(kirstypargeter/iStock) Det er svært at leve i et relativistisk univers, hvor selv de nærmeste stjerner er så langt væk, og lysets hastighed er absolut. Det er da ikke så mærkeligt, hvorfor science fiction-franchiser rutinemæssigt bruger FTL (hurtigere end lyset) som plot-enhed.
Tryk på en knap, tryk på et kronblad, og det fancy drivsystem – hvis virkemåde ingen kan forklare – vil sende os til et andet sted i rum-tid.
Men i de senere år er det videnskabelige samfund blevet forståeligt nok begejstret og skeptisk over for påstande om, at et bestemt koncept – Alcubierre Warp Drive – kan faktisk lade sig gøre.
Dette var emnet for en præsentation lavet ved dette års American Institute of Aeronautics and Astronautics Propulsion and Energy Forum , som fandt sted fra 19. til 22. august i Indianapolis.
Denne præsentation blev udført af Joseph Agnew - en bachelor ingeniør og forskningsassistent fra University of Alabama i Huntsville's Propulsion Research Center (PRC).
Som en del af en session med titlen 'The Future of Nuclear and Breakthrough Propulsion', delte Agnew resultaterne af en undersøgelse, han udførte med titlen ' En undersøgelse af Warp-teori og -teknologi for at bestemme status og gennemførlighed '.
Som Agnew forklarede til et fyldt hus, er teorien bag et warp-fremdrivningssystem relativt enkel.
Oprindeligt foreslået af den mexicanske fysiker Miguel Alcubierre i 1994, betragtes dette koncept for et FTL-system af mennesket som en yderst teoretisk (men muligvis gyldig) løsning på Einsteins feltligninger , som beskriver, hvordan rum, tid og energi i vores univers interagerer.
I lægmandssprog opnår Alcubierre Drive FTL-rejser ved at strække rumtidens stof i en bølge, hvilket får rummet foran det til at trække sig sammen, mens rummet bagved udvides.
I teorien ville et rumfartøj inde i denne bølge være i stand til at ride på denne 'kædeboble' og opnå hastigheder ud over lysets hastighed. Dette er det, der er kendt som 'Alcubierre Metric'.
Fortolket i sammenhæng med Generel relativitet , ville det indre af denne kædeboble udgøre inertiereferencerammen for alt indeni den. På samme måde kan sådanne bobler dukke op i et tidligere fladt område af rum-tid og overskride lysets hastighed.
Da skibet ikke bevæger sig gennem rum-tid (men bevæger rum-tid selv), ville konventionelle relativistiske effekter (som tidsudvidelse) ikke gælde.
Kort sagt tillader Alcubierre Metric FTL-rejser uden at overtræde relativitetslovene i konventionel forstand. Som Agnew fortalte Universe Today via e-mail, blev han inspireret af dette koncept så tidligt som gymnasiet og har forfulgt det lige siden:
'Jeg dykkede mere ned i matematik og naturvidenskab, og som et resultat begyndte jeg at blive interesseret i science fiction og avancerede teorier i en mere teknisk skala. Jeg begyndte at se Star Trek, Original-serien og The Next Generation, og lagde mærke til, hvordan de havde forudsagt eller inspireret opfindelsen af mobiltelefoner, tablets og andre faciliteter.
Jeg tænkte på nogle af de andre teknologier, såsom fotontorpedoer, phasers og warp drive, og forsøgte at undersøge både, hvad 'star trek science' og 'real world science equivalent' havde at sige om det. Jeg faldt så over det originale papir af Miguel Alcubierre, og efter at have fordøjet det et stykke tid, begyndte jeg at forfølge andre nøgleord og papirer og gå dybere ind i teorien.'
Mens konceptet generelt blev afvist for at være helt teoretisk og meget spekulativt, har det fået nyt liv i sig i de senere år. Æren for dette går i høj grad til Harold 'Sonny' White, Advanced Propulsion Team Lead for ved NASA Johnson Space Center's Advanced Propulsion Physics Laboratory (aka. 'Eagleworks Laboratory').
