Shkencëtarët besojnë se udhëtimi me shpejtësi të lehtë është i mundur

Në fund të vitit 2020, fizikanti Harold “Sonny” White, PhD, drejtor kërkimi i Institutit jofitimprurës të Hapësirës Limitless , vuri re diçka të veçantë – dhe të njohur – në një model rrethor të grafikëve të dhënave të krijuara nga një eksperiment i fundit.

White dhe ekipi i tij në laboratorin e LSI-së në Houston po kryenin kërkime për Agjencinë e Projekteve të Kërkimit të Avancuar të Mbrojtjes, ose DARPA, dhe kishin ngritur këto eksperimente të veçanta për të studiuar densitetin e energjisë brenda zgavrave të Casimir, hapësirat misterioze midis pllakave metalike mikroskopike në një vakum. Grafiku i të dhënave tregoi zona me energji të zvogëluar midis pllakave, gjë që bëri që ato të shtyheshin drejt njëra-tjetrës sikur të përpiqeshin të mbushnin boshllëkun. Kjo njihet si dendësia negative e energjisë vakum, një fenomen në mekanikën kuantike i quajtur, mjaftueshëm, efekti Kazimir . Është diçka që po i ndihmon shkencëtarët të kuptojnë fizikën e mprehtë të strukturave në shkallë të vogël, e cila disa studiues shpresojnë se mund të zbatohet në aplikacionet e energjisë që janë më praktike, të tilla si qarqet dhe sistemet elektromekanike.

Por White vuri re se modeli i energjisë negative të vakumit midis pllakave dhe rreth kolonave të vogla cilindrike që ata kishin futur në hapësirë ​​dukej i njohur. Ai i bëri jehonë saktësisht modelit të energjisë të krijuar nga një lloj lënde ekzotike që disa fizikantë besojnë se mund të zhbllokojë udhëtimin ndëryjor me shpejtësi të lartë. “Më pas shikuam, matematikisht, se çfarë ndodh nëse vendosim një sferë prej një mikron brenda një cilindri katër mikron në të njëjtat kushte dhe zbuluam se kjo lloj strukture mund të gjeneronte një flluskë të vogël shtrembërimi në shkallë nano që kapsulon atë rajon qendror. White shpjegon.

Kjo është e drejtë – një flluskë deformuese. Komponenti thelbësor i një disku të deritanishëm imagjinar që ka qenë për dekada të tëra obsesioni i fizikantëve, inxhinierëve dhe fansave të fantashkencës. Warp drive, sigurisht, është elementi i legjendës së Star Trek , një pajisje e mbyllur brenda një anije kozmike që u jep të vdekshmëve në bord aftësinë për të shqyer kozmosin me shpejtësi mbinjerëzore. Për adhuruesin laik të fantashkencës, kjo është një “kuti e zezë” – një zgjidhje e përshtatshme, plotësisht e krijuar për të shmangur realitetet e ashpra të udhëtimit ndëryjor. Megjithatë, pas dekadash spekulimesh, kërkimesh dhe eksperimentesh, shkencëtarët besojnë se një deformim mund të funksionojë.

Për të theksuar: E bardha në fakt nuk bëri një flluskë deformimi. Por të dhënat nga studimi i tij çuan në një moment aha: Për herë të parë, një flluskë deformuese e ndërtueshme tregoi premtimin e suksesit.

Shkenca thelbësore e teknologjisë Warp është çuditërisht e shëndoshë. Megjithëse mekanika specifike e një pajisjeje aktuale nuk është zbërthyer plotësisht, matematika tregon drejt fizibilitetit. Shkurtimisht, një ngasje e rrotullimit në jetën reale do të përdorte sasi masive të energjisë, e cila mund të vijë në formën e masës, për të krijuar tërheqje të mjaftueshme gravitacionale për të shtrembëruar hapësirën e kohës në një mënyrë të kontrolluar, duke lejuar një anije të shpejtojë brenda një flluskë të vetë-prodhuar. që vetë është në gjendje të udhëtojë në thelb me çdo shpejtësi. Disqet Warp u shfaqën në trillime me ndërprerje për disa dekada përpara se krijuesi i Star Trek Gene Roddenberry të lidhte një të tillë në USS Enterprise në vitin 1966. Por Miguel Alcubierre, PhD, një fizikant teorik meksikan dhe deklaroi Star Trekentuziast, i dha idesë këmbët e botës reale kur ai publikoi një letër në 1994 duke spekuluar se një lëvizje e tillë ishte matematikisht e mundur. Ishte trajtimi i parë serioz i fizibilitetit të një disku të deformuar dhe bëri bujë në mbarë botën. Zbulimi i tij frymëzoi më shumë shkencëtarë për të nxitur aspektet teorike të deformimit drejt zbatimeve konkrete dhe praktike.

