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 naglašavanjem koliko su klišei warp pogoni u sci-fi. No, iako izgledaju kao da su tipični pseudoznanstveni uređaji za zavjeru, oni mogu biti iznenađujuće uvjerljivi, a ljudi iz NASA-e rade na iskrenom demonstratoru osnovne fizike koji ćemo koristiti za izradu prototipa malog obima. Gledajte, to je redoslijed složenijih od raketnih znanosti, pa će trebati malo vremena dok se to ne dogodi.

U osnovi, ono što čini warp pogon je savijati samu tkaninu vremena i prostora oko predmeta, 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 pojačate, poput upotrebe šetnice do aerodroma kako 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 kretati 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 nogama pomakne i da kumulativno pojačate bez probijanja bilo kojih 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 savijati vrijeme i prostor da bi to uspjelo.

Jednostavno rečeno, prostor obuhvaća umnažavajuće velike udaljenosti, čak i ako ga pokušamo prijeći s ograničenjem kozmičke brzine, to je brzina svjetlosti u vakuumu. Ili kako nas je podučio Douglas Adams u Vodiču za stočarstvo do Galaksije ...

Prostor je velik. Zaista veliko. Nećete vjerovati koliko je to ogromno, nevjerojatno veliko. Mislim, možda mislite da je to put prema kemičaru dug put, ali to je samo kikiriki svemiru.

Dolazak na Mjesec brzinom svjetlosti trebao bi 1,3 sekunde. Dostizanje najbliže zvijezde potrajalo 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 dilanje, 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 otežava put 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 i ubrzanje koje vam je potrebno za održavanje stabilne orbite oko Zemlje ne bi značilo puno. No, kako se počnete približavati relativističkim brzinama, ili osjetnim postotkom brzine svjetlosti, vaša inercijalna masa počinje rasti sve dok sama svojstva prostora i vremena ne zavjere kako bi vam dala 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 zaustavilo. Da idete brže od toga, bilo bi ekvivalent prisiljavanja vremena obrnuto što je nemoguće, tako da sva ta dodatna energija 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 trebali pokrivati ​​mnogo opće i posebne relativnosti.

Uzevši u obzir to, čak i nabijene subatomske čestice postat će previše "teške" za postizanje brzine svjetlosti nakon određene točke, puno manje svemirskog broda, tako da jedino što može putovati brzo kao svjetlost ne može imati nikakvu masu , Ako ne možemo dobiti najsitnije naočale 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 svemirski brod, solarna jedra pojačana laserima, a čak postoje i ideje za korištenje antimikrobnih eksplozija 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 mnogo manje putovanje drugima, 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 mala, puno 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 je 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 tako brzo kao svemirski brod koji se kreće zemaljskom orbitom, vjerojatno bi probio kroz vas. Zamislite sada kako se bacaju kroz njih niz brzinu dulje 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 uistinu mogli zbrojiti 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 oklop učinio, utjecala bi na efikasan domet i planiranje misije, a može značiti i više različitih arhitektura misija, što komplicira ekonomiju razmjera i standardizaciju potrebnu za njihovo učinkovito provođenje ako želite se jednog dana stvarno provući 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-ove ITS-e, ali u zaista kozmičkoj razmjeri. Zapravo, ako bi NASA-ino istraživanje započelo s plodom, 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? Usmjeravanjem 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 su joj trebali masivni udari vanjske energije u svim smjerovima, već se morala spriječiti da se sruše 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 daleko učinkovitije od prijedloga Alcubierrea. Prema tome, prema njima, warp pogoni su trebali energiju isparavanja svakog atoma čineći Saturn za svaki kubični metar volumena vaše svemirske letjelice, što je bilo puno, puno bolje od korištenja snage svemira, ali i prilično neizvedive.

Napokon, fizičar po imenu Harold White u NASA-i je odlučio 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. Njegova objava? Izrada mjehurića oblika oblika upotrebom prstena energije oko plovila mogla bi smanjiti potrebnu snagu na samo 67,8 izdvajanja. To je otprilike 69% američke godišnje proizvodnje energije, što je još uvijek velika snaga, ali čvrsto u sferi vjerodostojnosti.

Nažalost, postoji ulov. Bijeli 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 tzv. 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 to se zapravo 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 bi sadržavala navedeni 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 osnove pogona

Harold White manipulira osnove (NASA)

Ono što White kaže je da montaža koju je stvorio kako bi precizno precizirao laser uočio izobličenje pokazuje da je efekt mnogo veći nego što se misli. No mnogi znanstvenici kažu da su mu informacije koje je objavio istovremeno nedovoljne za ponavljanje njegovih eksperimenata i postavljaju 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 nasumične eksplozije događaju cijelo vrijeme, Casimirov efekt mora imati prilično stroge granice.

Ako doista možemo smanjiti 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 vrlo posebnim oblikom zračenja stvorenim warp mjehurom i koji utječe na njegove stanovnike, slično kao što mislimo da se mora dogoditi oko događaja crne rupe događaja.

Možda će ga biti moguće iskoristiti pomoću elektromagnetskih polja koja su stvorila mjehurić da bi se stvorila povratna petlja pomoću koje će warp brod moći podizati snagu kako se ubrzava, ali u nekom 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. Bilo je iskušenje odbaciti njegove hrabre 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 stvaramo stvarnu priliku.

Ali čak i ako mu zaostane, važno je da počnemo stvarno razumjeti kako prekrivati ​​prostor i vrijeme za stvaranje energije i konačno proći 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 smjele ideje, čak i one kao stvarne, iskrene na dobrobit warp pogon. Mi, ljudi, smo inventivna gomila, pa dvostruko, pa kad smo stvarno odlučni da nešto postignemo, pa čak i kad uspijemo, naučimo 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