ALPHA-samarbetet har genomfört det mest exakta experimentet någonsin för att mäta uppförandet av neutralt antimateria i ett gravitationsfält. Beroende på resultaten kan detta öppna dörren för otroliga nya tekniker. Många science fiction-tekniker kommer att förbli i fiktionens område under lång tid (eller för evigt), såvida inte fysiken förändras. Men många experiment kan kontrollera detta också?
Drömmen om omedelbar kommunikation, interstellära rymdskepp och förmågan att resa i tid är hackiga klichéer av science fiction. På många sätt representerar de mänsklighetens största förhoppningar och förlitar sig ändå på teknik som går utöver vad som för närvarande är känt. Emellertid genomförs och utvecklas ständigt nya experiment. Om vi har tur, vad kan vi hitta bortom horisonten? Ethan Siegel från Medium.com svarar på följande fråga:
"Förutsatt att vi är tur, vilken typ av vetenskapsexperiment under de kommande decennierna kan öppna upp science fiction-möjligheter för oss?"
Det finns några fantastiska möjligheter som kan skaka upp vår verklighet i slutet av 2000-talet.
Alla raketer som någonsin byggts kräver bränsle. Men om vi skulle skapa en mörk materia skulle man kunna hitta nytt bränsle bokstavligen varje steg på vägen genom galaxen.
Mörk materia kan vara en obegränsad bränslekälla som vi inte behöver transportera
Kampanjvideo:
Ett av vetenskapens största mysterier är faktiskt arten av mörk materia. Vi vet att det existerar genom indirekt observation, och vi vet att det finns mycket av det. Om du lägger till allt vanligt ämne i en stor galax, visar det sig att det är fem gånger mer mörk materia. Och det består nästan säkert av partiklar med några gemensamma egenskaper:
- de har massa
- de har ingen elektrisk eller färgad laddning
- de interagerar gravitationellt
- de måste, på en viss nivå, kollidera med varandra och / eller med vanlig materia
Från Einsteins berömda formel E = mc2 lärde vi oss att mörk materia innehåller en enorm mängd energi: fem gånger mer än all vanlig materia tillsammans. Om universum är bra för oss kan vi försöka utvinna det.
Massfördelningen av Abell 370, rekonstruerad med hjälp av gravitationslinsning, visar två stora, diffusa massa-glorier motsvarande den mörka substansen i de två sammanslagna klusterna. Det finns fem gånger mer mörk materia nära och inuti varje ansamling av vanlig materia.
Många experiment letar efter kollisioner av mörk materia både med vanlig materia och med sig själv. I allmänhet finns det två typer av partiklar: fermioner (med halvheltalsspinn) och bosoner (med heltalssnurr). Om mörk materia är en boson, betyder det att det troligtvis är sin egen antipartikel, vilket innebär att om du tar två partiklar av mörk materia och tvingar dem att interagera med varandra, kommer de att förstöra varandra. Och om de förstörs kommer de att producera ren energi. Med andra ord är det en fri, obegränsad energikälla som finns överallt och i överflöd. Och du behöver inte ens ta det med dig om du bestämmer dig för att korsa universum. Därför, när du hör om experiment för att söka efter mörk materia, är obegränsad, fri energi vårt ultimata önskade mål.
En illustration av ett Star Trek-varpfält som krymper utrymmet framför det och förlänger utrymmet bakom det
Antimateria kan ha negativ massa, vilket innebär att det kan vara nyckeln till en varp-enhet
Om du vill resa till stjärnorna kommer konventionella energikällor och bränsle bara att få dig från stängslet fram till lunchtid. Eller de rör sig inte snabbare än ljusets hastighet. Den närmaste solstjärnan med potentiellt bebobara världar, Tau Ceti, är cirka 12 ljusår bort. Det vill säga att resan ensam tar minst hälften av ditt liv. Men om vi kunde krympa utrymmet framför oss när vi reser genom det interstellära utrymmet medan vi utökar det bakom oss, skulle vi kunna komma dit mycket snabbare. Detta var idén som astrofysiker Miguel Alcubierra kom upp 1994, som senare formaliserade den enligt strikt vetenskapens kanoner.