“Unë propozova një “gjeometri” për hapësirën që do të lejonte udhëtimin më të shpejtë se drita, siç shihet nga larg, në thelb duke zgjeruar hapësirën pas objektit që duam të lëvizim dhe duke e kontraktuar atë përpara,” thotë Alcubierre. “Kjo formon një ‘flluskë’ hapësire të shtrembëruar, brenda së cilës një objekt – le të themi një anije kozmike – mund të banojë.”

Fizikanët priren të flasin në terma relativë. Duke injektuar kualifikuesin dinakë “siç shihet nga larg”, Alcubierre mund të tingëllojë sikur po përshkruan ekuivalentin galaktik të një iluzion optik – një efekt ndoshta i ngjashëm me kalimin e një kamioni në drejtimin e kundërt në autostradë kur të dy jeni duke shkuar 60 milje në orë. Sigurisht që ndihet si njëzet dollarë, apo jo? Por shpejtësia A-në-B është reale; efekti i deformimit thjesht shkurton distancën e mirëfilltë midis dy pikave. Ju nuk jeni, në mënyrë rigoroze, duke ecur më shpejt se drita. Brenda flluskës, gjithçka duket relativisht normale dhe drita lëviz më shpejt se sa ju, siç duhet. Megjithatë, jashtë flluskës, ju po dërgoni postën.

Propozimi i Alcubierre kishte zgjidhur një nga pengesat fillestare për arritjen e shpejtësisë së deformimit: vetë ideja bie ndesh me teorinë e pranuar prej kohësh të relativitetit të përgjithshëm të Ajnshtajnit, e cila thotë se asgjë nuk mund të udhëtojë më shpejt se shpejtësia e dritës, por nuk e përjashton vetë hapësirën nga duke udhëtuar më shpejt se kaq. Në fakt, shkencëtarët spekulojnë se të njëjtat parime shpjegojnë zgjerimin e shpejtë të universit pas Big Bengut .

Ndërsa arriti në përfundimin se shpejtësia e deformimit ishte me të vërtetë e mundur, Alcubierre zbuloi gjithashtu se do të kërkonte një sasi të madhe energjie për të mbajtur flluskën e deformimit. Ai teorizoi se energjia negative – gjëja që la të kuptohet nga eksperimentimi i White me zgavrat e Kazimirit – mund të ishte një zgjidhje. Problemi i vetëm është se askush nuk e ka vërtetuar ende se energjia negative është e vërtetë. Është e pakuptimta e imagjinatës sonë të fluturimit në hapësirë, diçka që studiuesit besojnë vetëm se ekziston. Në teori, megjithatë, kjo lëndë e panjohur mund të jetë mjaft e fuqishme sa që projektuesit e ardhshëm të disqeve të deformimit mund ta kanalizojnë atë në kontraktimin e hapësirë-kohës rreth saj. Në vizatimet konceptuale të anijeve kozmike të aftë për deformim, unaza të mëdha materiale që përmbajnë këtë burim energjie rrethojnë një gyp qendror. Kur aktivizohet, ai shtrembëron hapësirë-kohën rreth të gjithë anijes. Sa më intensive deformimi, aq më shpejt arrihet udhëtimi i deformimit.

