1IXS Enterprise, predloženi warp brod Harold G. White-a iz NASA Eagleworks-a (priredio Mark Rademaker)

Politech

Jesmo li zaista na rubu da imamo warp pogon da nazovemo svoje?

Paradoksalno je da smo i bliže i udaljeniji od zumiranja cijele galaksije nego što možda mislite ...

Warp diskovi jednako su znanstveno-fantastični klišeji kao i popularnoznanstveni članci koji započinju ukazivanjem na to koliko su klišei warp pogoni u sci-fi. No, iako izgledaju kao ništa više od sjajnih pseudoznanstvenih uređaja, oni mogu biti iznenađujuće uvjerljivi, a postoje ljudi u NASA-i koji rade na poštenom dobrotvornom demonstratoru osnovne fizike koji ćemo koristiti za dizajn prototipa malog obima. Slušajte, to je redoslijed složenijih od raketnih znanosti, pa će trebati neko vrijeme dok se to ne dogodi.

U osnovi, ono što čini warp pogon je savijati samu tkaninu vremena i prostora oko objekta, a zatim upotrijebiti to polje da ga gurne naprijed jednako brzo ili brže od brzine svjetlosti. U sci-fi je čest citat da se umjesto da se kreće kroz svemir, svemir se kreće oko vas, ali to nije sasvim u redu. Stvarate svoj mali, beskonačno pomični mjehur unutar svemira i pomoću njega vam daje poticaj, poput korištenja šetnice do aerodroma da biste stigli do udaljenog terminala, umjesto da ga samo kopate sa svojim stvarima.

Svemir će ostati isti, a tako će biti i svi njegovi zakoni. I unutar vašeg pomičnog mjehurića, situacija je približno ista. Ali sam mjehurić, napravljen od prostora, a ne od materije, može se premjestiti u bilo kojem smjeru bez ograničenja nametnutih inercijalnom masom. Da biste produžili prethodno stanje, ako trčite pokretnom stazom nakon dovoljno treninga, mogli biste dostići nadljudske brzine, ali noge vam se ne bi kretale brže nego što to omogućavaju ljudski zglobovi i mišići. Upravo ste učinili da se tlo pod vašim nogama pomakne i da vam da kumulativni poticaj bez probijanja ikakvih prirodnih ograničenja.

Warp pogoni mogli bi postati prava tehnologija tokom života današnjih mališana, jer zaokupljeni onim što smo potvrdili o našem poznavanju opće i posebne relativnosti, kao i o mnogo većoj računalnoj snazi, sada dobivamo uvid u ono što bi moglo biti manipulirati sama tkanina vremena i prostora. No prije nego što uđemo u detalje toga, prvo bismo trebali razgovarati o tome zašto bismo željeli izgraditi warp pogon i kako točno čovjek može saviti vrijeme i prostor da bi to uspjelo.

Jednostavno rečeno, prostor uključuje zavidno velike udaljenosti, čak i ako ga pokušamo prijeći ograničenjem kozmičke brzine, to je brzina svjetlosti u vakuumu. Ili kako nas je podučio Douglas Adams u Vodiču za stočarstvo po Galaksiji ...

Prostor je velik. Zaista veliko. Nećete vjerovati koliko je to ogromno, nevjerojatno veliko. Mislim, možda mislite da je kemičar daleko pred put, ali to je samo kikiriki u svemir.

Dolazak na Mjesec brzinom svjetlosti trajao bi 1,3 sekunde. Dosezanje do najbliže zvijezde trebalo bi 4,3 godine, a manje od 100 zvijezda trilijuna na bilijune u promatranom svemiru unutar dosega u ljudskom vijeku, čak i ako uspijemo pogoditi tu kozmičku granicu brzine. Postoji tehnički ulov koji uključuje vremensko povećavanje vremena, ali to je izvan okvira ove rasprave. Prvo se moramo pozabaviti mnogo važnijim snagom u ovim proračunima, problemom s povećanjem brzine svjetlosti.

Zašto ne možemo putovati brže od svjetlosti?

Taj problem ima veze s inercijalnom masom iz Newtonovog prvog zakona. Dok mi kolokvijalno mislimo o masi kao onome što nešto teži, masa i težina su dva vrlo različita pojma. Težina je mjera koliko gravitacije povlači predmet prema najvećem tijelu u sustavu, a to je u našem slučaju naš planet. S druge strane, masa predstavlja otpor objekta da se premjesti ili zaustavi. Kao što kaže Prvi zakon, tijelo u mirovanju ostat će u mirovanju, ako na to ne djeluje vanjska sila. Ono što ga drži u mirovanju je ono što nazivamo masom, a njegovo prevladavanje čini ono što putuje kroz svemir.