Först nu, för att lösa Alcubierra, behövs en negativ massa
För att uppnå korrekt konfiguration av rymdtid som krävs för att påskynda varpdrivningen måste två villkor uppfyllas: en kolossal mängd energi och förekomsten av negativ massa. Denna negativa massa, som fortfarande bara är känd på papper, behövs för att rymdtidens korrekta krökning och därför för varprörelse. Men vi har aldrig uppmätt massan av antimateriella partiklar; de faller "ner" eller "upp" i gravitationsfältet, detta är fortfarande okänt. CERNs ALPHA-experiment mäter för närvarande gravitationseffekterna av antimateria och dess beteende i ett gravitationsfält. Om svaret är att falla "upp" i gravitationsfältet kommer vi helt enkelt att få vår negativa massa och montera varpdrivningen.
Det virtuella IronBird-verktyget låter dig skapa konstgjord tyngdkraft, men kräver mycket energi och låter dig endast tillhandahålla en specifik centripetalkraft. Sann konstgjord tyngdkraft kräver negativ massa
Negativ massa skulle också tillåta oss att skapa konstgjord tyngdkraft
Samma möjlighet - förekomsten av negativ massa i universum - skulle göra det möjligt för oss att skapa ett konstgjort tyngdfält. Förekomsten av positiva och negativa laddningar i elektromagnetismen gör att vi kan skapa ledare, manipulera elektriska fält och skydda dessa elektriska fält. Tyngdkraften, som vi nu förstår, har bara en typ av laddning: positiv massa. Förekomsten av negativ massa skulle tillåta oss att skapa en verklig miljö med noll tyngdkraft och skulle ge oss förmågan att skapa ett konstgjordt gravitationsfält av vilken storlek som helst mellan två system med positiv och negativ massa.
Idén om tidsresor dyker ständigt upp i science fiction. Men om det finns stängda tidiga kurvor i universum är detta inte bara möjligt, utan oundvikligt.
Ett roterande universum kan tillåta oss att gå tillbaka i tiden
Samtidigt är tidsresan inte bara möjlig utan också oundviklig … i framåtriktningen. Eftersom rymden och tiden förenas av rymdtidens struktur kommer det att ta en betydande skakning av fysiken som vi vet för att få tiden att flyta i motsatt riktning. I rymden är det ganska enkelt att återgå till sin ursprungliga position: Jorden själv gör detta när den kretsar kring solen, men samtidigt passerar det ett betydande avstånd framåt i tiden, det vill säga tiden går, ungefär ett år. En "stängd utrymmesliknande kurva" är lätt att göra. Men för att återgå till utgångspunkten i tiden krävs något ovanligt: en "stängd tidlik kurva" är en funktion som inte finns i vårt expanderande, materiefyllda universum. Om inte universum snurrar.
I det universum som roterar finns det en exakt lösning där materiens densitet och den kosmologiska konstanten (aka mörk energi) har vissa värden, och universumet bör ha stängda tidsliknande kurvor. Fram till nu har vi bara infört begränsningar för den allmänna, globala rotationen av universum, men uteslutte inte den helt. Om universum roterar med en viss hastighet, som balanseras av en given materialtäthet och en kosmologisk konstant, är det absolut möjligt att gå tillbaka i tiden och återgå till den exakta platsen där du började, inte bara i rymden, men också i rymden. Storskaliga undersökningar av djupa himmelstrukturer, som kan ge observationer från WFIRST- eller LSST-observatorier, kan avslöja en sådan rotation, om någon.
Konceptbild av NASA: s WFIRST-satellit, som kommer ut i rymden 2024 och kommer att ge oss de mest exakta mätningarna av mörk energi, och också göra andra upptäckter
Det finns alltid mer exotiska möjligheter än vetenskapen tillåter - teleportering av fysiska föremål, omedelbar rörelse mellan öppna platser (maskhål) eller kommunikation snabbare än ljusets hastighet - men detta kommer att kräva mycket mer komplexa danser med tamburiner än ett enkelt experiment med två möjliga resultat. Men vi fortsätter att titta. Vetenskap är inte en enkelriktad berättelse. Det är en pågående detektivhistoria, där varje upptäckt, varje datapunkt och varje experiment oundvikligen leder till djupare frågor i framtiden. Det är viktigt att hålla ett öppet sinne längs vägen.
Ilya Khel
