Είναι δύσκολο να ζεις σε ένα σχετικιστικό Σύμπαν, όπου ακόμη και τα κοντινότερα αστέρια είναι τόσο μακριά και η ταχύτητα του φωτός είναι απόλυτη. Δεν είναι παράξενο λοιπόν γιατί τα franchise επιστημονικής φαντασίας χρησιμοποιούν συνήθως το FTL (Faster-than-Light) ως συσκευή πλοκής. Πατήστε ένα κουμπί, πατήστε ένα πεντάλ και αυτό το φανταχτερό σύστημα κίνησης - του οποίου η λειτουργία δεν μπορεί να εξηγήσει κανείς - θα μας στείλει σε άλλη τοποθεσία στο διάστημα.
Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, η επιστημονική κοινότητα έχει γίνει κατανοητά ενθουσιασμένη και σκεπτικιστική για τους ισχυρισμούς ότι μια συγκεκριμένη ιδέα - το Alcubierre Warp Drive - μπορεί στην πραγματικότητα να είναι εφικτή. Αυτό ήταν το θέμα μιας παρουσίασης που έγινε στο φετινό Αμερικανικό Ινστιτούτο Αεροναυτικής και Αστροναυτικής Φόρουμ Προώθησης και Ενέργειας, το οποίο πραγματοποιήθηκε από τις 19 έως τις 22 Αυγούστου στην Ινδιανάπολη.
Αυτή η παρουσίαση διεξήχθη από τον Joseph Agnew - έναν προπτυχιακό μηχανικό και βοηθό έρευνας από το Πανεπιστήμιο της Αλαμπάμα στο Κέντρο Έρευνας Προωθήσεων (PRC) του Χάντσβιλ Στο πλαίσιο μιας συνόδου με τίτλο «Το μέλλον της πυρηνικής και πρωτοποριακής πρόωσης», ο Agnew μοιράστηκε τα αποτελέσματα μιας μελέτης που διεξήγαγε με τίτλο «Μια εξέταση της θεωρίας και της τεχνολογίας στημονιού για τον προσδιορισμό της κατάστασης της τέχνης και της σκοπιμότητας».
Όπως εξήγησε ο Agnew σε ένα γεμάτο σπίτι, η θεωρία πίσω από ένα σύστημα προώθησης στημονιού είναι σχετικά απλή. Αρχικά προτάθηκε από τον Μεξικανό φυσικό Miguel Alcubierre το 1994, αυτή η ιδέα για ένα σύστημα FTL θεωρείται από τον άνθρωπο ως μια εξαιρετικά θεωρητική (αλλά πιθανώς έγκυρη) λύση στις εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν, οι οποίες περιγράφουν τον τρόπο αλληλεπίδρασης του χώρου, του χρόνου και της ενέργειας στο Σύμπαν μας.
Σύμφωνα με τους απλούς, το Alcubierre Drive επιτυγχάνει ταξίδια FTL τεντώνοντας το ύφασμα του χωροχρόνου σε ένα κύμα, προκαλώντας τη συστολή του χώρου μπροστά του ενώ ο χώρος πίσω από αυτό επεκτείνεται. Θεωρητικά, ένα διαστημικό σκάφος μέσα σε αυτό το κύμα θα μπορούσε να οδηγήσει αυτή τη «φούσκα στημόνι» και να επιτύχει ταχύτητες πέρα από την ταχύτητα του φωτός. Αυτό είναι γνωστό ως "Alcubierre Metric".
Ερμηνευμένο στο πλαίσιο της Γενικής Σχετικότητας, το εσωτερικό αυτής της φούσκας στημόνι θα αποτελούσε το αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς για οτιδήποτε μέσα του. Με τον ίδιο τρόπο, τέτοιες φυσαλίδες μπορούν να εμφανιστούν σε μια προηγουμένως επίπεδη περιοχή χωροχρόνου και να υπερβούν την ταχύτητα του φωτός. Δεδομένου ότι το πλοίο δεν κινείται μέσω του χωροχρόνου (αλλά κινείται ο ίδιος ο χωροχρόνος), δεν θα ισχύουν συμβατικά σχετικιστικά αποτελέσματα (όπως η διαστολή του χρόνου).
