Det er vanskelig å leve i et relativistisk univers, hvor selv de nærmeste stjernene er så langt borte og lysets hastighet er absolutt. Det er ikke så rart hvorfor science fiction-franchiser rutinemessig bruker FTL (Raster-than-Light) som et plottapparat. Trykk på en knapp, trykk på en pedal, og det fancy drivsystemet - hvis funksjoner ingen kan forklare - vil sende oss til et annet sted i romtid.
De siste årene har imidlertid det vitenskapelige samfunnet blitt forståelig begeistret og skeptisk til påstander om at et bestemt konsept - Alcubierre Warp Drive - faktisk kan være gjennomførbart. Dette var gjenstand for en presentasjon som ble holdt på årets American Institute of Aeronautics and Astronautics Propulsion and Energy Forum, som fant sted 19. til 22. august i Indianapolis.
Denne presentasjonen ble gjennomført av Joseph Agnew - en forskningsingeniør og forskningsassistent fra University of Alabama i Huntsville's Propulsion Research Center (PRC). Som en del av en sesjon med tittelen “The Future of Nuclear and Breakthrough Propulsion” delte Agnew resultatene fra en studie han gjennomførte med tittelen “An Examination of Warp Theory and Technology to determine the State of the Art and Feasibility”.
Som Agnew forklarte et fullsatt hus, er teorien bak et varp fremdriftssystem relativt enkel. Opprinnelig foreslått av den meksikanske fysikeren Miguel Alcubierre i 1994, blir dette konseptet for et FTL-system sett av mennesket som en meget teoretisk (men muligens gyldig) løsning på Einstein-feltlikningene, som beskriver hvordan rom, tid og energi i universet vårt interagerer.
I lekmannsbetingelser oppnår Alcubierre Drive FTL-kjøretøy ved å strekke stoffet til romtid i en bølge, noe som får plassen foran den til å trekke seg sammen mens plassen bak den utvides. I teorien vil et romfartøy inne i denne bølgen kunne ri denne “varpeboblen” og oppnå hastigheter utover lysets hastighet. Dette er det som kalles “Alcubierre Metric”.
Tolket i sammenheng med generell relativitet, vil det indre av denne varpeboblen utgjøre den treghetsreferanserammen for alt inni den. På samme måte kan slike bobler vises i et tidligere flatt område i romtiden og overskride lysets hastighet. Siden skipet ikke beveger seg gjennom rom-tid (men i bevegelse av rom-tid i seg selv), vil ikke konvensjonelle relativistiske effekter (som tidsutvidelse) gjelde.
Kort sagt, Alcubierre Metric tillater FTL-reise uten å krenke relativitetslovene i konvensjonell forstand. Som Agnew fortalte Space Magazine via e-post, ble han inspirert av dette konseptet allerede på videregående og har fulgt det helt siden:
”Jeg studerte matematikk og naturfag mer, og begynte derfor å bli interessert i science fiction og avanserte teorier i en mer teknisk skala. Jeg begynte å se på Star Trek, den originale serien og The Next Generation, og la merke til hvordan de hadde spådd eller inspirert oppfinnelsen av mobiltelefoner, nettbrett og andre fasiliteter. Jeg tenkte på noen av de andre teknologiene, som fotontorpedoer, fasere og varpdrev, og prøvde å forske på både hva ‘star trek science’ og ‘real world science equivalent’ hadde å si om det. Så snublet jeg over originaloppgaven av Miguel Alcubierre, og etter å ha fordøyd det en stund begynte jeg å forfølge andre nøkkelord og artikler og komme dypere inn i teorien. ”
Mens konseptet generelt ble avskjediget for å være helt teoretisk og svært spekulativt, har det fått nytt liv pustet inn i det de siste årene. Kreditten for dette går i stor grad til Dr. Harold “Sonny” White, lederen for avansert fremdrift for NASA Johnson Space Centers Advanced Propulsion Physics Laboratory (også kjent som “Eagleworks Laboratory”).
