Raskere enn lyset reise: Er warp drive virkelig mulig?

I Universet i Star Trek, menneskeheten drister seg ut på Galaxy 5 April 2063 med den første noensinne reise på et skip som er i stand til å raskere enn lyset reise. Den nylig oppfunnet «warp drive» ikke bare lar mennesker utforske kosmos, men tiltrekker seg oppmerksomheten til Vulcans og bringer om vår første kontakt med en fremmed art.,

Det er blitt 54 år siden vi ble først introdusert til Bedriften, og mange av Star Trek er fremtidens teknologi har siden blitt oppfunnet, fra håndholdte kommunikatører å universal oversettere. Warp drive er det neste opplagte valget: Voyager 1, som har reist lengst fra Jorden av noen romskip, tok nesten 35 år til å forlate solsystemet. Ikke akkurat praktisk for interstellare reiser.

Heldigvis for menneskeheten, teoretiske fysikere har jobbet på det., I Mai 2020, NASA forsker Harold «Sonny» Hvite lansert en intern gjennomførbarhet rapporten diskuterer teknologi fra synspunkt av «tidlig planlegging’.,

Les mer om vitenskapen av Star Trek:

• «Star Trek replicator’ bruker lys til å lage 3D-objekter i minutter
• Star Trek-inspirert fly drevet av ‘ioniske wind» tar flyturen
• Fem ting fra Star Trek som kom true

Den første vitenskapelige teorien om warp drive kom i 1994, når teoretisk fysiker Miguel Alcubierre brukt Einsteins teori om Generell Relativitetsteori for å utvikle et rammeverk som ville tillate raskere enn lyset reise innenfor rammen av lover., Nøkkelen som gjør det mulig er det, teknisk sett, selve skipet ikke reise raskere enn lyset.

«Hva warp drive gjør er i utgangspunktet si at det er ingen lov i fysikk som sier plass-tiden i seg selv kan ikke gå raskere enn lysets hastighet,» sier Dr Erin Macdonald, astrofysiker og vitenskap konsulent for Star Trek.

«Og så konseptet av warp drive på er å si at, greit, la oss ta våre skip, la oss bygge en boble av rom-tid rundt det, og så skal vi ha det drive oss raskere enn lysets hastighet, sier hun., Det ligner til ideen om en racerbil kjører om bord i et tog: noen som står ved sporene ville se på bilen som reiser mye raskere enn sin toppfart.

i Henhold til Generell Relativitetsteori, Universet er et flatt ark av rom-tid som er forvridd av en gjenstand med masse. «Vi tror på bowling ball på trampolinen og som bowling ball dips trampoline ned, sier Macdonald, «og det er det masse ikke å tid-rom.»Denne forvrengning av rom-tid er hva vi opplever som tyngdekraften.,

• Abonner på Vitenskapen Fokus Podcast på disse tjenestene: Adrevet, iTunes, Stitcher, RSS, Overskyet

De Alcubierre stasjonen bruker samme konseptet. ‘Bubble’ rundt skipet er et område av rom-tid som er komprimert i fronten av skipet og utvidet bak det. Som med tyngdekraften, kan du opprette denne forvrengning ved hjelp av en stor mengde masse. Alternativt, takk til Einsteins E = mc2 (energi er lik masse ganger lysets hastighet kvadrat), du kunne like bruke en enorm mengde energi.,

Inne i boblen, rom-tid er helt flatt, noe som betyr plass reisende ville ikke merke til noen merkelige, relativistiske effekter. Resultatet er at boblen av rom-tid er kastet over Universet, med den reisende sitter komfortabelt inne i skipet deres, speedometer fortsatt leser den samme nummer.

