Det er svært at leve i et relativistisk univers, hvor selv de nærmeste stjerner er så langt væk, og lysets hastighed er absolut. Det er ikke så underligt, hvorfor science fiction-franchiser rutinemæssigt anvender FTL (hurtigere end lys) som en plot-enhed. Tryk på en knap, tryk på en pedal, og det smarte drevsystem - hvis funktionsmåde ingen kan forklare - vil sende os til et andet sted i rumtid.
I de senere år er det videnskabelige samfund imidlertid forståeligt nok begejstret og skeptisk over påstander om, at et bestemt koncept - Alcubierre Warp Drive - faktisk kunne være muligt. Dette var genstand for en præsentation foretaget på dette års American Institute of Aeronautics and Astronautics Propulsion and Energy Forum, der fandt sted 19. til 22. august i Indianapolis.
Denne præsentation blev gennemført af Joseph Agnew - en bacheloringeniør og forskningsassistent fra University of Alabama i Huntsville's Propulsion Research Center (PRC). Som en del af en session med titlen "Fremtiden for nuklear og gennembrud fremdrift" delte Agnew resultaterne af en undersøgelse, han udførte med titlen "En undersøgelse af warp teori og teknologi til at bestemme state of the art og gennemførlighed".
Som Agnew forklarede et pakket hus, er teorien bag et fordrejningssystem relativt enkel. Oprindeligt foreslået af den mexicanske fysiker Miguel Alcubierre i 1994, betragtes dette koncept for et FTL-system af mennesket som en meget teoretisk (men muligvis gyldig) løsning på Einstein-feltets ligninger, der beskriver, hvordan rum, tid og energi i vores univers interagerer.
I lægmandsmæssige vilkår opnår Alcubierre Drive FTL-kørsel ved at strække rumtidsstoffet i en bølge, hvilket får pladsen foran det til at trække sig sammen, mens pladsen bag det udvides. I teorien ville et rumfartøj inde i denne bølge være i stand til at ride på denne ”varpboble” og opnå hastigheder ud over lysets hastighed. Dette er, hvad der er kendt som "Alcubierre Metric".
Fortolket i sammenhæng med den generelle relativitet ville det indre af denne varpboble udgøre den inertielle referenceramme for alt, hvad der er inde i den. På samme måde kan sådanne bobler vises i et tidligere fladt område i rumtiden og overstige lysets hastighed. Da skibet ikke bevæger sig gennem rum-tid (men i sig selv bevæger rum-tid), ville konventionelle relativistiske effekter (som tidsudvidelse) ikke finde anvendelse.
Kort sagt tillader Alcubierre Metric mulighed for FTL-rejser uden at overtræde relativitetslovene i konventionel forstand. Som Agnew fortalte Space Magazine via e-mail, blev han inspireret af dette koncept allerede i gymnasiet og har forfulgt det lige siden:
”Jeg dkkede mere ind i matematik og naturvidenskab, og som et resultat begyndte jeg at blive interesseret i science fiction og avancerede teorier i en mere teknisk skala. Jeg begyndte at se Star Trek, den originale serie og The Next Generation, og bemærkede, hvordan de havde forudsagt eller inspireret opfindelsen af mobiltelefoner, tablets og andre faciliteter. Jeg tænkte på nogle af de andre teknologier, såsom fotontorpedoer, phasere og warp drive, og prøvede at undersøge både hvad 'star trek science' og 'real world science equivalent' havde at sige om det. Derefter snuble jeg over originalen fra Miguel Alcubierre, og efter at have fordøjet det i et stykke tid begyndte jeg at forfølge andre nøgleord og papirer og gå dybere ind i teorien. ”
Selvom konceptet generelt blev afvist for at være helt teoretisk og meget spekulativt, har det fået nyt liv ind i det i de senere år. Kreditten for dette går i vid udstrækning til Dr. Harold "Sonny" White, leder af avanceret fremdrivningsteam for NASA Johnson Space Center's Advanced Propulsion Physics Laboratory (også kaldet "Eagleworks Laboratory").
