Interstellar resor fortsätter att spänna allmänhetens sinnen. Warp-enheter har länge varit framträdande i popkulturen, både inom litteratur och film. Men kommer mänskligheten kunna skapa en teknik som kan manipulera rymden och ge resor snabbare än ljus?
Vi ser detta hela tiden i science fiction: varpdrivna fartyg tillåter karaktärer i en berättelse, roman, film eller tv-serie att utforska nya planeter och till och med galaxer. Dessa fordon kan till och med flyga snabbare än ljusets hastighet, även om General Relativity lär oss att ingen kan resa snabbare än ljus. Är det inte? Trots allt har ljus ingen massa, vilket innebär att det kan färdas med en hastighet av 299,792,458 meter per sekund.
Allt är sant. Ingenting kan överskrida den universella hastighetsgränsen. Vi kan dock fortfarande ha förmågan att bygga en varpdrev utan att bryta några fysiska lagar.
1994 skrev teoretisk fysiker Miguel Alcubierre från Mexiko en artikel där han presenterade de matematiska beräkningarna och den vetenskapliga grunden för att skapa en verklig varpdrev som inte skulle motsäga General Relativity. Han blev intresserad av denna metod för interstellär resa efter att ha sett den i aktion - täckt jätteavstånd i science fiction-verk.
Ett rymdskepp med en varpkörning sett av konstnären.
Varpdrivningen expanderar och kontrakterar tyget av rymdtid runt fartyget och dess bubbla. Apparaten accelererar i princip inte eller rör sig. Tyget rör sig runt det och skjuter det framåt. Föreställ dig som exempel att du står på ett transportband - att du rör dig, men att du inte går. Tejpen på bandet rör dig framåt. Komprimering av rymdtid framför rymdskeppet kommer att dra det, och expansionen bakom det kommer att fortsätta denna framåtrörelse. Einstein visade att rymdtid kan böjas av massa eller energi, därför kan den manipuleras på andra sätt. Anledningen till att detta fartyg kan resa snabbare än ljus är för att General Relativity säger att ingenting i rymden kan överskrida hastighetsgränsen.emellertid finns det ingen hastighetsgräns för utvidgningen eller sammandragningen av själva rymden. Vi rör inte något i rymden - vi flyttar rymden själv.
Alcubierres arbete var uppmuntrande och imponerande, men det fanns också många hål i det. I det ursprungliga arbetet teoretiserade han att för att förse ett sådant fartyg med tillräcklig kraft skulle det behövas mer negativ energi än det finns i universum alls, nämligen tack vare det, rymden expanderar. Problemet är att negativ energi är svårfångad, till och med många fysiker tvivlar på dess existens, för att inte tala om att vi kommer att kunna producera enorma volymer av den.
Våra observationer av vad som kan vara negativ energi är mildt sagt otillräckliga. Förmodligen är det vi anser som tomt utrymme inte tomt - det har en energitäthet som också kallas noll. Enligt kvantmekanik fylls det tomma utrymmet med energipartiklar som dyker upp och försvinner. Om vi lyckas stoppa deras utseende får vi negativ energi.
Kampanjvideo:
Visualisering av varpfältet enligt Alcubierre-motorn.
Forskare försökte skapa den i laboratoriet genom att pressa två metallplattor (som var så platta att de var perfekt släta på nästan atomnivå) på ett avstånd som är mycket mindre än tjockleken på ett mänskligt hår. Det återstående utrymmet var så litet att partiklar inte kunde existera i det, på grund av att kraften runt plattorna ökade och visade egenskaperna hos negativ energi. Naturligtvis räcker inte dessa observationer - det här är bara ett litet experiment, vars resultat långt ifrån kan dra slutliga slutsatser.
Om vi i framtiden fortfarande lyckas ta reda på hur vi får mer negativ energi, kanske det inte behövs så mycket som Alcubierre föreslog. De senaste förbättringarna av sitt arbete, utförda av NASA-forskare, minskade avsevärt mängden energi som skulle krävas för en varpdrivning genom att vibrera delar av enheten vid höga frekvenser. Detta skulle göra det lättare att flytta genom rymdtid och minska mängden energi som behövs. Aktuella teorier om hur mycket negativ energi en varpdrivning kan behöva för att sträcka sig från 65 ecjoules till flera negativa och positiva solmassor. 65 exajoules är ungefär vad USA använder på ett år. Det här är fortfarande mycket, men ganska verkligt. Om vi kan använda mörk energi behöver vi inte mer än Jupiters massa. Det enda problemet är att vi inte riktigt förstår vad mörk energi är och hur det fungerar. Och det kan bli det exotiska materialet som behövs för att driva en varp-enhet.
Som jämförelse: för interstellär resor på traditionella raketer kommer det inte bara att ta hundratusentals år, utan bränsletanken är större än universum. Och det är för att inte nämna det faktum att du fortfarande behöver hitta material som tål en så lång resa.
I vissa modeller - till exempel i Harold Whites koncept - kan ett rymdskepp som drivs av en varpdrivning röra sig 10 gånger snabbare än ljus. Med denna hastighet kunde vi nå den närmaste exoplaneten - Alpha Centauri B b - på bara sex månader, trots att vi är mer än fyra ljusår från jorden. De snabbaste moderna fordonen kan nå hastigheter på drygt 32 tusen kilometer i timmen: resan till Alpha Centauri B b med denna hastighet kommer att ta 142 tusen år. Trettiotvå tusen kilometer i timmen är cirka 0,003% av ljusets hastighet.
NASA: s interstellära rymdskepp med IXS Enterprise varp-enhet.
Att resa med en sådan hastighet skulle göra det möjligt för mänskligheten att korsa den kosmologiska horisonten och utforska inte bara dess universum, utan också multiversen. I teorin finns det en gräns för hastigheten på en varpdrev, men även de teoretiska gränserna skulle göra det möjligt för oss att resa till nya galaxer på en split sekund. Som en fördel skulle fartyget kunna accelerera och retardera, och passagerarna skulle inte uppleva tidsutvidgning. Enkelt uttryckt skulle det ha varit möjligt att undvika en situation där du anlände till din destination och befann dig så långt framåt i tiden att alla på jorden som du kände är länge döda.
Förutom energikällor betraktas också partiklar som påskyndas under resan som ett problem, som oavsiktligt kan startas när man bromsar och förstör hela världar. Dessutom finns det en möjlighet att det blir omöjligt att sakta ner så fort du börjar flytta, och besättningen kan dö av flera orsaker. Ändå visar matematik och experimentella data att varpdrivare kan ha en chans.
Om vi verkligen lyckas skapa denna teknik, kommer inte ett sekel att gå innan vi lär oss att tillämpa den. Liksom maskhål är möjligheterna av varpdrivare otroliga, men de är inte lätta att uppnå.
Vladimir Guillen
