Трудно е да живеем в релативистка Вселена, където дори най-близките звезди са толкова далеч и скоростта на светлината е абсолютна. Тогава не е чудно защо франчайзите за научна фантастика рутинно използват FTL (По-бързо от светлината) като сюжетно устройство. Натиснете бутон, натиснете педал и онази фантастична задвижваща система - чиято работа никой не може да обясни - ще ни изпрати на друго място в пространство-време.
Въпреки това през последните години научната общност стана разбираемо развълнувана и скептично настроена към твърденията, че определена концепция - Alcubierre Warp Drive - всъщност може да бъде осъществима. Това беше тема на презентация, проведена на тазгодишния Американски институт по аеронавтика и космонавтика за двигателно-енергиен форум, който се проведе от 19 до 22 август в Индианаполис.
Тази презентация беше проведена от Джоузеф Агнеу - студент-инженер и научен сътрудник от Университета в Алабама в Центъра за изследвания на двигателя в Хънтсвил (КНР). Като част от сесия, озаглавена „Бъдещето на ядреното и пробивното захранване“, Agnew сподели резултатите от проучване, което проведе под надслов „Изследване на теорията и технологията на основата, за да се определи състоянието на изкуството и осъществимостта“.
Както Агнеу обясни пред опакована къща, теорията за основата на задвижващата система е сравнително проста. Първоначално предложена от мексиканския физик Мигел Алкубиер през 1994 г., тази концепция за FTL система се разглежда от човека като силно теоретично (но вероятно валидно) решение на полевите уравнения на Айнщайн, което описва как взаимодействат пространството, времето и енергията в нашата Вселена.
По думите на обикновения, Alcubierre Drive постига FTL пътуване, като разтяга тъканта на пространството-време във вълна, което кара пространството пред него да се свива, докато пространството зад него се разширява. На теория един космически кораб вътре в тази вълна би могъл да управлява този „основен балон“ и да постига скорости над скоростта на светлината. Това е това, което е известно като „метрика Алкубиер“.
Тълкувана в контекста на общата относителност, вътрешността на този основен балон ще представлява инерционната референтна рамка за всичко вътре в него. По същия начин такива мехурчета могат да се появят в преди това равна област на пространството и да надвишават скоростта на светлината. Тъй като корабът не се движи през пространство-време (а се движи самото пространство-време), конвенционалните релативистични ефекти (като разширяване на времето) не биха били приложими.
Накратко, Alcubierre Metric позволява FTL пътуване, без да се нарушават законите на относителността в конвенционалния смисъл. Както Agnew каза за Space Magazine по имейл, той е бил вдъхновен от тази концепция още в гимназията и го преследва оттогава:
„Покопах се повече в математиката и науката и в резултат започнах да се интересувам от научна фантастика и напреднали теории в по-технически мащаб. Започнах да гледам Star Trek, сериите Original и The Next Generation и забелязах как те са предвидили или вдъхновили изобретението на мобилни телефони, таблети и други удобства. Помислих за някои от другите технологии, като фотонни торпеди, фазери и деформации и се опитах да проуча какво трябва да кажат „звездната наука за поход“ и „реалния научен еквивалент“. След това се натъкнах на оригиналната книга на Мигел Алкубиер и след като я усвоих за известно време, започнах да преследвам други ключови думи и документи и да се задълбоча в теорията. "
Въпреки че концепцията беше отхвърлена като цяло теоретична и силно спекулативна, през последните години в нея вдъхна нов живот. Заслугата за това е до голяма степен на д-р Харолд „Сони” Уайт, ръководен екип за разширени двигателни сили в разширената лаборатория за физическа двигателна система на НАСА Джонсън (известен още като „Лаборатория на орлините”).
По време на 100-годишния симпозиум за борба с кораби през 2011 г. д-р Уайт сподели някои актуализирани изчисления на метриката на Алкубиер, които бяха обект на презентация, озаглавена „Механика на полевата област 101“ (и едноименно проучване). Според д-р Уайт теорията на Алкубиер е добра, но се нуждае от сериозно тестване и разработка. Оттогава той и колегите му правят точно тези неща чрез лабораторията на Eagleworks.
По подобен начин Агнеу е прекарал голяма част от академичната си кариера в изследване на теорията и механиката зад основата механика. Под наставничеството на д-р Джейсън Касибри - доцент по машинно и аерокосмическо инженерство и член на факултета в Центъра за проучване на двигателя на UAH - работата на Agnew завърши в проучване, което се занимава с основните препятствия и възможности, представени от изследователската механика на основата.
Както Агнеу свърза, един от най-големите е фактът, че концепцията за „деформация“ все още не се приема много сериозно в научните среди:
“Според моя опит споменаването на warp drive има тенденция да вмъква присмех към разговора, тъй като е толкова теоретично и правилно извън научната фантастика. Всъщност често той е посрещнат с пренебрежителни забележки и се използва като пример за нещо напълно чуждо, което е разбираемо. Знам, че в моя собствен случай първоначално го бях групирал психически в същата категория като типични свръхлюминови понятия, тъй като очевидно всички те нарушават предположението „скоростта на светлината е крайната скорост“. Едва когато вникнах в теорията по-внимателно, разбрах, че няма тези проблеми. Мисля, че ще има / ще има много по-голям интерес, когато хората се задълбочат в постигнатия напредък. Исторически теоретичният характер на идеята също сам по себе си е възпиращ фактор, тъй като е много по-трудно да видите значителен напредък, когато гледате уравнения вместо количествени резултати.“
Въпреки че теренът все още е в начален стадий, имаше редица последни разработки, които помогнаха. Например откриването на естествено срещащи се гравитационни вълни (GWS) от учени от LIGO през 2016 г., което и двете потвърдиха прогноза, направена от Айнщайн преди век и доказва, че основата за деформацията на основата съществува в природата. Както Агнеу посочи, това е може би най-значимото развитие, но не и единственото:
“През последните 5-10 години или повече, имаше много отличен напредък по предсказването на очакваните ефекти от стремежа, определяне как човек може да го създаде, засилване на основните предположения и концепции и, моят личен фаворит , начини за тестване на теорията в лаборатория.