I løbet af 100-års Starship Symposium i 2011 delte Dr. White nogle opdaterede beregninger af Alcubierre Metric, som var genstand for en præsentation med titlen “Warp Field Mechanics 101” (og en undersøgelse med samme navn). Ifølge Dr. White var Alcubierres teori sund, men havde brug for noget seriøs test og udvikling. Siden da har han og hans kolleger gjort netop disse ting gennem Eagleworks Lab.
På lignende måde har Agnew brugt meget af sin akademiske karriere på at undersøge teorien og mekanikken bag fordrejningsmekanikken. Under mentorskab af Dr. Jason Cassibry - en lektor i mekanisk og rumfarveteknik og et fakultetsmedlem i UAH's Propulsion Research Center - har Agnews arbejde kulmineret i en undersøgelse, der vedrører de store forhindringer og muligheder, som varpemekanikundersøgelsen giver.
Som Agnew anførte, er en af de største kendsgerningerne, at begrebet ”varpdrev” stadig ikke tages særlig alvorligt i videnskabelige kredse:
“Efter min erfaring har omtalen af warp drive en tendens til at bringe humør til samtalen, fordi den er så teoretisk og ret ud af science fiction. Faktisk mødes det ofte med afvisende bemærkninger og bruges som et eksempel på noget, der er helt outlandish, hvilket er forståeligt. Jeg ved det i mit eget tilfælde, at jeg oprindeligt havde grupperet det mentalt i samme kategori som typiske superluminale begreber, da de tydeligvis alle krænker antagelsen om "lysets hastighed er den ultimative hastighed". Det var først, før jeg begyndte at gå nærmere ind i teorien, at jeg indså, at den ikke havde disse problemer. Jeg tror, der ville / vil være meget mere interesse, når enkeltpersoner kaster sig ind i de fremskridt, der er gjort. Ideens historisk teoretiske natur er også i sig selv en sandsynligvis afskrækkende, da det er meget vanskeligere at se betydelige fremskridt, når man ser på ligninger i stedet for kvantitative resultater.“
Mens feltet stadig er i sin spædbarn, har der været en række nylige udviklinger, der har hjulpet. F.eks. Opdagelsen af naturligt forekommende gravitationsbølger (GWS'er) af LIGO-forskere i 2016, som begge bekræftede en forudsigelse foretaget af Einstein for et århundrede siden og beviser, at grundlaget for warp-drevet findes i naturen. Som Agnew påpegede, er dette måske den mest markante udvikling, men ikke den eneste:
“I de sidste 5-10 år har der været mange fremragende fremskridt i retning af at forudsige drevets forventede effekter, bestemme, hvordan man kan bringe det til eksistens, styrke grundlæggende antagelser og koncepter, og min personlige favorit , måder at teste teorien på i et laboratorium.
”LIGO-opdagelsen for et par år tilbage var efter min mening et enormt spring fremad i videnskaben, da det eksperimentelt beviste, at rumtid kan 'fordreje' og bøje i nærvær af enorme tyngdefelt, og dette udbredes over hele univers på en måde, vi kan måle. Før var der en forståelse af, at dette sandsynligvis var tilfældet, takket være Einstein, men vi ved med sikkerhed nu. ”
Da systemet er afhængig af udvidelse og komprimering af rumtid, sagde Agnew, demonstrerede denne opdagelse, at nogle af disse effekter forekommer naturligt. ”Nu hvor vi ved, at effekten er reel, er det næste spørgsmål, efter min mening,,” hvordan studerer vi det, og kan vi generere det selv i laboratoriet? ”Tilføjede han. ”Naturligvis ville noget lignende være en enorm investering af tid og ressourcer, men ville være massivt fordelagtige.”
