Snabbare än lätt resa: är warp drive verkligen möjligt?

i universum av Star Trek, mänskligheten ventures ut i galaxen den 5 April 2063 med den första resan någonsin på ett fartyg som kan snabbare än ljus resa. Den nyfunna ”warp drive” låter inte bara människor utforska kosmos, men lockar uppmärksamheten hos vulcaner och ger vår första kontakt med en främmande art.,

det har varit 54 år sedan vi först introducerades till företaget, och många av Star Treks futuristiska teknik har sedan uppfunnits, från handhållna kommunikatörer till universella översättare. Warp drive är nästa självklara val: Voyager 1, som har rest längst bort från jorden av alla rymdfarkoster, tog nästan 35 år att lämna solsystemet. Inte direkt praktiskt för interstellära resor.

lyckligtvis för mänskligheten har teoretiska fysiker arbetat med det., I maj 2020 släppte NASA-forskaren Harold ”Sonny” White en intern genomförbarhetsrapport som diskuterade tekniken ur synvinkel av ”tidig uppdragsplanering”.,

Läs mer om vetenskapen om Star Trek:

• ’Star Trek replicator’ använder ljus för att skapa 3D-objekt på några minuter
• Star Trek-inspirerade flygplan som drivs av ’jonisk vind’ tar flyg
• fem saker från Star Trek som blev sanna

den första vetenskapliga teorin om warp drive kom 1994, då teoretisk fysiker Miguel Alcubierre använde sig av Einsteins teori om allmän relativitet att utveckla en ram som skulle möjliggöra snabbare än ljus resor inom ramen för fysikens lagar., Nyckeln som gör det möjligt är att skeppet inte färdas snabbare än ljuset.

”vad warp drive gör säger i grunden att det inte finns någon fysiklag som säger att rymdtiden inte kan gå snabbare än ljusets hastighet”, säger Dr Erin Macdonald, astrofysiker och vetenskapskonsult för Star Trek.

”och så är begreppet warpdrift att säga, Okej, låt oss ta vårt skepp, låt oss bygga en bubbla av rymdtid runt det, och då får vi det som driver oss snabbare än ljusets hastighet”, säger hon., Det liknar tanken på en racerbil som kör ombord på ett tåg: någon som står vid spåren skulle se bilen resa mycket snabbare än sin toppfart.

enligt den allmänna relativitetsteorin är universum ett platt ark av rymdtid som förvrängs av något föremål med massa. ”Vi tänker på bowlingklotet på studsmattan och att bowlingklotet doppar studsmattan ner”, säger Macdonald, ” och det är vad massan gör för att rymdtiden.”Denna förvrängning av rymdtid är vad vi upplever som gravitation.,

• prenumerera på Science Focus Podcast på dessa tjänster: Acast, iTunes, Stitcher, RSS, Mulet

Alcubierre-enheten använder samma koncept. ”Bubblan” som omger skeppet är ett område av rymdtid som komprimeras framför skeppet och expanderas bakom det. Som med gravitation kan du skapa denna förvrängning med en stor mängd massa. Alternativt, tack vare Einsteins E = mc2 (energi är lika med massa, gånger ljusets hastighet kvadrerad), kan du lika mycket använda en stor mängd energi.,

inuti bubblan är rymdtiden helt platt, vilket innebär att rymdresenärer inte skulle märka några konstiga, relativistiska effekter. Resultatet är att rymdtidens bubbla slungas över universum, med resenärerna som sitter bekvämt inne i sitt skepp, läser hastighetsmätaren fortfarande samma nummer.

tyvärr är det ännu svårare att skapa en warp-enhet än det låter. ”Du måste ha en mycket, mycket stor mängd energi”, säger José Natário, docent i matematik vid Instituto Superior Técnico vid universitetet i Lissabon.,

”för att få den deformation som du behöver för att den här typen av saker ska fungera behöver du mycket, mycket mer energi än solen eller galaxen”, säger han. ”Men det är också negativ energi.”

Läs Mer från Erin Macdonald:

• Star Trek Picard premiere: lösa tomt hål, supernovor och vår sol öde
• vetenskapen om Picard med Dr Erin Macdonald

negativ energi är inte något som vi för närvarande kan skapa – absolut inte i de kvantiteter som behövs för att driva en varp enhet. Hur kan energin vara negativ alls?,

ett sätt att tänka på det är att överväga en partikel med negativ massa. Dessa partiklar skulle reagera på gravitationen på exakt motsatt sätt till partiklar av positiv massa. Istället för att dras mot en planet eller stjärna, skulle de kastas bort.

”om vi hade någon form av komponent som den där vi hade en negativ massa, skulle det som håller den massan tillsammans vara den negativa energin”, säger Macdonald.

det här är inte ett problem som kommer att gå bort med att förfina tanken, antingen: Natário visade matematiskt att någon form av warpdrift kommer att kräva negativ energi.,

Joseph Agnew är doktorand vid University of Alabama i Huntsville, vars grundutbildning arbete på warp drive publicerades i AIAA tidning. Han tror att mer forskning om fysikens grunder är vägen framåt för warpdrift.

”ytterligare experimentell studie av naturligt förekommande gravitationsvågor och kanske en studie om att försöka generera artificiella gravitationsvågor skulle verkligen öka förståelsen för gravitationen, och därför rymdtid och all ansluten vetenskap”, säger Agnew.,

Natário anser att det finns ett ännu större problem med begreppet Alcubierre-enhet. Föreställ dig ett supersoniskt flygplan som reser snabbare än ljudets hastighet. Du hör inte flygplanet förrän det redan har gått förbi, eftersom ljudvågorna inte kan hänga med. Warpdriften upplever samma effekt med ljusvågor, vilket betyder att det inte finns något sätt att skicka ett meddelande framför dig.,

”Jag kallar det” du behöver en för att göra ett ”problem”, säger Natário. Hur skapar du skev rymdtid geometri runt ditt skepp? Först måste du skicka en signal framför dig för att ”berätta” rymdtid till warp, säger Natário. ”För att få det att gå snabbare än ljuset behöver du något som skulle gå snabbare än ljuset till att börja med så att du skulle kunna kommunicera utanför horisonten.”

dessa två problem – i kombination med den lilla frågan att resenärerna skulle bombarderas med otroligt hög energi strålning-är undergången av warp drive, tror Nátario., ”Grunden är enligt min mening att det är helt omöjligt”, säger han.

Läs Mer från Reality Check:

• Varför spelar så många människor Animal Crossing?
• fredliga protester: är icke-våldsamma demonstrationer ett effektivt sätt att uppnå förändring?

Agnew är mer optimistisk. ”Många av dessa teoretiska rymdtransportkoncept är mycket beroende av en grundlig förståelse för gravitation och rymdtid, vilket bara inte är fallet för närvarande”, säger han.

”Jag ser ännu inte något sätt vi kan säga, med absolut säkerhet, att det kommer att ”aldrig hända på en miljon år”., När i tvivel dikterar historien att det är bättre att fela på sidan av försiktig, vetenskaplig optimism.”

Macdonald är också hoppfull. ”Jag är en evig optimist med detta eftersom jag vill gå med i Stjärnflottan”, säger hon. ”Som jag tänker på det är det som om vi aldrig vet vad som kommer att komma ner i röret med slags konstiga, exotiska, roliga tankeexperiment.

”Jag håller med i detta skede, just nu är det ett roligt tankeexperiment. Men det är inte att utesluta någon massiv upptäckt som kan hända som vi inte kan förutsäga.,”