Da biste prevladali tu masu i krenuli brže, trebate više i više energije. Ako vozite u automobilu ili letite avionom, vaša se inercijalna masa povećava za vrlo male korake. Čak ni ubrzanje koje vam je potrebno za održavanje stabilne orbite oko Zemlje ne bi značilo puno. Ali kad se počnete približavati relativističkim brzinama, ili primjetnim postotkom brzine svjetlosti, vaša inercijalna masa počinje rasti sve dok sama svojstva prostora i vremena ne zavjere kako bi vam dali veću masu umjesto brzine.

Što se brže krećete, što sporije vrijeme teče s promatračevog stajališta, to manje možete ubrzati jer će u nekom trenutku, rekao je vanjski promatrač, vidjeti kako vam se to vrijeme zaustavilo. Da idete brže od toga bilo bi ekvivalent prisiljavanju vremena obrnuto što je nemoguće, tako da sva ta dodatna energija ne završi nigdje, dodajući vašem otporu vanjskim silama, tj. Vašoj masi. Ovo je manifestacija onog što je poznato kao Lorenzov faktor, koji smo ovdje morali stvarno pojednostavniti da ne bismo morali pokrivati ​​mnogo opće i posebne relativnosti.

S obzirom na to imajte na umu da će čak i nabijene subatomske čestice postati previše "teške" za postizanje brzine svjetlosti nakon određene točke, puno manje svemirskog broda, tako da jedino stvari koje mogu putovati brzo kao svjetlost ne mogu imati nikakvu masu , Ako ne možemo dobiti najsitnije specifikacije onoga što bi se moglo smatrati da se stvar kreće tako brzo kao svjetlost, samo pokušajte zamisliti kako ubrzavate svoj međuzvijezdani svemirski brod velik i težak kao nekoliko nosača zrakoplova i s tisućama ljudi na brodu kako bi se prilagodili brzini slobodni elektroni ispucani hranjenjem crnih rupa i supernova.

U skladu s tim, razmišljali smo o raznim vrlo uvjerljivim sredstvima kako masivni svemirski brod krenuti stvarno, stvarno brzo. Mogli bismo koristiti male nuklearne eksplozije da gurnemo našu svemirsku letjelicu, solarna jedra pojačana laserima, a postoje čak i ideje za korištenje antimikrobnih eksplozija u zatvorenom stanju kako bi se ovi brodovi povećali do 50% brzine svjetlosti ili 0,5c. U teoriji. Međutim, u praksi se tehnički zahvat koji smo izdvojili počinje igrati i počinje zumiranje oko Sunčevog sustava, a još manje putovanja drugim, zaista problematičnim.

Svemirska prašina, prirodni neprijatelj relativističke svemirske letjelice

Maglica Helix, jedna od najbližih planetarnih maglica Zemlji (NASA)

Prostor je prepun čestica koje možemo vidjeti kao plin i prašinu u dovoljno velikim nakupinama i na značajnim udaljenostima. Iako je njihova gustoća beskonačno niska, dosta ovog kozmičkog krhotina još uvijek postoji vani. Sukob s njom brzinom koju najbrži zanat trenutno može postići nije velika stvar. Ali pokušaj da ih odgurnemo od 0,1 ° u unutarnjem Sunčevom sustavu, gdje su oni na vrhuncu gustoće i gdje svaka svemirska letjelica koju ćemo lansirati s bilo kojeg mjesta bliže Zemlji nego što Jupiter mora prijeći, može biti samoubilačka. Relativistički brodovi manje-više bi ih kopali u zaborav.

Pomislite ući u komarca. Vjerovatno to ne biste ni primijetili. Ali ako biste naleteli na taj komarac jednako brzo kao svemirski brod koji se kreće zemaljskom orbitom, on bi vjerojatno probio kroz vas. Zamislite sada kako se bacaju kroz njih niz brzinu više od nekoliko minuta. To će biti manje-više ono što će doživjeti vaš relativistički svemirski brod, i iako nije nepremostiv problem, sva moguća rješenja zahtijevaju kompromise koji bi se zaista mogli sakupiti tijekom dugog puta.