Sigurisht, nuk është aq e thjeshtë. Fizikanti José Natário, PhD, profesor në Instituto Superior Técnico në Lisbonë, shkroi punimin e tij me ndikim në lidhje me fizibilitetin matematikor të disqeve të deformimit në vitin 2001. Megjithatë, ai është i shqetësuar për enigmat praktike, si sasia e energjisë së kërkuar. “Duhet të jeni në gjendje të lakoni hapësirë-kohën mjaft për ta bërë këtë,” thotë ai. “Ne po flasim për diçka që do të ishte shumë, shumë më e fuqishme se dielli.”

Alcubierre është në mënyrë të ngjashme skeptike se idetë e tij teorike mund të përdoren ndonjëherë për të zhvilluar një deformim pune. “Për të pasur një flluskë rreth 100 metra të gjerë që udhëton saktësisht me shpejtësinë e dritës, do t’ju duhet rreth 100 herë më e madhe se masa e planetit Jupiter të konvertohet në energji negative, gjë që natyrisht tingëllon absurde,” thotë ai. Sipas këtij standardi, përfundon ai, nuk ka gjasa që të ketë një deformim.

Megjithatë, fizikantët e duan sfidën. Në 29 vitet që kur Alcubierre botoi punimin e tij, shkencëtarë të tjerë kanë luftuar me implikimet e punës, duke ofruar qasje alternative për gjenerimin e energjisë duke përdorur burime më të aksesueshme të energjisë, duke gjetur pika hyrëse të zhdrejtë për problemin dhe duke hedhur idetë përpara dhe mbrapa në përgjigje. në letrat e njëri-tjetrit. Ata përdorin analogji që përfshijnë trampolina , mbulesa tavoline, topa bowling, balona, ​​shirita transportues dhe muzikë për të shpjeguar fizikën.

Ata madje kanë fjalorin e tyre. Nuk është udhëtim më i shpejtë se drita; është një udhëtim superluminal , faleminderit. Pastaj ka jofizike dhe fizike—aka dallimi kritik midis spekulimeve teorike dhe diçkaje që në fakt mund të projektohet. (Këshillë pro: Ne po synojmë për fizike këtu, njerëz.) Ata përmendin shumë Star Trek , por kurrë Star Wars . Edhe bariu nervoz me pamje më të dobët e di se anijet në Star Warspërdorni hiperdrive, i cili konsumon karburant, në vend të disqet deformuese, të cilat nuk përdorin teknologji shtytëse, por në vend të kësaj bazohen në deformimin. Ata janë gjithashtu të paqarta në lidhje me detajet si ajo që do të përjetonin pasagjerët, si është graviteti në bord meqenëse ju jeni duke transportuar varka me energji dhe çfarë do të ndodhte nëse dikush, të themi, do të hidhej nga anija duke u shtrembëruar.

Një kërkim i tillë zakonisht nuk financohet nga institucionet akademike ose DARPA-të dhe NASA-t e botës, kështu që shumica e kësaj pune ndodh në kohën e lirë të shkencëtarëve. Një shkencëtar i tillë dhe entuziast i Star Trek është fizikani Erik Lentz, PhD. Tani një studiues në Laboratorin Kombëtar të Paqësorit Northwest në Richland, Uashington, Lentz po bënte punë postdoktorale në Universitetin e Göttingen në Gjermani, kur, mes ditëve të hershme, të izoluara të pandemisë, ai mendoi idenë e udhëtimit më të shpejtë se drita. Ai publikoi një punim në vitin 2021 duke argumentuar se disqet e deformimit mund të gjeneroheshin duke përdorur burime pozitive të energjisë në vend të energjisë negative që dukej se kërkonte ngasja e deformimit të Alcubierre.

“Ekzistojnë një sërë pengesash për hyrjen për të qenë në gjendje të ndërtoni një makinë deformuese,” thotë Lentz. “Energjia negative ishte më e dukshme, kështu që u përpoqa ta thyeja atë pengesë.”

