to, że Ogólna Teoria Względności mówi, że nic w kosmosie nie może przekroczyć ograniczenia prędkości.jednak nie ma ograniczenia prędkości dla rozszerzania się lub kurczenia samej przestrzeni. Nie poruszamy niczego w przestrzeni - poruszamy samą przestrzeń.
Praca Alcubierre była zachęcająca i imponująca, ale było w niej również wiele dziur. W oryginalnej pracy wysunął teorię, że aby zapewnić takiemu statkowi wystarczającą moc, potrzeba więcej energii ujemnej niż w ogóle jest we wszechświecie, a mianowicie dzięki temu przestrzeń się rozszerza. Problem polega na tym, że energia ujemna jest nieuchwytna, nawet wielu fizyków wątpi w jej istnienie, nie mówiąc już o tym, że będziemy w stanie wyprodukować jej ogromne ilości.
Nasze obserwacje tego, co może być negatywną energią, są, delikatnie mówiąc, niewystarczające. Przypuszczalnie to, co uważamy za pustą przestrzeń, wcale nie jest puste - ma gęstość energii, która jest również nazywana zerową. Zgodnie z mechaniką kwantową pustą przestrzeń wypełniają pojawiające się i znikające cząsteczki energii. Jeśli uda nam się zatrzymać ich pojawianie się, otrzymamy negatywną energię.
Film promocyjny:
Wizualizacja pola warp według silnika Alcubierre.
Naukowcy próbowali go stworzyć w laboratorium, ściskając dwie metalowe płytki (które były tak płaskie, że były idealnie gładkie na poziomie prawie atomowym) na odległość znacznie mniejszą niż grubość ludzkiego włosa. Pozostała przestrzeń była tak mała, że cząsteczki nie mogły w niej istnieć, przez co siła wokół płyt wzrosła i przejawiała właściwości energii ujemnej. Oczywiście te obserwacje nie wystarczą - to tylko mały eksperyment, którego wyniki są dalekie od wyciągnięcia ostatecznych wniosków.
Jeśli w przyszłości nadal uda nam się dowiedzieć, jak uzyskać więcej negatywnej energii, może nie być potrzebna tak bardzo, jak sugerował Alcubierre. Najnowsze udoskonalenia jego prac, przeprowadzone przez naukowców z NASA, znacznie zmniejszyły ilość energii potrzebnej do napędu warp poprzez wibrowanie części urządzenia na wysokich częstotliwościach. Ułatwiłoby to poruszanie się w czasoprzestrzeni i zmniejszyłoby ilość potrzebnej energii. Obecne teorie na temat tego, ile ujemnej energii może potrzebować napęd warp, wahają się od 65 ecjoules do wielu ujemnych i dodatnich mas Słońca. 65 eksadżuli to mniej więcej tyle, ile USA zużywa w ciągu roku. To wciąż dużo, ale całkiem realne. Jeśli możemy wykorzystać ciemną energię, nie będziemy potrzebować więcej niż masa Jowisza. Jedynym problemem jest to, że tak naprawdę nie rozumiemy, czym jest ciemna energia i jak działa. I może to być egzotyczny materiał potrzebny do zasilania napędu warp.
Dla porównania: podróż międzygwiezdna tradycyjnymi rakietami zajmie nie tylko setki tysięcy lat, ale zbiornik paliwa jest większy niż Wszechświat. I nie wspominając o tym, że wciąż trzeba znaleźć materiał, który wytrzyma tak długą podróż.
W niektórych modelach - na przykład w koncepcji Harolda White'a - statek kosmiczny napędzany napędem warp może podróżować 10 razy szybciej niż światło. Przy tej prędkości mogliśmy dotrzeć do najbliższej egzoplanety - Alfa Centauri B b - w zaledwie sześć miesięcy, mimo że znajdujemy się ponad cztery lata świetlne od Ziemi. Najszybsze współczesne pojazdy mogą osiągać prędkości nieco ponad 32 tys. Km / h: podróż do Alpha Centauri B b przy tej prędkości zajmie 142 tys. Lat. Trzydzieści dwa tysiące kilometrów na godzinę to około 0,003% prędkości światła.
Międzygwiezdny statek kosmiczny NASA z napędem warp IXS Enterprise.
Podróżowanie z taką prędkością pozwoliłoby ludzkości przekroczyć kosmologiczny horyzont i zbadać nie tylko jej Wszechświat, ale także Multiwers. W teorii istnieje ograniczenie prędkości napędu warp, ale nawet te teoretyczne ograniczenia umożliwiłyby nam podróż do nowych galaktyk w ułamku sekundy. Zaletą statku byłoby przyspieszanie i zwalnianie, a pasażerowie nie doświadczaliby dylatacji czasu. Mówiąc najprościej, można było uniknąć sytuacji, w której dotarłeś do celu i znalazłeś się tak daleko w czasie, że wszyscy na Ziemi, których znałeś, dawno już nie żyją.
Oprócz źródeł energii za problem uważa się również cząstki przyspieszane podczas podróży, które mogą przypadkowo zostać wyrzucone podczas hamowania i niszczenia całych światów. Ponadto istnieje możliwość, że zwolnienie nie będzie możliwe, gdy tylko zaczniesz się ruszać, a załoga może zginąć z wielu powodów. Jednak matematyka i dane eksperymentalne pokazują, że napędy warp mogą mieć szansę.
Jeśli naprawdę uda nam się stworzyć tę technologię, nie minie wiek, zanim nauczymy się ją stosować. Podobnie jak tunele czasoprzestrzenne, możliwości, jakie zapewniają napędy warp, są niesamowite, ale nie będą łatwe do osiągnięcia.
Vladimir Guillen