Με λίγα λόγια, το Alcubierre Metric επιτρέπει ταξίδια FTL χωρίς να παραβιάζει τους νόμους της σχετικότητας με τη συμβατική έννοια. Όπως είπε ο Agnew στο Space Magazine μέσω email, εμπνεύστηκε από αυτήν την ιδέα ήδη από το γυμνάσιο και την ακολουθεί από τότε:
«Εξετάστηκα περισσότερο τα μαθηματικά και την επιστήμη και, ως αποτέλεσμα, άρχισα να ενδιαφέρομαι για την επιστημονική φαντασία και να προωθήσω τις θεωρίες σε πιο τεχνική κλίμακα. Άρχισα να παρακολουθώ το Star Trek, τη σειρά Original και την επόμενη γενιά, και παρατήρησα πώς είχαν προβλέψει ή εμπνεύσει την εφεύρεση κινητών τηλεφώνων, tablet και άλλων ανέσεων. Σκέφτηκα μερικές από τις άλλες τεχνολογίες, όπως τορπίλες φωτονίων, phasers και warp drive, και προσπάθησα να ερευνήσω τόσο τι είχε να πει η «επιστήμη του αλεξίσφαιρου ταξιδιού» όσο και το «ισοδύναμο της πραγματικής επιστήμης». Τότε σκόνταψα το πρωτότυπο χαρτί του Miguel Alcubierre, και αφού το χωνέψα για λίγο, άρχισα να αναζητώ άλλες λέξεις-κλειδιά και έγγραφα και να εμβαθύνω στη θεωρία. "
Ενώ η ιδέα γενικά απορρίφθηκε επειδή ήταν εντελώς θεωρητική και εξαιρετικά κερδοσκοπική, είχε εισπνεύσει νέα ζωή τα τελευταία χρόνια. Η πίστωση για αυτό πηγαίνει σε μεγάλο βαθμό στον Dr. Harold "Sonny" White, επικεφαλής της ομάδας προωθητικών προτάσεων στο εργαστήριο Advanced Propulsion Physics της NASA Johnson (γνωστός και ως "Eagleworks Laboratory").
Κατά τη διάρκεια του Συμποσίου 100 χρόνων Starship το 2011, ο Δρ White μοιράστηκε μερικούς ενημερωμένους υπολογισμούς του Alcubierre Metric, οι οποίοι αποτέλεσαν αντικείμενο παρουσίασης με τίτλο «Warp Field Mechanics 101» (και μια μελέτη με το ίδιο όνομα). Σύμφωνα με τον Δρ White, η θεωρία του Alcubierre ήταν ορθή αλλά χρειαζόταν κάποιες σοβαρές δοκιμές και ανάπτυξη. Από τότε, αυτός και οι συνάδελφοί του κάνουν αυτά τα πράγματα μέσω του Eagleworks Lab.
Σε παρόμοιο πνεύμα, ο Agnew έχει περάσει μεγάλο μέρος της ακαδημαϊκής του καριέρας ερευνώντας τη θεωρία και τη μηχανική πίσω από τη μηχανική στημόνι. Υπό την καθοδήγηση του Δρ. Jason Cassibry - αναπληρωτή καθηγητή μηχανολογίας και αεροδιαστημικής μηχανικής και μέλος της σχολής στο Κέντρο Προώθησης της UAH, το έργο του Agnew κορυφώθηκε σε μια μελέτη που πραγματεύεται τα μεγάλα εμπόδια και τις ευκαιρίες που παρουσιάζει η έρευνα μηχανικής στημονιού.
Όπως σχετίζεται με τον Agnew, ένα από τα μεγαλύτερα είναι το γεγονός ότι η έννοια του «στρεβλώματος» εξακολουθεί να μην λαμβάνεται πολύ σοβαρά υπόψη στους επιστημονικούς κύκλους:
“Σύμφωνα με την εμπειρία μου, η αναφορά του οδηγού στημονιού τείνει να προκαλεί γέλιο στη συνομιλία, επειδή είναι τόσο θεωρητικό και σωστό από την επιστημονική φαντασία. Στην πραγματικότητα, συχνά αντιμετωπίζεται με απορριπτικές παρατηρήσεις, και χρησιμοποιείται ως παράδειγμα κάτι εντελώς παράξενο, το οποίο είναι κατανοητό. Γνωρίζω στη δική μου περίπτωση, αρχικά το είχα ομαδοποιήσει, διανοητικά, στην ίδια κατηγορία με τις τυπικές υπερφωτιστικές έννοιες, καθώς προφανώς παραβιάζουν την υπόθεση «η ταχύτητα του φωτός είναι η απόλυτη ταχύτητα». Μόνο όταν έσκαψα τη θεωρία πιο προσεκτικά, συνειδητοποίησα ότι δεν είχε αυτά τα προβλήματα. Νομίζω ότι θα υπήρχε / θα υπήρχε πολύ μεγαλύτερο ενδιαφέρον όταν τα άτομα ερευνούν την πρόοδο που έχει σημειωθεί. Ο ιστορικά θεωρητικός χαρακτήρας της ιδέας είναι επίσης πιθανός αποτρεπτικός, καθώς είναι πολύ πιο δύσκολο να δούμε σημαντική πρόοδο όταν κοιτάζετε εξισώσεις αντί για ποσοτικά αποτελέσματα.“
Ενώ το πεδίο είναι ακόμη στα σπάργανα, υπήρξαν ορισμένες πρόσφατες εξελίξεις που βοήθησαν. Για παράδειγμα, η ανακάλυψη φυσικών βαρυτικών κυμάτων (GWS) από επιστήμονες της LIGO το 2016, οι οποίες επιβεβαίωσαν και οι δύο μια πρόβλεψη που έκανε ο Αϊνστάιν πριν από έναν αιώνα και αποδεικνύει ότι η βάση για την κίνηση στημονιού υπάρχει στη φύση. Όπως ανέφερε ο Agnew, αυτή είναι ίσως η πιο σημαντική εξέλιξη, αλλά όχι η μόνη:
“Τα τελευταία 5-10 χρόνια περίπου, υπήρξε μεγάλη εξαιρετική πρόοδος σύμφωνα με την πρόβλεψη των αναμενόμενων επιδράσεων της μονάδας δίσκου, τον καθορισμό του τρόπου με τον οποίο θα μπορούσε να το δημιουργήσει, ενισχύοντας θεμελιώδεις υποθέσεις και έννοιες και, το προσωπικό μου αγαπημένο , τρόποι δοκιμής της θεωρίας σε εργαστήριο.