„Откритието LIGO преди няколко години беше, по мое мнение, огромен скок напред в науката, тъй като доказа експериментално, че космическото време може да„ деформира “и да се огъне в присъствието на огромни гравитационни полета, и това се разпространява навсякъде Вселената по начин, който можем да измерим. Преди имаше разбиране, че това вероятно е станало благодарение на Айнщайн, но ние вече знаем със сигурност. "
Тъй като системата разчита на разширяването и компресията на пространството, каза Агнеу, това откритие показа, че някои от тези ефекти се проявяват по естествен път. „Сега, след като знаем, че ефектът е реален, следващият въпрос според мен е:„ как да го изучаваме и можем ли сами да го генерираме в лабораторията? “, Добави той. „Очевидно подобно нещо би било огромна инвестиция на време и ресурси, но би било от полза.“
Разбира се, концепцията на Warp Drive изисква допълнителна поддръжка и многобройни постижения, преди да бъдат възможни експериментални изследвания. Те включват напредък по отношение на теоретичната рамка, както и технологичен напредък. Ако тези проблеми се третират като проблеми с размера на ухапване вместо едно голямо предизвикателство, каза Агнеу, тогава напредъкът със сигурност е постигнат:
„По същество това, което е необходимо за warp устройство, е начин за разширяване и свиване на пространствено време по желание и по локален начин, например около малък предмет или кораб. Ние със сигурност знаем, че много висока енергийна плътност, например под формата на ЕМ полета или маса, може да причини кривина в пространството-време. Необходими са обаче огромни количества, за да се направи това с настоящия ни анализ на проблема. "
„На обратната страна, техническите области трябва да се опитат да усъвършенстват оборудването и да обработват колкото е възможно повече, като правят тези плътни енергии по-правдоподобни. Вярвам, че има вероятност, след като ефектът може да бъде дублиран в лабораторна скала, това ще доведе до много по-дълбоко разбиране за това как работи гравитацията и може да отвори вратата към някои все още неразкрити теории или вратички. Предполагам да обобщим, че най-голямото препятствие е енергията, а с това идват технологични препятствия, нуждаещи се от по-големи ЕМ полета, по-чувствително оборудване и т.н.“
Голямото количество положителна и отрицателна енергия, необходимо за създаване на основен балон, остава най-голямото предизвикателство, свързано с концепцията на Алкубиер. В момента учените смятат, че единственият начин за поддържане на отрицателната енергийна плътност, необходима за производството на балона, е чрез екзотична материя. Учените преценяват също, че общата потребност от енергия би била еквивалентна на масата на Юпитер.
Това обаче представлява значителен спад от по-ранните енергийни оценки, които твърдят, че ще е необходима енергийна маса, еквивалентна на цялата Вселена. Независимо от това, количество екзотична материя с Юпитер все още е твърде голямо. В това отношение все още трябва да се постигне значителен напредък за намаляване на енергийните нужди до нещо по-реалистично.
Единственият предвидим начин за това е чрез по-нататъшен напредък в квантовата физика, квантовата механика и метаматериалите, казва Агнеу. Що се отнася до техническата страна на нещата, ще трябва да се постигне по-нататъшен напредък в създаването на свръхпроводници, интерферометри и магнитни генератори. И разбира се, има проблем с финансирането, което винаги е предизвикателство, когато става въпрос за концепции, които се считат за „там“.
Но както твърди Agnew, това не е непреодолимо предизвикателство. Като се има предвид напредъкът, постигнат досега, има
“Теорията досега изтъкна, че си струва да се преследва и сега е по-лесно от преди да се предоставят доказателства, че е законно. От гледна точка на оправданието за разпределяне на ресурсите, не е трудно да се види, че способността да изследваме отвъд нашата Слънчева система, дори отвъд нашата галактика, би бил огромен скок за човечеството. И растежът на технологиите в резултат на натискане на границите на научните изследвания със сигурност би бил от полза. "
Подобно на авиониката, ядрените изследвания, космическите проучвания, електрическите автомобили и ракетните усилватели за многократна употреба, Alcubierre Warp Drive изглежда е предопределен да бъде една от тези концепции, които ще трябва да се преборят с пътя си нагоре. Но ако тези други исторически случаи са някакви индикации, в крайна сметка това може да премине точка без връщане и изведнъж да изглежда напълно възможно!
И като се има предвид нарастващата ни загриженост с екзопланети (друго експлодиращо поле на астрономията), няма недостиг на хора, които се надяват да изпращат мисии до близките звезди, за да търсят потенциално обитаеми планети. И както горепосочените примери със сигурност показват, понякога всичко, което е необходимо, за да се търкаля топката, е добър тласък ...
Горно изображение - „IXS Starship ”, Кредит и ©: Марк Радемакер (2016)
