Je to těžké žít v relativistickém vesmíru, kde jsou i nejbližší hvězdy tak daleko a rychlost světla je absolutní. Není divu, proč franšízy sci-fi běžně používají jako plot zařízení FTL (Faster-than-Light). Stiskněte tlačítko, sešlápněte pedál a tento ozdobný pohonný systém - jehož fungování nikdo nemůže vysvětlit - nás pošle na jiné místo v časoprostoru.
V posledních letech se však vědecká komunita stala pochopitelně nadšená a skeptická ohledně tvrzení, že konkrétní koncept - Alcubierre Warp Drive - by mohl být ve skutečnosti proveditelný. To byla přednáška na letošním Americkém institutu letectví a astronautiky pro pohon a energii, který se konal od 19. do 22. srpna v Indianapolis.
Tuto prezentaci provedl Joseph Agnew - vysokoškolský inženýr a výzkumný asistent z University of Alabama v Huntsville's Propulsion Research Center (PRC). V rámci sezení nazvaného „Budoucnost jaderného a průlomového pohonu“ se Agnew podělil o výsledky studie, kterou provedl s názvem „Zkoumání teorie a technologie warpu s cílem určit současný stav umění a proveditelnosti“.
Jak Agnew vysvětlil zabalenému domu, teorie za osnovním pohonným systémem je relativně jednoduchá. Původně navržený mexickým fyzikem Miguelem Alcubierrem v roce 1994, je tento koncept pro FTL systém vnímán člověkem jako vysoce teoretické (ale možná platné) řešení Einsteinových polních rovnic, které popisují, jak prostor, čas a energie v našem vesmíru interagují.
Řečeno laikem, Alcubierre Drive dosahuje FTL cestování tím, že natahuje strukturu časoprostoru ve vlně, způsobuje zkrácení prostoru před ním, zatímco se prostor za ním rozšiřuje. Teoreticky by kosmická loď uvnitř této vlny byla schopna projet tuto „warp bublinu“ a dosáhnout rychlosti nad rychlost světla. Toto je známé jako „Alcubierre Metric“.
Interpretovaný v kontextu obecné relativity by vnitřek této osnovní bubliny představoval inerciální referenční rámec pro cokoli uvnitř. Ze stejného důvodu se takové bubliny mohou objevit v dříve ploché oblasti spacetime a překročit rychlost světla. Vzhledem k tomu, že se loď nehýbe časoprostorem (ale pohybuje se samotným časoprostorem), konvenční relativistické efekty (jako dilatace času) by se nepoužily.
Stručně řečeno, Alcubierre Metric umožňuje FTL cestování bez porušení zákonů relativity v konvenčním smyslu. Jak Agnew řekl časopisu Space Magazine e-mailem, byl touto koncepcí inspirován již na střední škole a od té doby jej sleduje:
"Ponořil jsem se do matematiky a vědy více, a v důsledku toho jsem se začal zajímat o sci-fi a pokročilé teorie v technickém měřítku." Začal jsem sledovat Star Trek, Original Series a The Next Generation, a všiml jsem si, jak předpovídali nebo inspirovali vynález mobilních telefonů, tabletů a dalších doplňků. Přemýšlel jsem o některých dalších technologiích, jako jsou fotonová torpéda, phasery a warpová mechanika, a pokusil jsem se prozkoumat, co o nich musí říkat „vědecká trek“ a „ekvivalent skutečné vědy“. Potom jsem narazil na původní dokument Miguela Alcubierreho a po chvilce strávení jsem začal sledovat další klíčová slova a papíry a prohlubovat se v teorii. “
Zatímco koncept byl obecně odmítnut pro bytí úplně teoretický a velmi spekulativní, to má nový život vdechl do toho v uplynulých letech. Kredit za toto jde do značné míry dr. Haroldovi „Sonnymu“ Whiteovi, vedoucímu týmu pro pokročilý pohon, vedoucímu laboratoře Advanced Propulsion Physics Laboratory NASA Johnson Space Center (aka „Eagleworks Laboratory“).
