On vaikeaa elää relativistisessa maailmankaikkeudessa, jossa jopa lähimmät tähdet ovat niin kaukana ja valon nopeus on ehdoton. Ei siis ihme, miksi scifi-franchising käyttää rutiininomaisesti FTL: tä (Faster-than-Light) kuvaajalaitteena. Paina painiketta, paina poljinta, ja se hieno käyttöjärjestelmä - jonka toimintaa kukaan ei pysty selittämään - lähettää meidät toiseen sijaintiin avaruusaikana.
Viime vuosina tiedeyhteisö on kuitenkin ymmärrettävästi innostunut ja skeptinen väitteistä, joiden mukaan tietty konsepti - Alcubierre-loimilaite - voisi todella olla toteutettavissa. Tätä esiteltiin tämän vuoden amerikkalaisessa ilmailu- ja astronauttisessa työvoima- ja energiafoorumissa 19.-22. Elokuuta Indianapolisissa.
Tämän esityksen piti Joseph Agnew - perustutkinto-insinööri ja tutkimusassistentti Alabaman yliopistosta Huntsvillen työntövoimatutkimuskeskuksessa (PRC). Osana istuntoa, jonka otsikko oli ”Ydinalan ja läpimurron työntövoima tulevaisuus”, Agnew kertoi tutkimuksensa tuloksista, jonka hän teki nimeltään ”Loimen teorian ja tekniikan tutkiminen tekniikan tason ja toteutettavuuden määrittämiseksi”.
Kuten Agnew selitti pakatulle talolle, loimen propulsiojärjestelmän takana oleva teoria on suhteellisen yksinkertainen. Alun perin meksikolainen fyysikko Miguel Alcubierre ehdotti vuonna 1994, että tämä FTL-järjestelmän käsite on ihmisen mielestä erittäin teoreettinen (mutta mahdollisesti pätevä) ratkaisu Einsteinin kenttäyhtälöihin, jotka kuvaavat kuinka universumin avaruus, aika ja energia ovat vuorovaikutuksessa.
Maallikon kannalta Alcubierre Drive saavuttaa FTL-matkan venyttämällä avaruus-ajan kangasta aallossa, jolloin sen edessä oleva tila supistuu, kun taas sen takana oleva tila laajenee. Teoriassa tämän aallon sisällä oleva avaruusalus pystyisi ajamaan tätä ”loimikuplaa” ja saavuttamaan valonopeuden ylittävät nopeudet. Tätä kutsutaan Alcubierre-metriksi.
Yleisen suhteellisuuden suhteen tulkittuna tämän loimi- kuplan sisustus muodostaisi inertiaalisen viitekehyksen kaikelle sen sisällä. Samoin tällaiset kuplat voivat esiintyä aikaisemmin tasaisella avaruusalueella ja ylittää valon nopeuden. Koska alus ei liiku avaruus-ajan (vaan liikkuu itse avaruus-aika), tavanomaisia relativistisia vaikutuksia (kuten ajan dilaatio) ei sovellettaisi.
Lyhyesti sanottuna, Alcubierre-mittari sallii FTL-matkan rikkomatta suhteellisuuslakeja tavanomaisessa merkityksessä. Kuten Agnew kertoi Space Magazinelle sähköpostitse, hän sai inspiraation tästä konseptista jo lukiossa ja on jatkanut sitä siitä lähtien:
”Rakastin enemmän matematiikkaa ja luonnontiedettä, ja sen seurauksena aloin kiinnostaa tieteiskirjallisuutta ja edistyneempiä teorioita teknisemmässä mittakaavassa. Aloin katsella Star Trek -sarjaa, Original-sarjaa ja The Next Generation -sarjaa, ja huomasin kuinka he olivat ennustaneet tai inspiroineet matkapuhelimien, tablettien ja muiden mukavuuksien keksintöä. Ajattelin joihinkin muihin tekniikoihin, kuten fotontorpedoihin, vaiheittajiin ja loimilaitteisiin, ja yritin tutkia sekä sitä, mitä "tähtivaellus tieteellä" ja "todellisen maailman tieteen vastineella" oli sanottavaa siitä. Sitten kompasin Miguel Alcubierren alkuperäisen paperin yli, ja sen jälkeen kun se oli sulautettu sitä jonkin aikaa, aloin jatkaa muiden avainsanojen ja papereiden etsimistä ja syventyä teoriaan. ”
Vaikka käsite hylättiin yleensä täysin teoreettisen ja erittäin spekulatiivisen luonteen vuoksi, se on saanut siihen uutta elämää viime vuosina. Kiitos tästä menee suurelta osin tohtori Harold “Sonny” Whitelle, Advanced Propulsion Team -johdolle NASA Johnson Space Centerin Advanced Propulsion Physics Laboratory -tilassa (alias “Eagleworks Laboratory”).