«Η ανακάλυψη LIGO πριν από λίγα χρόνια ήταν, κατά τη γνώμη μου, ένα τεράστιο άλμα προς τα εμπρός στην επιστήμη, καθώς απέδειξε, πειραματικά, ότι ο χωροχρόνος μπορεί να« παραμορφωθεί »και να λυγίσει παρουσία τεράστιων βαρυτικών πεδίων, και αυτό διαδίδεται σε όλη την σύμπαν με τρόπο που μπορούμε να μετρήσουμε. Στο παρελθόν, υπήρχε μια κατανόηση ότι αυτό ήταν πιθανό να συμβαίνει, χάρη στον Αϊνστάιν, αλλά γνωρίζουμε με βεβαιότητα τώρα. "
Δεδομένου ότι το σύστημα βασίζεται στην επέκταση και τη συμπίεση του χωροχρόνου, δήλωσε ο Agnew, αυτή η ανακάλυψη έδειξε ότι ορισμένα από αυτά τα αποτελέσματα εμφανίζονται φυσικά. «Τώρα που γνωρίζουμε ότι το αποτέλεσμα είναι πραγματικό, το επόμενο ερώτημα, στο μυαλό μου, είναι,« πώς το μελετάμε και μπορούμε να το δημιουργήσουμε μόνοι μας στο εργαστήριο; »πρόσθεσε. "Προφανώς, κάτι τέτοιο θα ήταν μια τεράστια επένδυση χρόνου και πόρων, αλλά θα ήταν μαζικά επωφελές."
Φυσικά, η ιδέα του Warp Drive απαιτεί πρόσθετη υποστήριξη και πολλές προόδους προτού είναι δυνατή η πειραματική έρευνα. Αυτά περιλαμβάνουν πρόοδο όσον αφορά το θεωρητικό πλαίσιο καθώς και τεχνολογικές εξελίξεις. Εάν αυτά αντιμετωπίζονται ως προβλήματα "μεγέθους δαγκώματος" αντί για μια τεράστια πρόκληση, δήλωσε ο Agnew, τότε είναι σίγουρο ότι θα σημειωθεί πρόοδος:
«Στην ουσία, αυτό που χρειάζεται για μια κίνηση στημονιού είναι ένας τρόπος επέκτασης και σύσπασης του χωροχρόνου κατά βούληση και με τοπικό τρόπο, όπως γύρω από ένα μικρό αντικείμενο ή πλοίο. Γνωρίζουμε με βεβαιότητα ότι οι πολύ υψηλές ενεργειακές πυκνότητες, με τη μορφή πεδίων EM ή μάζας, για παράδειγμα, μπορούν να προκαλέσουν καμπυλότητα στο χωροχρόνο. Χρειάζεται τεράστια ποσά για να γίνει αυτό, ωστόσο, με την τρέχουσα ανάλυση του προβλήματος. "
«Από την άλλη πλευρά, οι τεχνικοί τομείς πρέπει να προσπαθήσουν να βελτιώσουν τον εξοπλισμό και να επεξεργαστούν όσο το δυνατόν περισσότερο, καθιστώντας αυτές τις υψηλές ενεργειακές πυκνότητες πιο εύλογες. Πιστεύω ότι υπάρχει μια πιθανότητα ότι όταν το αποτέλεσμα μπορεί να επαναληφθεί σε εργαστηριακή κλίμακα, θα οδηγήσει σε μια πολύ βαθύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας της βαρύτητας και μπορεί να ανοίξει την πόρτα σε κάποιες θεωρίες ή κενά που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί. Υποθέτω ότι συνοπτικά, το μεγαλύτερο εμπόδιο είναι η ενέργεια, και με αυτό έρχονται τεχνολογικά εμπόδια, που χρειάζονται μεγαλύτερα πεδία EM, πιο ευαίσθητο εξοπλισμό κ.λπ.“
Η τεράστια ποσότητα θετικής και αρνητικής ενέργειας που απαιτείται για τη δημιουργία μιας φυσαλίδας στημόνι παραμένει η μεγαλύτερη πρόκληση που σχετίζεται με την ιδέα του Alcubierre. Επί του παρόντος, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι ο μόνος τρόπος για να διατηρηθεί η αρνητική ενεργειακή πυκνότητα που απαιτείται για την παραγωγή της φυσαλίδας είναι μέσω της εξωτικής ύλης. Οι επιστήμονες εκτιμούν επίσης ότι η συνολική ενεργειακή απαίτηση θα είναι ισοδύναμη με τη μάζα του Δία.