Prašinski štitnici mogli bi apsorbirati najgore od bombardiranja tijekom putovanja, ali dodaju masu. Elektromagnetsko okidanje moglo bi odbiti bilo što na putu, ali zahtijeva više proizvodnje energije, a samim tim i goriva. Potreba izmjene štitova ili dopunjavanja kako bi se oklopi radili utjecala bi na efikasan domet i planiranje misije, a mogla bi značiti i više različitih arhitektura misija, što komplicira ekonomiju razmjera i standardizaciju potrebnu za njihovo učinkovito provođenje ako želite se jednog dana stvarno probuditi kroz galaksiju.

Iako ovo možda nije velika stvar u našem Sunčevom sustavu i kada putujete prema nekim susjednim zvijezdama, u konačnici ćete htjeti sebi nabaviti warp pogone ako želite standardizirani profil misije. Zamislite nešto poput SpaceX-ovog ITS-a, ali u istinski kozmičkoj razmjeri. U stvari, ako bi NASA-ino istraživanje počelo donositi plodove, bilo bi prilično sigurno ratovati da će se Musk i Bezos natjecati u stvaranju warp brodova i prodaji karata za život avanturističkih plovidbi kroz galaksiju u vremenskom svemirskom mjehuriću.

Pa kako bismo točno mogli prevariti Newtona?

Još uvijek crvotočina iz Interstella Christophera Nolana (Warner Bros.)

Kako bi to učinili? Usredotočenjem dovoljno energije oko plovila u pravi oblik, a taj je oblik presudan. Prvi ikad predloženi prijedlog u kojem se navodi šta bi trebalo da se stvori warp mjehur, pogon Alcubierre - nazvan po svom tvorcu, meksičkom fizičaru Miguelu Alcubierreu - završio je da zahtijeva mnogo više od energije doslovno svega što postoji u svemiru da bi se napajala. Ne samo da joj je bilo potrebno ogromno izbijanje vanjske energije u svim smjerovima, već se moralo spriječiti da se sruši natrag na svemirsku letjelicu koja ga generira.

Drugi pogled fizičara Richarda Obousyja i Geralda Cleavera upotrijebio je Casimirov efekt ili kvantne fluktuacije u elektromagnetskim poljima i otkrio je da oni mogu stvoriti negativnu energiju koju warp pogon zahtijeva mnogo učinkovitije od prijedloga Alcubierrea. Prema tome, prema njima, warp pogonima je trebala energija isparavanja svakog atoma što čini Saturn za svaki kubni metar volumena vaše svemirske letjelice, što je bilo puno, puno bolje od korištenja snage svemira, ali također i prilično neizvedivo.

Napokon, fizičar po imenu Harold White u NASA-i odlučio je napraviti nekoliko eksperimenata u manjim mjerilima s laserima u kontroliranim okruženjima kako bi vidio kakve stabilne oblike može stvoriti prilikom savijanja vremena i prostora na ljestvici laboratorijskih klupa. Njegovo otkrivenje? Izrada mjehurića oblika oblika upotrebom prstena energije oko plovila mogla bi smanjiti potrebnu snagu na samo 67,8 izdvajanja. To je oko 69% godišnje proizvodnje energije u Americi, što je još uvijek velika snaga, ali čvrsto u okvirima uvjerljivosti.

Nažalost, postoji ulov. White-ov warp pogon koristi kondenzator u obliku prstena koji stvara elektromagnetsko polje i teoretski aktivira dovoljno značajan Casimirov efekt da savije prostor oko ovog kondenzatora. Taj je učinak uzrokovan poljem koje djeluje u odnosu na takozvane virtualne čestice, spontano nastale parove čestica / antičestice u osnovnom sastavu samog prostora. Zvuči nekako čudesno, poput materije i energije koja se izvlači iz ničega, ali zapravo se to ne događa.

Kao što ste mogli pretpostaviti živeći u svemiru gdje stvari nemaju tendenciju da spontano eksplodiraju 100% učinkovito u zasljepljujućem bljesku gama zraka, ti su kvantni učinci zanemarljivi na makro skali. Moraju biti zato što se ove kvantne nestabilnosti međusobno uravnotežuju, što ne rezultira neto dobitkom energije ili mase u svemiru. Osim kada im životni ciklus ometa crna rupa ili dovoljno moćno elektromagnetsko polje.

Smatra se da bi stvaranjem dovoljno moćnog polja oko plovila, ta kvantna kolebanja stvorila šupljinu u prostoru koja sadrži spomenuti brod i njegove putnike. Manipuliranjem oblika polja promjenom oscilacija kondenzatora u obliku prstena mijenjate oblik te šupljine, pomičući je u željenom smjeru. I u tome leži ulov. Koncepti koje su iznijeli White, Obousy i Cleaver u osnovi su jedno te isto. Oni se samo ne slažu oko snage učinka, ali to neslaganje utječe na prilično temeljnu fiziku.