Ai eksploroi një klasë të re zgjidhjesh në relativitetin e përgjithshëm të Ajnshtajnit duke u fokusuar në diçka të quajtur gjendja e energjisë së dobët, e cila, shpjegon ai, gjurmon pozitivitetin e energjisë në hapësirë-kohë. Ai goditi një “zgjidhje soliton” – një valë që ruan formën e saj dhe lëviz me një shpejtësi konstante – që mund të kënaqte sfidën e nivelit të energjisë dhe të udhëtonte më shpejt se drita. Një flluskë e tillë deformuese mund të udhëtojë duke përdorur burime të njohura energjie, megjithëse shfrytëzimi i atyre në nivelet e nevojshme është ende shumë përtej aftësive tona. Hapi tjetër, vëren ai, mund të jetë sjellja e kërkesave për energji për një lëvizje të deformuar brenda rrezes së një reaktori të shkrirjes bërthamore.

Një pajisje me fuqi bashkimi teorikisht mund të udhëtojë drejt dhe nga Proxima Centauri , ylli më i afërt i Tokës, në vite në vend të dekadave ose mijëvjeçarëve, dhe më pas të shkojë më shpejt dhe më shpejt ndërsa burimet e energjisë përmirësohen. Teknologjia aktuale konvencionale e raketave, nga ana tjetër, do të merrte 50,000 vjet vetëm për një udhëtim në një drejtim – duke supozuar, sigurisht, se kishte një furnizim të pakufizuar me karburant për ata motorë.

Ashtu si teza origjinale e Alcubierre, punimi i Lentz-it pati një ndikim sizmik në komunitetin e shtytësit të deformimit, duke nxitur një grup tjetër shkencëtarësh të gërmojnë në sfidën. Fizikani Alexey Bobrick dhe sipërmarrësi i teknologjisë Gianni Martire kanë qenë veçanërisht pjellorë. Në vitin 2021, ata lëshuan një letër duke teorizuar se një klasë e disqeve të shtrembërimit subkoshiencë, që udhëtojnë me vetëm një fraksion të shpejtësisë së dritës, mund të zhvillohen nga kuptimi aktual shkencor. Ndërsa ai dokument në thelb argumentoi se është krejtësisht e pranueshme të ecësh përpara se të vraposh, ata e ndoqën atë me një teori tjetër në fillim të këtij viti që përshkruan se si simulohet një vrimë e zezë, i krijuar duke përdorur valët e zërit dhe glicerinë dhe i testuar me një rreze lazer, mund të përdoret për të vlerësuar nivelet e forcës gravitacionale të nevojshme për të shtrembëruar hapësirë-kohën. Dyshja e kodoi atë zbulim në një aplikacion publik që ata shpresojnë se do të ndihmojë në shtyrjen më të shpejtë të ideve teorike në ato praktike. Megjithëse ekipi pret që teknologjia të pastrojë një fazë të rishikimit nga kolegët përpara se të publikojë detajet, aplikacioni është në thelb një simulator që lejon shkencëtarët të futin ekuacionet e tyre të shpejtësisë së deformimit për të vërtetuar nëse ato janë praktike.

“Kur dikush publikon një metrikë deformuese për herë të parë, njerëzit thonë, ‘Mirë, a është metrika juaj fizike?’”, thotë Martire. Përgjigja për këtë pyetje – nëse metrika ka potencial praktik ose është rreptësisht teorik – është e vështirë të përcaktohet duke pasur parasysh sfidat e testimit të këtyre hipotezave. Ky përcaktim mund të zgjasë gjashtë deri në tetë muaj. “Tani mund t’ju tregojmë brenda sekondave, dhe kjo ju tregon vizualisht se sa larg jeni ose sa afër jeni,” thotë ai.

Ndërsa është i dobishëm, aplikacioni do të përshpejtojë matematikën paraprake vetëm për studiuesit e ardhshëm. Sfidat e madhësisë së galaktikës mbeten përpara se të përjetojmë udhëtimin ndëryjor me turbocharged. Alcubierre shqetësohet veçanërisht për atë që mund të ndodhë pranë mureve të flluskës së deformimit. Shtrembërimi i hapësirës është aq i dhunshëm atje, vëren ai, sa do të shkatërronte çdo gjë që afrohet. “Nëse përplasesh me diçka në rrugën tënde, pothuajse me siguri do të ishte katastrofike,” thotë ai.