Naturligvis kræver Warp Drive-konceptet ekstra støtte og adskillige fremskridt, før eksperimentel forskning vil være mulig. Disse inkluderer fremskridt med hensyn til den teoretiske ramme såvel som teknologiske fremskridt. Hvis disse behandles som "bidestørrelsesproblemer" i stedet for en massiv udfordring, sagde Agnew, er der helt sikkert fremskridt:
”I bund og grund er det, der er nødvendigt for et varpdrev, en måde at udvide og kontraktlægge rumtid efter eget ønske og på en lokal måde, såsom omkring en lille genstand eller et skib. Vi ved med sikkerhed, at meget høje energitætheder i form af EM-felter eller masse, for eksempel, kan forårsage krumning i rumtiden. Det kræver imidlertid enorme beløb at gøre det med vores aktuelle analyse af problemet. ”
”På flipside skal de tekniske områder forsøge at forfine udstyret og forarbejde så meget som muligt, hvilket gør disse høje energitætheder mere plausible. Jeg tror, at der er en chance for, at når effekten først kan duplikeres i laboratorieskala, vil den føre til en meget dybere forståelse af, hvordan tyngdekraften fungerer, og kan åbne døren til nogle endnu uopdagede teorier eller smuthuller. Jeg antager at opsummere, det største hinder er energien, og med det kommer teknologiske forhindringer, der har behov for større EM-felter, mere følsomt udstyr osv.“
Den store mængde positiv og negativ energi, der er nødvendig for at skabe en varpboble, er fortsat den største udfordring forbundet med Alcubierres koncept. I øjeblikket mener forskere, at den eneste måde at opretholde den negative energitæthed, der kræves for at producere boblen, er gennem eksotiske stoffer. Videnskabsmænd estimerer også, at det samlede energibehov ville svare til Jupiters masse.
Dette repræsenterer imidlertid et markant fald fra tidligere energiskøn, som hævdede, at det ville tage en energimasse svarende til hele universet. Ikke desto mindre er en jupitermasse af eksotisk stof stadig uoverkommelig stor. I denne henseende skal der stadig gøres betydelige fremskridt for at skalere energikravene ned til noget mere realistisk.
Den eneste forudsigelige måde at gøre dette på er gennem yderligere fremskridt inden for kvantefysik, kvantemekanik og metamaterialer, siger Agnew. Hvad angår den tekniske side af tingene, er der behov for yderligere fremskridt med oprettelsen af superledere, interferometre og magnetiske generatorer. Og selvfølgelig er der spørgsmålet om finansiering, som altid er en udfordring, når det kommer til koncepter, der anses for at være ”derude”.
Men som Agnew udtaler, det er ikke en uovervindelig udfordring. I betragtning af de fremskridt, der er gjort indtil videre, er der
“Teorien har hidtil bekræftet, at det er værd at forfølge, og det er lettere nu end før at give bevis for, at den er legitim. Med hensyn til begrundelser for tildeling af ressourcer er det ikke svært at se, at evnen til at udforske ud over vores solsystem, også uden for vores galakse, ville være et enormt spring for menneskeheden. Og væksten i teknologi, der følger af at skubbe grænserne for forskning, ville helt sikkert være en fordel. ”
Ligesom flyvemaskine, nuklear forskning, rumfart, elektriske biler og genanvendelige raketforstærkere, synes Alcubierre Warp Drive bestemt til at være et af de koncepter, der skal kæmpe for sin vej op ad bakke. Men hvis disse andre historiske tilfælde er nogen indikation, kan det i sidste ende passere et punkt uden tilbagevenden og pludselig virke helt muligt!
Og i betragtning af vores voksende beskæftigelse med eksoplaneter (et andet eksploderende felt af astronomi) er der ingen mangel på mennesker, der håber på at sende missioner til nærliggende stjerner for at søge efter potentielt beboelige planeter. Og som de ovennævnte eksempler helt sikkert viser, nogle gange er alt hvad der er nødvendigt for at få bolden til at rulle et godt skub ...
Topbillede - “IXS Starship ”. Kredit og ©: Mark Rademaker (2016)