Under 100 års Starship Symposium i 2011 delte White nogle opdaterede beregninger af Alcubierre Metric, som var genstand for en præsentation med titlen ' Warp Field Mechanics 101 ' (og en undersøgelse af samme navn).
Ifølge White var Alcubierres teori sund, men havde brug for nogle seriøse tests og udvikling. Siden da har han og hans kolleger gjort netop disse ting gennem Eagleworks Lab.
På samme måde har Agnew brugt meget af sin akademiske karriere på at forske i teorien og mekanikken bag warp-mekanikken. Under mentorskab af Jason Cassibry - en lektor i mekanisk og rumfartsteknik og et fakultetsmedlem af UAH's Propulsion Research Center - er Agnews arbejde kulmineret i en undersøgelse, der adresserer de store forhindringer og muligheder, som forskning i warp-mekanik præsenterer.
Som Agnew fortalte, er en af de største det faktum, at begrebet 'warp drive' stadig ikke tages særlig seriøst i videnskabelige kredse:
'Min erfaring er, at omtalen af warp-drive har en tendens til at bringe grin i samtalen, fordi det er så teoretisk og lige ud af science fiction. Faktisk bliver det ofte mødt med afvisende bemærkninger og brugt som et eksempel på noget totalt besynderligt, hvilket er forståeligt.
Jeg ved i mit eget tilfælde, at jeg oprindeligt havde grupperet det mentalt i samme kategori som typiske superluminale begreber, da de åbenbart alle krænker 'lysets hastighed er den ultimative hastighed'-antagelse.
Det var først, da jeg gravede mere omhyggeligt ned i teorien, at jeg indså, at den ikke havde disse problemer. Jeg tror, der ville/vil være meget mere interesse, når enkeltpersoner dykker ned i de fremskridt, der er gjort. Ideens historisk teoretiske karakter er også i sig selv et afskrækkende middel, da det er meget sværere at se væsentlige fremskridt, når man ser på ligninger i stedet for kvantitative resultater.'
Mens feltet stadig er i sin vorden, har der været en række nyere udviklinger, der har hjulpet. For eksempel opdagelsen af naturligt forekommende gravitationsbølger (GWSs) af LIGO-forskere i 2016 , som både bekræftede en forudsigelse lavet af Einstein for et århundrede siden og beviser, at grundlaget for warp-drevet findes i naturen.
Som Agnew antydede, er dette måske den mest markante udvikling, men ikke den eneste:
'I de sidste 5-10 år eller deromkring har der været en masse fremragende fremskridt i retning af at forudsige de forventede virkninger af driften, bestemme, hvordan man kan bringe den til eksistens, forstærke grundlæggende antagelser og koncepter, og min personlige foretrukne måder at teste teorien på i et laboratorium.
LIGO-opdagelsen for et par år tilbage var efter min mening et kæmpe spring fremad inden for videnskaben, da den eksperimentelt beviste, at rumtid kan 'forvride' og bøje sig i nærvær af enorme gravitationsfelter, og dette forplanter sig ud over universet på en måde, som vi kan måle. Før var der en forståelse af, at dette sandsynligvis var tilfældet, takket være Einstein, men vi ved det med sikkerhed nu.'
Da systemet er afhængigt af udvidelse og komprimering af rum-tid, sagde Agnew, viste denne opdagelse, at nogle af disse effekter forekommer naturligt.
'Nu hvor vi ved, at effekten er reel, er det næste spørgsmål i mit sind, 'hvordan studerer vi det, og kan vi generere det selv i laboratoriet?'' tilføjede han. 'Det er klart, at sådan noget ville være en enorm investering af tid og ressourcer, men det ville være enormt gavnligt.'
Selvfølgelig kræver Warp Drive-konceptet yderligere støtte og adskillige fremskridt, før eksperimentel forskning vil være mulig. Disse omfatter fremskridt med hensyn til den teoretiske ramme såvel som teknologiske fremskridt.