Natário mendon çështje edhe më praktike, si drejtimi dhe ndalimi. “Është një flluskë hapësire, që po e kaloni nëpër hapësirë,” thotë ai. “Pra, ju duhet t’i thoni hapësirës … të përkulet përpara anijes tuaj kozmike.” Por këtu qëndron problemi: Ju nuk mund t’i sinjalizoni hapësirës përballë që të sillet ashtu siç dëshironi.

Mendimi i tij? Udhëtimi superluminal është i pamundur. “Ju keni nevojë për këto deformime të mëdha që ne nuk e dimë se si t’i realizojmë,” thotë Natário. “Pra, po, ka pasur shumë përpjekje për këtë dhe studimin e këtyre zgjidhjeve të çuditshme, por e gjithë kjo është ende plotësisht teorike, abstrakte dhe shumë, shumë, shumë, shumë larg nga të arrish diku afër një drejtimi praktik. Kjo është “shumë” në fuqinë e katër, ki parasysh – çdo goditje dërrmuese na shtyn në mënyrë eksponenciale, torturuese gjithnjë e më larg nga jeta jonë e dëshiruar për superlumin.

Në fund të fundit, ndjekja e transportit të qëndrueshëm ndëryjor me shpejtësi të lartë tregon gjithashtu një sfidë më të ngutshme tokësore: se si komuniteti shkencor trajton sfidat ultra-gjatë në radhë të parë. Shumica e kërkimeve të deritanishme kanë ardhur nga vetë-fillues pa financim të drejtpërdrejtë, ose nga zbulime të papritura të bëra gjatë eksplorimit të kërkimeve shpesh të palidhura, si puna e Dr. White mbi zgavrat e Kazimirit.

Shumë shkencëtarë argumentojnë se jemi në një periudhë shumë dekadash stanjacioni në kërkimin e fizikës dhe deformimi – pavarësisht nga horizontet e tij epike kohore përpara se kërkimet fillestare të çojnë në aventura që shtrihen në galaktika – është disi emblematike e këtij stanjacioni. Sabine Hossenfelder, një studiuese në Institutin për Studime të Avancuara të Frankfurtit dhe krijuese e kanalit YouTube Science Without the Gobbledygook , vuri në dukje në një postim në blog të vitit 2020 se kërkimi i fizikës është larguar nga eksperimentet e shpeshta dhe të vazhdueshme fizike në infuzione të tepruara të parave në relativisht pak. pajisje. Ajo shkruan se me më pak eksperimente, zbulimet e papritura bëhen gjithnjë e më të pamundura. Pa këto zbulime, përparimi teknologjik i nevojshëm për t’i mbajtur eksperimentet ekonomikisht të qëndrueshme nuk realizohet kurrë.

Kur u pyet nëse kjo zbatohej në mënyrë të barabartë për makinën e deformimit, Hossenfelder sheh një lidhje të dobët, por të besueshme. “Disqet Warp janë një ide që nuk do të çojë në aplikime në rreth 1000 vitet e ardhshme,” thotë ajo. “Kështu që ata nuk luajnë një rol të madh në një mënyrë në tjetrën. Por kur bëhet fjalë për financimin, ju shihni disa mbivendosje në problemet.”

Pra, pavarësisht nga të gjitha përparimet, horizonti për një makinë deformuese mbetet shumë i largët. Megjithatë, kjo nuk i ka shqetësuar shkencëtarët e përfshirë. Disa vite më parë, ndërsa jepte mësim në Francë, White vizitoi Katedralen e Strasburgut me gruan e tij. Ndërsa admironte majën e saj 466 metra të gjatë, ai u mahnit nga fakti se ndërtimi filloi në 1015, por nuk u mbyll deri në vitin 1439 – një hapësirë ​​prej 424 vjetësh. Ata që ndërtuan bodrumin nuk kishin asnjë shans për të parë ndonjëherë produktin e përfunduar, por ata e dinin se duhej të bënin pjesën e tyre për të ndihmuar brezat e ardhshëm. “Unë nuk kam një top kristal,” thotë White. “Nuk e di se çfarë sjell e ardhmja. Por unë e di se çfarë duhet të bëj tani.”