Interstellar rejser fortsætter med at begejstre publikum. Warp-drev har længe været fremtrædende i popkulturen, både i litteratur og biograf. Men vil menneskeheden være i stand til at skabe en teknologi, der kan manipulere rumtid og give rejser hurtigere end lys?
Vi ser dette hele tiden i science fiction: skæddrevne skibe tillader figurer i en historie, roman, film eller tv-serie at udforske nye planeter og endda galakser. Disse køretøjer kunne endda flyve hurtigere end lysets hastighed, selvom generel relativitet lærer os, at ingen kan køre hurtigere end lys. Er det ikke? Når alt kommer til alt har lys ingen masse, hvilket betyder, at det kan køre med en hastighed på 299.792.458 meter i sekundet.
Alt dette er sandt. Intet kan overstige den universelle hastighedsgrænse. Vi kan dog stadig have evnen til at opbygge et varpdrev uden at overtræde fysiske love.
I 1994 skrev den teoretiske fysiker Miguel Alcubierre fra Mexico en artikel, hvor han præsenterede de matematiske beregninger og det videnskabelige grundlag for at skabe et reelt varpdrev, der ikke ville være i modstrid med den generelle relativitet. Han blev interesseret i denne metode til interstellar rejser efter at have set den i aktion - der dækkede kæmpe afstande i science fiction-værker.
Et rumfartøj med et varpdrev som kunstneren har set.
Varpdrevet udvider og kontraherer stoffet med rumtid omkring skibet og dets boble. Apparatet accelererer eller bevæger sig principielt ikke. Stoffet bevæger sig omkring det og skubber det således fremad. Forestil dig som eksempel, at du står på et transportbånd - du bevæger dig, men at du ikke går. Båndets stof bevæger dig fremad. Komprimering af rumtid foran rumfartøjet vil trække det, og ekspansion bagefter vil fortsætte denne fremadgående bevægelse. Einstein viste, at rumtid kan bøjes af masse eller energi, derfor kan den manipuleres på andre måder. Årsagen til at dette skib kunne rejse hurtigere end lys er fordi generel relativitet siger, at intet i rummet kan gå ud over hastighedsgrænsen.der er dog ingen hastighedsgrænse for udvidelse eller sammentrækning af selve rummet. Vi bevæger os ikke noget i rummet - vi bevæger rummet selv.
Alcubierres arbejde var opmuntrende og imponerende, men der var også mange huller i det. I det originale arbejde teoretiserede han, at for at give et sådant skib tilstrækkelig kraft, ville det være nødvendigt med mere negativ energi end der overhovedet er i universet, nemlig takket være det, udvides plads. Problemet er, at negativ energi er undvigende, selv mange fysikere tvivler på dens eksistens, for ikke at nævne, at vi vil være i stand til at producere enorme mængder af den.
Vores observationer af, hvad der kan være negativ energi, er mildt sagt utilstrækkelige. Det, vi tænker på som tomt rum, er formodentlig på ingen måde tomt - det har en energitetthed, der også kaldes nul. Ifølge kvantemekanikken er det tomme rum fyldt med partikler af energi, der vises og forsvinder. Hvis vi formår at stoppe deres udseende, modtager vi negativ energi.
Salgsfremmende video:
Visualisering af kædefeltet ifølge Alcubierre-motoren.
Videnskabsmænd forsøgte at skabe det i laboratoriet ved at klemme to metalplader (som var så flade, at de var perfekt glatte på næsten et atomniveau) i en afstand langt mindre end tykkelsen af et menneskehår. Det resterende rum var så lille, at partikler ikke kunne eksistere i det, på grund af hvilket kraften omkring pladerne steg og manifesterede egenskaberne ved negativ energi. Naturligvis er disse observationer ikke nok - dette er kun et lille eksperiment, hvis resultater langt fra er i stand til at drage endelige konklusioner.
Hvis vi fremover stadig formår at finde ud af, hvordan vi får mere negativ energi, er det muligvis ikke nødvendigt så meget, som Alcubierre havde antydet. De seneste forbedringer af sit arbejde, der blev udført af forskere fra NASA, reducerede mængden af energi, der ville være krævet til et varpdrev, ved at vibrere dele af enheden ved høje frekvenser markant. Dette ville gøre det lettere at bevæge sig gennem rumtid og reducere den nødvendige energi. Aktuelle teorier om, hvor meget negativ energi et varpdrev muligvis har brug for at køre, spænder fra 65 ecjoules til flere negative og positive solmasser. 65 exajoules er omtrent det, USA bruger om et år. Dette er stadig meget, men ganske reelt. Hvis vi kan bruge mørk energi, har vi ikke brug for mere end Jupiters masse. Det eneste problem er, at vi ikke rigtig forstår, hvad mørk energi er, og hvordan den fungerer. Og det kan ende med at være det eksotiske materiale, der er nødvendigt for at drive et varpdrev.
Til sammenligning: til interstellar rejser på traditionelle raketter vil det ikke kun tage hundreder af tusinder af år, men brændstofbeholderen er større end universet. Og det er ikke at nævne det faktum, at du stadig har brug for at finde materiale, der kan modstå en så lang rejse.
I nogle modeller - for eksempel i Harold White's koncept - kan et rumfartøj drevet af et varpdrev køre 10 gange hurtigere end lys. Med denne hastighed kunne vi nå det nærmeste exoplanet - Alpha Centauri B b - på kun seks måneder, på trods af at vi er mere end fire lysår fra Jorden. De hurtigste moderne køretøjer kan nå hastigheder på godt 32.000 kilometer i timen: rejsen til Alpha Centauri B b med denne hastighed vil tage 142 tusind år. 32.000 km i timen er ca. 0,003% af lysets hastighed.
NASA interstellært rumfartøj med IXS Enterprise warp drive.
At rejse med en sådan hastighed ville give menneskeheden mulighed for at krydse den kosmologiske horisont og udforske ikke kun dens univers, men også multiversen. I teorien er der en grænse for hastigheden af et varpdrev, men selv disse teoretiske grænser ville gøre det muligt for os at rejse til nye galakser i et split sekund. Som en fordel kunne skibet accelerere og decelerere, og passagererne ville ikke opleve tidsudvidelse. Kort sagt, det ville have været muligt at undgå en situation, hvor du ankom til din destination og befandt dig så langt frem i tid, at alle på Jorden, du vidste, var længe døde.
Foruden energikilder betragtes partikler, der er accelereret under kørsel, også som et problem, som utilsigtet kan startes, når man bremser og ødelægger hele verdener. Der er desuden en mulighed for, at det vil være umuligt at bremse, så snart du begynder at bevæge dig, og besætningen kan dø af flere årsager. Dog viser matematik og eksperimentelle data, at warp-drev kan have en chance.
Hvis det virkelig lykkes os at skabe denne teknologi, vil der ikke gå et århundrede, før vi lærer at anvende den. Ligesom ormehuller er mulighederne, som warp-drev kan give, utrolige, men de er ikke lette at opnå.
Vladimir Guillen