Problemi s Whiteovim dizajnom warp pogona

Harold White manipulira osnove (NASA)

Ono što White kaže je da montaža koju je stvorio kako bi uočio izobličenje vrlo preciznim laserom pokazuje da je efekt mnogo veći nego što se misli. No mnogi znanstvenici kažu da su im informacije koje je objavio istovremeno nedovoljne da bi mogli ponoviti svoje eksperimente i pojavili neke crvene zastave o tome jesu li njegovi laseri pravi alat za posao. Kao što je već spomenuto, budući da ne živimo u svemiru gdje se neprestano događaju nasumične eksplozije, Casimirov efekt mora imati prilično stroge granice.

Ako doista možemo sniziti količinu energije koja nam je potrebna da bismo je iskoristili za warp putovanja blizu 39 reda veličine, morat ćemo postaviti nekoliko vrlo gorućih i temeljnih pitanja u vezi fizike. A kad se zabrljate s ravnotežom virtualnih čestica, dogodit će se neke vrlo neobične stvari koje uključuju egzotične pojmove poput "informacijskog paradoksa" i "monogamije zapletanja", što će rezultirati u vrlo posebnom obliku zračenja stvorenog osnove mjehurića i utjecati na njegove stanovnike, slično kao što mislimo da se mora dogoditi oko horizonta događaja crne rupe.

Moguće je iskoristiti elektromagnetska polja koja su stvorila mjehurić da bi se stvorila povratna petlja pomoću koje će warp brod moći podizati snagu kako ubrzava, ali u jednom bi trenutku ovo zračenje nadvladalo svaki pokušaj njegovog zadržavanja i spaljivanja bilo što unutar osnove mjehurića. Čak iu najboljem scenariju, korištenje warp pogona uključuje prilično osjetljiv čin uravnoteženja ogromnih energija i snaga na koje White još uvijek mora riješiti. Ali opet, imajte na umu da je još stigao tako daleko.

Fizičari su otvoreni za testiranje ograničenja Casimirovog učinka, ali trebaju vidjeti konkretne rezultate objavljene u časopisu s visokim učinkom recenziranim recenzijama i neovisno reproducirati. Srećom po Whitea, ako uspije pokazati takve rezultate, vrhunske publikacije bi se nadmetale za novine, a deseci međunarodnih timova rado bi počeli ponavljati svoje eksperimente. Primamljivo je odbaciti njegove smjele tvrdnje i nadmoćnu prognozu kao znanost o kultnom teretu, ali s obzirom na implikacije onoga što pokušava učiniti, bilo bi nam od savjeta da ne napravimo pravi pogodak.

Ali čak i ako mu zaostane, važno je da počnemo stvarno razumjeti kako prekrivati ​​prostor i vrijeme za stvaranje energije i konačno preći svemir. U samo dva desetljeća krenuli smo od razmišljanja da će biti ili nemoguće ili zahtijevati tisuće godina istraživanja kako bismo sastavili čak i preliminarni dizajn, pa sve do ukidanja fenomena koji možemo upotrijebiti za pokretanje warp pogona i kako ga najbolje generirati. Iako ovo ni u kom slučaju ne garantira da ćemo u doglednoj budućnosti dobiti warp pogon ili ćemo ikada biti posve realni, to bismo trebali shvatiti kao ohrabrujući napredak.

A u vremenu u kojem se čini da nas vuku unatrag na previše previše ključnih fronti, važno je pokušati zaustaviti i ukazati na činjenicu da se znanost još uvijek kreće naprijed i slijedi hrabre ideje, čak i one stvarne, iskrene na dobrobit warp pogon. Mi, ljudi, smo gomila izuma, dvostruko, pa kad smo stvarno odlučni nešto postići, pa čak i kad uspijemo, učimo dovoljno da u budućnosti ili uspijemo ili pronađemo novi način da stignemo tamo gdje želimo. Bila bi velika pogreška isključiti warp pogone samo zato što uključuju neke vrlo škakljive fizike.

Ostanite svjesni i pretplatite se na naše svakodnevne brifinge prateći nas na Ranttu

Pratite nas na Twitteru: @RanttNews

Pridružite nam se na Facebooku: / RanttNews

Pišite nam: Čujte