Během 100letého sympozia hvězdných lodí v roce 2011 sdílel Dr. White několik aktualizovaných výpočtů metriky Alcubierre Metric, které byly předmětem prezentace s názvem „Warp Field Mechanics 101“ (a studie se stejným názvem). Podle Dr. Whiteové byla Alcubierrova teorie zdravá, ale potřebovala nějaké seriózní testování a vývoj. Od té doby on a jeho kolegové dělají tyto věci prostřednictvím Eagleworks Lab.
V podobném duchu Agnew strávil velkou část své akademické kariéry zkoumáním teorie a mechaniky za mechanikou warp. Jason Cassibry, docentka strojního a leteckého inženýrství a členka fakulty výzkumného střediska pro výzkum pohonu na Ukrajině, vyvrcholila Agnewova studie studií, která se zabývá hlavními překážkami a příležitostmi, které přináší výzkum mechaniky osnovy.
Jak souvisí s Agnewem, jedním z největších je skutečnost, že koncept „warpové jednotky“ se ve vědeckých kruzích stále nebere příliš vážně:
“Podle mé zkušenosti má zmínka o warpové jednotce tendenci vnášet smíchy do konverzace, protože je tak teoretická a přímo mimo sci-fi. Ve skutečnosti se často setkává s odmítavými poznámkami a používá se jako příklad něčeho zcela cizího, což je pochopitelné. Vím, že v mém vlastním případě jsem to zpočátku seskupil mentálně do stejné kategorie jako typické superluminální koncepty, protože zjevně všichni porušují předpoklad „rychlost světla je konečná rychlost“. Teprve když jsem se do teorie ponořil opatrněji, uvědomil jsem si, že tyto problémy nemá. Myslím, že bude / bude mnohem větší zájem, když se jednotlivci ponoří do pokroku, kterého bylo dosaženo. Historicky teoretická povaha myšlenky je také sama o sobě pravděpodobně odrazující, protože je mnohem obtížnější vidět podstatný pokrok, když se díváte na rovnice místo kvantitativních výsledků.“
I když je pole stále ještě v plenkách, došlo k několika nedávným událostem, které pomohly. Například objev přirozeně se vyskytujících gravitačních vln (GWS) vědci LIGO v roce 2016, který potvrdil předpověď Einsteina před sto lety, a dokazuje, že základ pro warp pohon existuje v přírodě. Jak naznačila Agnew, je to pravděpodobně nejvýznamnější vývoj, ale ne jediný:
“V posledních 5–10 letech došlo k mnoha vynikajícím pokrokům v souladu s předpovídáním očekávaných účinků pohonu, určováním toho, jak by se dalo dosáhnout, posílením základních předpokladů a konceptů a mým osobním favoritem , způsoby testování teorie v laboratoři.
„Objev LIGO před několika lety byl podle mého názoru obrovským skokem vpřed ve vědě, protože experimentálně dokázal, že časoprostor se může„ deformovat “a ohýbat v přítomnosti obrovských gravitačních polí, a to se šíří napříč vesmír takovým způsobem, který můžeme měřit. Dříve existovalo pochopení, že tomu tak pravděpodobně bylo, díky Einsteinovi, ale teď to víme jistě. “
Protože se systém spoléhá na rozšíření a kompresi časoprostoru, řekl Agnew, tento objev ukázal, že některé z těchto efektů se vyskytují přirozeně. "Teď, když víme, že účinek je skutečný, je další otázkou, podle mého názoru," jak to zkoumáme a můžeme si ho sami vygenerovat v laboratoři? "Dodal. "Je zřejmé, že něco takového by byla obrovská investice času a zdrojů, ale bylo by to nesmírně prospěšné."