Vuoden 2011 100-vuotisen Starship-symposiumin aikana tohtori White jakoi joitain päivitettyjä laskelmia Alcubierre-mittarista, joista tehtiin esitys nimeltä “Warp Field Mechanics 101” (ja samanniminen tutkimus). Dr. Whitein mukaan Alcubierren teoria oli vakaa, mutta tarvitsi vakavaa testausta ja kehittämistä. Siitä lähtien hän ja hänen kollegansa ovat tehneet näitä asioita Eagleworks Labin kautta.
Samoin Agnew on viettänyt suuren osan akateemisesta urastaan tutkimalla loimimekaniikan takana olevaa teoriaa ja mekaniikkaa. Mekaanisen ja ilmailualan tekniikan apulaisprofessorin ja UAH: n propulsio-tutkimuskeskuksen tiedekunnan jäsenen, Dr. Jason Cassibry ohjauksessa, Agnewin työ on huipennut tutkimukseen, joka käsittelee loimimekaniikan tutkimuksen suurimpia esteitä ja mahdollisuuksia.
Kuten Agnew kertoi, yksi suurimmista on se, että ”loimilaitteen” käsitettä ei ole vieläkään otettu kovin vakavasti tiedepiireissä:
“Kokemukseni mukaan loimiratkaisun mainitseminen pyrkii saamaan chuckles keskusteluun, koska se on niin teoreettinen ja aivan tieteiskirjallisuuden ulkopuolella. Itse asiassa se usein kohdellaan syrjivillä huomautuksilla, ja sitä käytetään esimerkkinä jostakin täysin outolaisesta, mikä on ymmärrettävää. Tiedän, että omassa tapauksessani olin alun perin ryhmitellyt sen henkisesti samaan luokkaan kuin tyypilliset superluminal käsitteet, koska ilmeisesti ne kaikki rikkovat olettamusta "valon nopeus on lopullinen nopeus". Vasta kun olen syventynyt teoriaan tarkemmin, tajusin, että siinä ei ole näitä ongelmia. Uskon, että kiinnostusta kiinnitetään / tulee olemaan paljon enemmän, kun ihmiset tunkeutuvat saavutettuun edistykseen. Idean historiallisesti teoreettinen luonne on myös itsessään todennäköinen pelote, koska on huomattavasti vaikeampaa nähdä huomattavaa edistystä, kun tarkastellaan yhtälöitä kvantitatiivisten tulosten sijaan.“
Vaikka kenttä on vasta alkuvaiheessa, on tapahtunut useita viimeaikaisia kehityssuuntauksia, jotka ovat auttaneet. Esimerkiksi LIGO-tutkijoiden löysi vuonna 2016 luonnossa esiintyvät gravitaatioaallot (GWS), jotka molemmat vahvistivat Einsteinin vuosisataa sitten tekemän ennusteen ja osoittavat, että loimilaitteen perusta on olemassa luonnossa. Kuten Agnew totesi, tämä on ehkä merkittävin kehitys, mutta ei ainoa:
“Noin viimeisen 5-10 vuoden aikana on tapahtunut paljon erinomaista edistystä ajatuksen ennakoitujen vaikutusten ennustamisessa, sen määrittämisessä, miten se voitaisiin toteuttaa, vahvistamalla perustavanlaatuisia oletuksia ja käsitteitä, ja henkilökohtaisena suosikkini , tapoja testata teoria laboratoriossa.
”LIGO-keksintö muutama vuosi sitten oli mielestäni valtava edistysaskel tieteessä, koska se osoitti kokeellisesti, että avaruusaika voi” vääntyä ”ja taipua valtavien painovoimakenttien läsnä ollessa, ja tämä leviää yli maailmankaikkeuden tavalla, jota voimme mitata. Aikaisemmin oli ymmärrys, että näin oli todennäköisesti, kiitos Einsteinin, mutta tiedämme nyt varmasti. ”
Koska järjestelmä luottaa avaruusajan laajenemiseen ja pakkaamiseen, sanoi Agnew, tämä löytö osoitti, että jotkut näistä vaikutuksista esiintyvät luonnossa. "Nyt kun tiedämme, että vaikutus on todellinen, seuraava kysymys on mielessäni seuraava:" Kuinka tutkimme sitä ja voimmeko luoda sen itse laboratoriossa? ", Hän lisäsi. "On selvää, että jotain sellaista olisi valtava ajan ja resurssien sijoitus, mutta se olisi massiivisesti hyödyllistä."