Hvis disse bliver behandlet som 'bite-size' problemer i stedet for en massiv udfordring, sagde Agnew, så er der helt sikkert fremskridt:
'I bund og grund er det, der er nødvendigt for et warp-drev, en måde at udvide og sammentrække rum-tid efter behag og på en lokal måde, såsom omkring en lille genstand eller et skib. Vi ved med sikkerhed, at meget høje energitætheder, f.eks. i form af EM-felter eller masse, kan forårsage krumning i rum-tid. Det kræver dog enorme mængder at gøre det med vores nuværende analyse af problemet.
På den anden side bør de tekniske områder forsøge at forfine udstyret og processen så meget som muligt, hvilket gør disse høje energitætheder mere plausible. Jeg tror, der er en chance for, at når først effekten kan duplikeres på en laboratorieskala, vil det føre til en meget dybere forståelse af, hvordan tyngdekraften virker, og kan åbne døren til nogle endnu uopdagede teorier eller smuthuller.
Jeg formoder at opsummere, den største hindring er energien, og med det kommer teknologiske forhindringer, behov for større EM-felter, mere følsomt udstyr osv.'
Den store mængde positiv og negativ energi, der skal til for at skabe en kædeboble, er fortsat den største udfordring forbundet med Alcubierres koncept. I øjeblikket mener videnskabsmænd, at den eneste måde at opretholde den negative energitæthed, der kræves for at producere boblen, er gennem eksotisk stof. Forskere vurderer også, at det samlede energibehov vil svare til massen af Jupiter .
Dette repræsenterer dog et betydeligt fald fra tidligere energivurderinger, som hævdede, at det ville tage en energimasse svarende til hele universet. Ikke desto mindre er en Jupiter-masse mængde af eksotisk stof stadig uoverkommelig stor. I denne henseende skal der stadig gøres betydelige fremskridt for at nedskalere energikravene til noget mere realistisk.
Den eneste forudsigelige måde at gøre dette på er gennem yderligere fremskridt inden for kvantefysik, kvantemekanik og metamaterialer, siger Agnew. Hvad angår den tekniske side af tingene, skal der gøres yderligere fremskridt i skabelsen af superledere, interferometre og magnetiske generatorer. Og selvfølgelig er der spørgsmålet om finansiering, som altid er en udfordring, når det kommer til koncepter, der anses for at være 'derude'.
Men som Agnew siger, er det ikke en uoverkommelig udfordring. I betragtning af de fremskridt, der er sket indtil nu, er der grund til at se positivt på fremtiden:
»Teorien har indtil videre bekræftet, at den er værd at forfølge, og det er lettere nu end før at bevise, at den er legitim. Med hensyn til begrundelser for allokering af ressourcer, er det ikke svært at se, at evnen til at udforske ud over vores solsystem, selv ud over vores galakse, ville være et enormt spring for menneskeheden. Og væksten i teknologi som følge af at skubbe grænserne for forskning ville bestemt være gavnlig.'
Ligesom flyelektronik, atomforskning, udforskning af rummet, elbiler og genanvendelige raketforstærkere, ser Alcubierre Warp Drive ud til at være et af de koncepter, der bliver nødt til at kæmpe sig op ad bakke. Men hvis disse andre historiske tilfælde er nogen indikation, kan det til sidst passere et point of no return og pludselig virke helt muligt!
Og i betragtning af vores voksende optagethed af exoplaneter (et andet eksploderende felt inden for astronomi), er der ingen mangel på mennesker, der håber på at sende missioner til nærliggende stjerner for at søge efter potentielt beboelige planeter. Og som de førnævnte eksempler helt sikkert viser, er alt, hvad der skal til for at få bolden til at rulle, nogle gange et godt skub...
En version af denne artikel blev først offentliggjort i september 2019.
Denne artikel blev oprindeligt udgivet af Universet i dag . Læs original artikel .