Ωστόσο, αυτό αντιπροσωπεύει μια σημαντική πτώση από προηγούμενες ενεργειακές εκτιμήσεις, οι οποίες ισχυρίστηκαν ότι θα χρειαζόταν μια ενεργειακή μάζα ισοδύναμη με ολόκληρο το Σύμπαν. Παρ 'όλα αυτά, μια ποσότητα εξωτικής ύλης με μάζα του Δία εξακολουθεί να είναι απαγορευτικά μεγάλη. Από αυτήν την άποψη, πρέπει να σημειωθεί σημαντική πρόοδος για τη μείωση των ενεργειακών απαιτήσεων σε κάτι πιο ρεαλιστικό.
Ο μόνος προβλέψιμος τρόπος για να γίνει αυτό είναι μέσω περαιτέρω εξελίξεων στην κβαντική φυσική, την κβαντική μηχανική και τα μεταϋλικά, λέει ο Agnew. Όσον αφορά την τεχνική πλευρά των πραγμάτων, θα πρέπει να σημειωθεί περαιτέρω πρόοδος στη δημιουργία υπεραγωγών, ιντερφερόμετρων και μαγνητικών γεννητριών. Και φυσικά, υπάρχει το ζήτημα της χρηματοδότησης, το οποίο είναι πάντα μια πρόκληση όταν πρόκειται για έννοιες που θεωρούνται «εκεί έξω».
Ωστόσο, όπως δηλώνει ο Agnew, αυτή δεν είναι ανυπέρβλητη πρόκληση. Λαμβάνοντας υπόψη την πρόοδο που έχει σημειωθεί μέχρι στιγμής, υπάρχουν
“Η θεωρία έχει αποδείξει μέχρι τώρα ότι αξίζει να ακολουθηθεί και είναι ευκολότερο τώρα από ό, τι στο παρελθόν να παράσχει αποδείξεις ότι είναι νόμιμη. Όσον αφορά τις αιτιολογήσεις για την κατανομή των πόρων, δεν είναι δύσκολο να δούμε ότι η ικανότητα εξερεύνησης πέρα από το Ηλιακό μας Σύστημα, ακόμη και πέρα από τον γαλαξία μας, θα ήταν ένα τεράστιο άλμα για την ανθρωπότητα. Και η ανάπτυξη της τεχνολογίας που προκύπτει από την προώθηση των ορίων της έρευνας σίγουρα θα ήταν ευεργετική. "
Όπως η αεροηλεκτρονική, η πυρηνική έρευνα, η εξερεύνηση του διαστήματος, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και τα επαναχρησιμοποιούμενα ενισχυτικά πυραύλων, το Alcubierre Warp Drive φαίνεται να προορίζεται να είναι μία από αυτές τις έννοιες που θα πρέπει να πολεμήσουν προς τα πάνω. Αλλά αν αυτές οι άλλες ιστορικές περιπτώσεις είναι οποιαδήποτε ένδειξη, τελικά μπορεί να περάσει ένα σημείο χωρίς επιστροφή και ξαφνικά φαίνεται απολύτως δυνατή!
Και δεδομένης της αυξανόμενης ανησυχίας μας με εξωπλανήτες (ένα άλλο πεδίο έκρηξης της αστρονομίας), δεν υπάρχει έλλειψη ανθρώπων που ελπίζουν να στείλουν αποστολές σε κοντινά αστέρια για να αναζητήσουν δυνητικά κατοικήσιμους πλανήτες. Και όπως δείχνουν σίγουρα τα προαναφερθέντα παραδείγματα, μερικές φορές, το μόνο που χρειάζεται για να κυλήσει η μπάλα είναι μια καλή ώθηση…
Κορυφαία εικόνα - "IXS Starship ". Πίστωση και ©: Mark Rademaker (2016)