Koncept Warp Drive samozřejmě vyžaduje další podporu a mnoho pokroků, než bude možný experimentální výzkum. Patří sem pokroky v oblasti teoretického rámce i technologický pokrok. Pokud se s nimi bude jednat jako s problémy s „kousnutím“ namísto jedné obrovské výzvy, řekl Agnew, pak bude jistě dosaženo pokroku:
„V podstatě je pro warpovou pohon potřebný způsob, jak se podle potřeby a lokálním způsobem, například kolem malého objektu nebo lodi, rozbalit a zkrátit časoprostor. Víme s jistotou, že například velmi vysoká hustota energie, například ve formě EM polí nebo hmoty, může v časoprostoru způsobit zakřivení. S naší současnou analýzou problému to však vyžaduje obrovské množství. “
„Na druhé straně by se technické oblasti měly snažit vylepšit zařízení a zpracovat co nejvíce, aby byly tyto vysoké energetické hustoty věrohodnější. Věřím, že existuje šance, že jakmile bude účinek duplikován v laboratorním měřítku, povede to k mnohem hlubšímu pochopení toho, jak funguje gravitace, a může otevřít dveře některým dosud neobjeveným teoriím nebo mezerám. Předpokládám shrnutí, že největší překážkou je energie, a tím přicházejí technologické překážky, které vyžadují větší pole EM, citlivější zařízení atd.“
Pouhé množství pozitivní a negativní energie potřebné k vytvoření warpové bubliny zůstává největší výzvou spojenou s Alcubierrovým konceptem. V současné době se vědci domnívají, že jediným způsobem, jak udržet negativní energetickou hustotu potřebnou k vytvoření bubliny, je exotická hmota. Vědci také odhadují, že celkový energetický požadavek by byl ekvivalentní hmotnosti Jupiteru.
To však představuje významný pokles oproti dřívějším odhadům energie, který tvrdil, že by to vyžadovalo energetickou hmotnost ekvivalentní celému vesmíru. Přesto je množství exotické hmoty Jupiteru stále příliš velké. V tomto ohledu je třeba ještě učinit významný pokrok, aby se energetické požadavky snížily na něco realističtějšího.
Jediným předvídatelným způsobem, jak toho dosáhnout, je prostřednictvím dalšího pokroku v kvantové fyzice, kvantové mechanice a metamateriálech, říká Agnew. Pokud jde o technickou stránku věcí, bude třeba dále pokročit ve vytváření supravodičů, interferometrů a magnetických generátorů. A samozřejmě je tu otázka financování, což je vždy výzva, pokud jde o koncepty, které jsou považovány za „venku“.
Ale jak říká Agnew, není to nepřekonatelná výzva. Pokud jde o dosavadní pokrok, existují
“Teorie zatím potvrdila, že stojí za to ji sledovat, a dnes je snazší dokázat, že je legitimní. Pokud jde o důvody pro přidělování zdrojů, není těžké pochopit, že schopnost prozkoumat mimo naši sluneční soustavu, dokonce i za naší galaxií, by pro lidstvo znamenal obrovský skok. A růst technologií vyplývající z posouvání mezí výzkumu by byl jistě přínosný. “
Stejně jako avionika, jaderný výzkum, průzkum vesmíru, elektromobily a znovu použitelné posilovače raket se zdá, že Alcubierre Warp Drive je předurčen k tomu, aby byl jedním z těch konceptů, které budou muset bojovat do kopce. Pokud jsou však tyto další historické případy náznakem, může to nakonec skončit bez návratu a najednou se to zdá zcela možné!
A vzhledem k rostoucímu zájmu o exoplanety (další explodující pole astronomie) není dostatek lidí, kteří doufají, že vysílají mise do blízkých hvězd, aby hledali potenciálně obyvatelné planety. A jak výše uvedené příklady určitě ukazují, někdy je vše, co je potřeba k tomu, aby se míč dostal, dobrý tah…
Horní obrázek - “IXS Starship “. Kredit a ©: Mark Rademaker (2016)