Dessverre er faktisk å skape en warp drive er enda vanskeligere enn det høres ut. «Du må ha en veldig, veldig stor mengde energi,» sier José Natário, Førsteamanuensis i matematikk ved Instituto Superior Técnico i University of Lisbon.,

«for Å ha deformasjon som du trenger for denne type ting til å fungere, du vil trenge mye, mye mer energi enn Sola eller Galaxy,» sier han. «Men det er også negative energi.»

Les mer fra Erin Macdonald:

• Star Trek Picard premiere: løse tomt hull, supernovae og Solen vår skjebne
• vitenskap Picard med Dr Erin Macdonald

Negativ energi er ikke noe som vi kan nå lage – riktignok ikke i de mengder som trengs for å drive en warp drive. Hvordan kan energi bli negativ i det hele tatt?,

En måte å tenke på det er å vurdere en partikkel med masse negative. Disse partiklene ville reagere på alvor i den motsatte måten å partikler av positive masse. I stedet for å bli trukket mot en planet eller stjerne, ville de bli kastet bort.

«Hvis vi hadde noen slags komponent som at der vi hadde en negativ masse, hva er å sørge for at massen sammen ville være at negativ energi, sier Macdonald.

Dette er ikke et problem som vil gå unna med å avgrense den ideen, enten: Natário bevise matematisk at enhver form for warp drive vil kreve negativ energi.,

Joseph Agnew er en graduate student ved University of Alabama i Huntsville med lavere arbeid på warp drive ble publisert i AIAA journal. Han mener at mer forskning på det grunnleggende av fysikk er veien videre for warp drive.

«Videre eksperimentell studie av naturlig forekommende gravitasjonsbølger og kanskje en studie på og prøver å generere kunstig gravitasjonsbølger ville virkelig fremme forståelsen av tyngdekraften, og derfor romtid og alle tilkoblede vitenskap», Agnew sier.,

Natário mener det er et enda større problem med konseptet av de Alcubierre stasjonen. Tenk deg et supersonisk fly reiser raskere enn lydens hastighet. Du hører ikke flyet før det har allerede gått forbi, fordi lydbølgene kan ikke holde tritt. Warp drive opplever den samme effekten med lette bølger, noe som betyr at det er ingen måte for å sende en melding i forkant av du.,

«jeg kaller det» du trenger en til å gjøre en’ problem,» sier Natário. Hvordan lager du den skjeve rom-tid geometri rundt skipet ditt? Første, du trenger å sende et signal i forkant av deg å «fortelle» space-time for å deformere, Natário sier. «For å gjøre det gå raskere enn lyset, trenger du noe som ville gå fortere enn lyset til å begynne med slik at du vil være i stand til å kommunisere utenfor horisonten.»

Disse to problemer – kombinert med den lille problemet at de reisende ville bli bombardert med utrolig høy-energi stråling – er fall i warp drive, Nátario mener., «Poenget er, i min mening, det er helt umulig, sier han.

Les mer fra Reality Check:

• Hvorfor er så mange mennesker som spiller Animal Crossing?
• Fredelige protester: Er ikke-voldelige demonstrasjoner en effektiv måte å oppnå endring?

Agnew er mer optimistisk. «Mange av disse teoretiske space transportation konsepter stole mye på en grundig forståelse av tyngdekraften og romtid, som bare ikke er tilfelle i dag, sier han.

«jeg ennå ikke ser noen måte vi kan si med absolutt sikkerhet at det vil aldri skje i en million år’., Når du er i tvil, historie tilsier at det er bedre å feile på siden av forsiktig, vitenskapelige optimisme.»

Macdonald, er også håp. «Jeg er en evig optimist med dette fordi jeg ønsker å bli med Starfleet,» sier hun. «Slik jeg tenker på det er det er som vi vet aldri hva som kommer til å komme ned i røret, med sorter av disse rare, eksotisk, morsom tanke-eksperimenter.

«jeg er enig på dette stadiet, akkurat nå, det er en morsom tanke-eksperiment. Men det er ikke til hinder for noen massive funn som kan skje at vi ikke kan forutsi.,»