Warp Drive -konsepti vaatii tietysti lisätukea ja lukuisia parannuksia ennen kuin kokeellinen tutkimus on mahdollista. Niihin sisältyy teoreettisen kehyksen edistysaskel sekä tekninen kehitys. Jos näitä käsitellään "pureman kokoisina" ongelmina yhden massiivisen haasteen sijasta, Agnew sanoi, silloin edistytään varmasti:
Pohjimmiltaan loimilaitteelle tarvitaan tapa laajentaa ja supistaa avaruusaikaa haluttaessa ja paikallisella tavalla, kuten pienen esineen tai laivan ympärille. Tiedämme varmasti, että erittäin suuret energiatiheydet, esimerkiksi EM-kenttien tai massan muodossa, voivat aiheuttaa kaarevuuden avaruusajassa. Tämän tekeminen vaatii kuitenkin valtavia määriä nykyisen analyysimme avulla. "
”Kääntöpuolella teknisten alueiden tulisi yrittää hienosäätää laitteita ja prosessoida niin paljon kuin mahdollista, jolloin nämä korkeat energiatiheydet ovat uskottavampia. Uskon, että on olemassa mahdollisuus, että kun vaikutus voidaan kopioida laboratoriossa, se johtaa paljon syvemmälle ymmärtämään, kuinka painovoima toimii, ja saattaa avata oven joillekin vielä löytämättömille teorioille tai porsaanreikiä. Yhteenvetona voidaan todeta, että suurin este on energia, ja sen mukana tulee teknisiä esteitä, jotka tarvitsevat isompia EM-kenttiä, herkempiä laitteita jne.“
Loimukuplan luomiseen tarvittava positiivisen ja negatiivisen energian määrä on edelleen suurin Alcubierren konseptiin liittyvä haaste. Tällä hetkellä tutkijat uskovat, että ainoa tapa ylläpitää kuplan tuottamiseksi vaadittava negatiivinen energiatiheys on eksoottinen aine. Tutkijat arvioivat myös, että kokonaisenergian tarve olisi yhtä suuri kuin Jupiterin massa.
Tämä edustaa kuitenkin merkittävää pudotusta aikaisemmista energia-arvioista, joiden mukaan energian massa vastaa koko maailmankaikkeutta. Siitä huolimatta, Jupiterin massa eksoottista ainetta on edelleen kohtuuttoman suuri. Tässä suhteessa on vielä edistyttävä merkittävästi energiantarpeen pienentämiseksi jotain realistisemmaksi.
Ainoa ennakoitavissa oleva tapa tehdä tämä on kvantifysiikan, kvantimekaniikan ja metamateriaalien jatkokehitys, Agnew sanoo. Asioiden teknisen puolen osalta suprajohteiden, interferometrien ja magneettigeneraattoreiden luomisessa on edistyttävä edelleen. Ja tietysti on kysymys rahoituksesta, joka on aina haaste, kun kyse on konsepteista, joita pidetään "siellä".
Mutta kuten Agnew toteaa, se ei ole ylitsepääsemätön haaste. Tähän mennessä saavutetun edistyksen perusteella on olemassa
“Teoria on toistaiseksi osoittanut, että sitä kannattaa jatkaa, ja nyt on entistä helpompaa todistaa sen laillisuus. Resurssien jakamisen perustelujen suhteen ei ole vaikea nähdä, että kyky tutkia aurinkokuntamme ulkopuolella, jopa galaksiamme ulkopuolella, olisi valtava harppaus ihmiskunnalle. Ja teknologian kasvu, joka johtuu tutkimuksen rajojen siirtämisestä, olisi varmasti hyödyllistä. ”
Avioniikan, ydintutkimuksen, avaruustutkimuksen, sähköautojen ja uudelleen käytettävien rakettien vahvistimien tavoin Alcubierre Warp Drive näyttää olevan tarkoitettu yhdeksi käsitteistä, joiden on taisteltava tiensä ylämäkeen. Mutta jos nämä muut historialliset tapaukset ovat viitteitä, se voi lopulta mennä palauttamispisteeseen ja näyttää yhtäkkiä täysin mahdollista!
Ja ottaen huomioon kasvavan huolestumisenmme eksoplaneetoista (toinen räjähtävä tähtitieteen ala), ei ole pulaa ihmisistä, jotka toivovat lähettää lähetystöjä läheisiin tähtiin etsimään mahdollisesti asuttavia planeettoja. Ja kuten edellä mainitut esimerkit varmasti osoittavat, joskus kaikki, mitä tarvitaan pallojen vierimiseen, on hyvä työntö ...
Yläkuva - “IXS Starship ”. Luotto ja ©: Mark Rademaker (2016)