Under 100 års Starship Symposium i 2011 delte Dr. White noen oppdaterte beregninger av Alcubierre Metric, som var gjenstand for en presentasjon med tittelen “Warp Field Mechanics 101” (og en studie med samme navn). I følge Dr. White var Alcubierres teori sunn, men trengte noen alvorlig testing og utvikling. Siden den gang har han og kollegene gjort nettopp disse tingene gjennom Eagleworks Lab.
På samme måte har Agnew brukt mye av sin akademiske karriere på å forske på teorien og mekanikken bak varpmekanikk. Under veiledning av Dr. Jason Cassibry - førsteamanuensis i maskin- og romfartsingeniør og fakultetmedlem i UAH's Propulsion Research Center - har Agnews arbeid kulminert i en studie som tar for seg de viktigste hindringene og mulighetene som er presentert av varpmekanikkforskning.
Som Agnew fortalte, er en av de største det faktum at konseptet "varpdrevet" fremdeles ikke blir tatt så alvorlig i vitenskapelige kretser:
“Etter min erfaring har omtale av warp drive en tendens til å bringe humrer til samtalen fordi den er så teoretisk og rett ut av science fiction. Ofte blir det ofte møtt avvisende bemerkninger, og brukt som et eksempel på noe helt utlandsk, noe som er forståelig. Jeg vet at i mitt eget tilfelle hadde jeg opprinnelig gruppert det, mentalt, i samme kategori som typiske superluminale konsepter, siden de tydeligvis alle krenker antagelsen om "lysets hastighet er den ultimate hastigheten". Det var ikke før jeg gravde nærmere inn i teorien at jeg skjønte at den ikke hadde disse problemene. Jeg tror det ville / vil være mye mer interesse når enkeltpersoner fordyper fremgangen som er gjort. Ideens historisk teoretiske natur er også i seg selv en sannsynlig avskrekkende, ettersom det er mye vanskeligere å se betydelige fremskritt når du ser på ligninger i stedet for kvantitative resultater.“
Mens feltet fremdeles er i sin spede begynnelse, har det skjedd en rekke nyere utviklinger som har hjulpet. For eksempel oppdagelsen av naturlig forekommende gravitasjonsbølger (GWSs) av LIGO-forskere i 2016, som begge bekreftet en prediksjon gjort av Einstein for et århundre siden og beviser at grunnlaget for varpdrevet eksisterer i naturen. Som Agnew antydet, er dette kanskje den viktigste utviklingen, men ikke den eneste:
“I løpet av de siste 5-10 årene har det vært en god del fremskritt i retning av å forutsi de forventede effektene av stasjonen, bestemme hvordan man kan få det til å eksistere, forsterke grunnleggende antakelser og konsepter, og min personlige favoritt , måter å teste teorien på et laboratorium.
“LIGO-funnet for noen år tilbake var, etter min mening, et stort sprang fremover i vitenskapen, siden det eksperimentelt beviste at romtid kan 'fordreie' og bøye i nærvær av enorme gravitasjonsfelt, og dette blir propagert ut over hele univers på en måte som vi kan måle. Før var det en forståelse av at dette sannsynligvis var tilfelle, takket være Einstein, men vi vet med sikkerhet nå. ”
Siden systemet er avhengig av utvidelse og komprimering av romtid, sa Agnew, demonstrerte denne oppdagelsen at noen av disse effektene forekommer naturlig. Nå som vi vet at effekten er reell, er det neste spørsmålet, etter mitt sinn, ‘hvordan studerer vi det, og kan vi generere det selv på laboratoriet?’, La han til. "Det er klart, noe sånt vil være en enorm investering av tid og ressurser, men ville være en massiv fordel."
