Nowa koncepcja napędu warp wypacza przestrzeń i nie przemieszcza nas zbyt szybko

Zespół fizyków odkrył, że możliwe jest zbudowanie prawdziwego, rzeczywistego silnika warp bez łamania znanych praw fizyki. Jedno zastrzeżenie: statek działający w trybie warp nie może przekraczać prędkości światła, więc w najbliższym czasie nie będzie już nic interesującego. Jednak badania te nadal stanowią ważny postęp w naszym rozumieniu grawitacji.

Poruszanie się bez ruchu

Ogólna teoria względności Einsteina to zestaw narzędzi do rozwiązywania problemów związanych z grawitacją, która wiąże masę i energię ze zniekształceniami czasoprzestrzeni. Z kolei te zniekształcenia czasoprzestrzeni mówią masie i energii, jak się poruszać. W prawie wszystkich przypadkach fizycy używają równań teorii względności, aby dowiedzieć się, jak porusza się dana grupa obiektów. Mają pewne scenariusze fizyczne, takie jak planeta krążąca wokół gwiazdy lub zderzenie dwóch czarnych dziur, i zastanawiają się, w jaki sposób obiekty te zniekształcają czasoprzestrzeń i jaka musi być późniejsza ewolucja układu.

Można jednak także przeprowadzić obliczenia Einsteina w odwrotnej kolejności, wyobrażając sobie pewien pożądany ruch i zadając pytanie, jaki rodzaj zniekształcenia czasoprzestrzeni to umożliwi. W ten sposób meksykański fizyk Miguel Alcubierre odkrył fizyczne podstawy napędu warp, od dawna stanowiącego podstawę fizyki. Gwiezdny Trek Franczyza komercyjna.

Celem napędu warp jest przedostanie się z punktu A do punktu B pomiędzy przerwami na reklamy, co zwykle wiąże się z ruchem szybszym od światła. Jednak szczególna teoria względności wyraźnie zabrania prędkości większych od światła. Choć nie przeszkadzało to książce Gwiezdny TrekTo rozzłościło Alcubierre’a. Odkrył, że możliwe jest skonstruowanie napędu warp poprzez sprytną manipulację czasoprzestrzenią i zorganizowanie jej w taki sposób, aby przestrzeń przed statkiem została wymazana, a przestrzeń za statkiem powiększona. Generuje to ruch bez ruchu w ścisłym tego słowa znaczeniu.

Może się to wydawać sprzecznością, ale jest to tylko jeden z wielu fascynujących aspektów ogólnej teorii względności. Napęd warp Alcubierre’a pozwala uniknąć przekroczenia limitu prędkości światła, ponieważ nigdy się nie porusza podczas przestrzeń; Zamiast tego w istocie manipuluje się samą przestrzenią, aby przybliżyć statek kosmiczny do celu.

Choć zagadkowy, projekt Alcubierre’a miał fatalną wadę. Aby zapewnić niezbędne zniekształcenia czasoprzestrzeni, statek kosmiczny musi zawierać jakąś formę egzotycznej materii, którą jest zazwyczaj materia o ujemnej masie. Masa ujemna napotyka pewne problemy koncepcyjne, które wydają się podważać nasze rozumienie fizyki, takie jak możliwość, że kopnięcie piłki o wadze minus 5 kilogramów odleci do tyłu, naruszając zasadę zachowania pędu. Co więcej, nikt nigdy nie widział w prawdziwym wszechświecie obiektu o ujemnej masie.

Te problemy z masą ujemną skłoniły fizyków do zaproponowania różnych wersji „warunków energetycznych” jako uzupełnienia ogólnej teorii względności. Nie są one wbudowane w samą teorię względności, ale potrzebne są uzupełnienia, ponieważ ogólna teoria względności dopuszcza takie rzeczy jak masa ujemna, które wydają się nie istnieć w naszym wszechświecie, a te warunki energetyczne sprawiają, że nie są one uwzględniane w równaniach teorii względności. To odpowiedź naukowców na niepokojący fakt, że waniliowa GR pozwala na takie rzeczy, jak superlekki ruch, ale reszta wszechświata nie wydaje się się z tym zgadzać.

Współczynnik wypaczenia wynosi zero

Warunki energetyczne nie zostały udowodnione eksperymentalnie ani obserwacyjnie, ale są to dane spójne ze wszystkimi obserwacjami Wszechświata, więc większość fizyków traktuje je poważnie. Do niedawna fizycy postrzegali te warunki energetyczne jako w 100% jasne, że nie można zbudować napędu warp, nawet jeśli naprawdę się tego chce.

Istnieje jednak sposób na obejście tego problemu, odkryty przez międzynarodowy zespół fizyków kierowany przez Jareda Foxa z Uniwersytetu Alabama w Huntsville. (Zespół jest również powiązany z Applied Physics Propulsion Laboratory, wirtualnym centrum badawczym zajmującym się badaniem między innymi napędów warp.) W artykule, który został przyjęty do publikacji w czasopiśmie Grawitacja klasyczna i kwantowabadacze zgłębili teorię względności, aby sprawdzić, czy jakakolwiek wersja napędu skrętnego może zadziałać.

Równania ogólnej teorii względności są bardzo trudne do rozwiązania, szczególnie w skomplikowanych przypadkach, takich jak napęd warp. Zespół zajął się więc algorytmami programowymi; Zamiast próbować rozwiązywać równania ręcznie, zbadano ich rozwiązania numerycznie i zweryfikowano ich zgodność z warunkami energetycznymi.

Zespół tak naprawdę nie próbował zbudować urządzenia napędowego. Zamiast tego zbadali różne rozwiązania ogólnej teorii względności, które umożliwiłyby podróż z jednego punktu do drugiego bez odczuwania przez statek jakiegokolwiek przyspieszenia lub napotykania miażdżących sił pływowych wewnątrz statku, co zapewniłoby wielką ulgę każdemu pomysłowemu pasażerowi. Następnie sprawdzili, czy rozwiązania te spełniają warunki energetyczne uniemożliwiające wykorzystanie ciał obcych.

Naukowcy odkryli już rozwiązanie napędu warp: sposób manipulowania przestrzenią, aby podróżujący mogli poruszać się bez przyspieszania. Jednakże nie ma czegoś takiego jak darmowy lunch, a charakter tego napędu warp wiąże się z poważnym zastrzeżeniem: statek i pasażerowie nie mogą podróżować szybciej niż światło. Rozczarowujące jest także to, że badaczom odpowiedzialnym za nowe prace nie zależy na tym, aby wiedzieć, jakie konfiguracje materii pozwalają na wystąpienie zniekształceń.