Selvfølgelig krever Warp Drive-konseptet ekstra støtte og mange fremskritt før eksperimentell forskning vil være mulig. Disse inkluderer fremskritt når det gjelder det teoretiske rammeverket, så vel som teknologiske fremskritt. Hvis disse blir behandlet som "bite-size" -problemer i stedet for en massiv utfordring, sa Agnew, er det sikkert at du gjør fremskritt:
"I hovedsak er det som trengs for en warp-stasjon en måte å utvide og trekke sammen mellomrom på vilje, og på en lokal måte, for eksempel rundt en liten gjenstand eller et skip. Vi vet med sikkerhet at veldig høye energitetthet, i form av EM-felt eller masse, for eksempel, kan forårsake krumning i romtiden. Det krever imidlertid enorme beløp å gjøre det med vår nåværende analyse av problemet. "
”På flippen skal de tekniske områdene prøve å foredle utstyret og bearbeide så mye som mulig, noe som gjør disse høye energitettheten mer plausible. Jeg tror det er en sjanse for at når effekten kan dupliseres på laboratorieskala, vil den føre til en mye dypere forståelse av hvordan tyngdekraften fungerer, og kan åpne døren for noen ennå uoppdagede teorier eller smutthull. Jeg antar å oppsummere, det største hinderet er energien, og med det kommer teknologiske hinder, som trenger større EM-felt, mer følsomt utstyr, etc.“
Den store mengden positiv og negativ energi som trengs for å lage en varpboble er fortsatt den største utfordringen knyttet til Alcubierres konsept. For tiden tror forskere at den eneste måten å opprettholde den negative energitettheten som kreves for å produsere boblen, er gjennom eksotiske stoffer. Forskere anslår også at det totale energibehovet vil være ekvivalent med massen til Jupiter.
Imidlertid representerer dette et betydelig fall fra tidligere energianslag, som hevdet at det ville ta en energimasse som tilsvarer hele universet. Likevel er en mengde eksotiske stoffer av Jupiter fremdeles uoverkommelig stor. I denne forbindelse må det fremdeles gjøres betydelige fremskritt for å skalere energikravene ned til noe mer realistisk.
Den eneste forutsigbare måten å gjøre dette på er gjennom ytterligere fremskritt innen kvantefysikk, kvantemekanikk og metamaterialer, sier Agnew. Når det gjelder den tekniske siden av ting, vil ytterligere fremdrift må gjøres når det gjelder å lage superledere, interferometre og magnetiske generatorer. Og selvfølgelig er det spørsmålet om finansiering, som alltid er en utfordring når det gjelder konsepter som anses å være "der ute".
Men som Agnew uttaler, det er ikke en uoverkommelig utfordring. Med tanke på fremdriften som er gjort så langt, finnes det
“Teorien har hittil bekreftet at det er vel verdt å forfølge, og det er lettere nå enn før å fremlegge bevis for at den er legitim. Når det gjelder begrunnelser for tildeling av ressurser, er det ikke vanskelig å se at muligheten til å utforske utenfor vårt solsystem, selv utenfor vår galakse, ville være et enormt sprang for menneskeheten. Og veksten i teknologi som følge av å skyve grensene for forskning, vil absolutt være fordelaktig. ”
Som luftfart, kjernefysisk forskning, romutforskning, elbiler og gjenbrukbare rakettforsterkere, virker Alcubierre Warp Drive bestemt til å være et av de konseptene som må kjempe seg oppover. Men hvis disse andre historiske tilfellene er noen indikasjon, kan det til slutt passere et punkt uten tilbakekomst og plutselig virke helt mulig!
Og gitt vår voksende opptatthet av eksoplaneter (et annet eksploderende felt av astronomi), er det ingen mangel på mennesker som håper å sende oppdrag til nærliggende stjerner for å søke etter potensielt beboelige planeter. Og som de nevnte eksemplene absolutt viser, noen ganger er alt som trengs for å få ballen til å rulle et godt dytt ...
Toppbilde - “IXS Starship ”. Kreditt og ©: Mark Rademaker (2016)
