"Herra Sulu, aseta kurssi, loimen nopeus on kaksi" - nämä sanat tunnetaan kenties jokaiselle tieteiskirjailun faneille. Ne kuuluvat James Kirkille, Starship Enterprise -kapteenille legendaarisesta Star Trek -sarjasta. Juonteen mukaan sankarit liikkuvat ympäri galaksia satoja kertoja valoa nopeammin loimilaitteen avulla, joka taipuu ympäröivää tilaa.
Kaukaisella 1960-luvulla, kun sarja julkaistiin näytöillä, se koettiin mahdottomaksi fantasiaksi. Mutta nykyään monet tutkijat ja insinöörit puhuvat vakavasti mahdollisuudesta luoda tällainen moottori, ja lisäksi on jo esitetty konkreettisia ehdotuksia.
Universumin nopeusrajoitus
Aurinkokuntamme sijaitsee melko ohuessa osassa Linnunrataa, jolla on pieni tähtiryhmien tiheys. Lähin tähtijärjestelmä, Alpha Centauri, on 4,36 valovuoden päässä Auringosta. Nykyaikaisissa raketeissa, joiden nopeus on 10–15 kilometriä sekunnissa, astronautit joutuvat lentämään siihen yli 70 000 vuotta!
Ja tästä huolimatta siitä, että galaksiamme kokonaishalkaisija on 100 000 valovuotta. Jos emme pysty ylittämään edes tällaista merkityksetöntä etäisyyttä maailmankaikkeuden normien avulla, meidän ei pitäisi edes säikähtää kolonisaation ja syvän avaruuden tutkimuksen suhteen.
On toinen, vakavampi este matkalla tähtiin. Se heijastuu Einsteinin suhteellisuusteoriassa. Ennen kuin teoria ilmestyi vuonna 1905, Newtonin taivaallinen mekaniikka hallitsi fysiikan korkeinta asemaa. Sen mukaan valon nopeus riippui tarkkailijan liikkumisen nopeudesta. Eli jos onnistut tarttumaan valoon ja liikkumaan sen kanssa, se vain pysähtyy sinulle. Myöhemmin Maxwell antoi tämän teorian matemaattisen perustan.
Opiskelijana ollessaan Albert Einstein ei voinut hyväksyä tätä postulaatiota - hän koki, että jossain oli virhe. Lopulta hän löysi vastauksen kysymykseen, joka häntä kiusasi. Hän osoitti, että valon nopeus on vakio eikä missään tapauksessa riipu ulkopuolisesta tarkkailijasta.
Mainosvideo:
Kävi ilmi, että valon saavuttaminen oli mahdotonta. Riippumatta siitä kuinka nopeasti liikut, valo on silti edessä. Einsteinin kuuluisa kaava E = ms², jossa kehon energia on yhtä suuri kuin sen massa kerrottuna neliön valon nopeudella, lukee kirjaimellisesti seuraavaa: objektin kiihdyttämiseksi valon nopeuteen tarvitaan ääretön määrä energiaa, mikä tarkoittaa, että esineellä on oltava ääretön massa. Itse asiassa raketti, joka haluaa kiihtyä valon nopeuteen, painaa yhtä paljon kuin koko maailmankaikkeus!
Tietysti todellisessa elämässä sitä on ehdottoman mahdotonta tehdä, valon nopeus on eräänlainen yleinen DPS-tarkastaja, joka asetti lopullisesti nopeusrajoituksen.
Vaikuttaa siltä, että tämä lopettaa ihmiskunnan unelman lentää kaukaisiin tähtiin. Kymmenen vuoden kuluttua erityisen suhteellisuusteorian julkaisemisesta ilmeni kuitenkin yleinen suhteellisuusteoria, jossa annettiin laajempia kommentteja ja lisäyksiä.
Yleisessä suhteellisuudessa Einstein yhdisti tilan ja ajan. Ennen sitä heitä pidettiin erilaisina fyysisinä käsitteinä. Paremman kuvan saamiseksi hän vertasi avaruus-aikaa kankaaseen. Tietyissä olosuhteissa tämä kangas voi liikkua paljon nopeammin kuin valo. Tämä ei kuitenkaan antanut vastausta pääkysymykseen: miten lopulta valoa ohittaa?
Lähes 70 vuoden ajan monet tutkijat ovat hämmentyneet tästä mysteeristä. Ja yhtenä hienona päivänä yksi nuori tutkija kytkei television päälle ja vaihtoi kanavia fantastisen sarjan. Kun katsot sitä, se yhtäkkiä valutti häntä, ja hän tajusi kuinka kehittää superluminal nopeutta rikkomatta fysiikan lakeja. Tämän tiedemiehen nimi on Miguel Alcubierre.
Poimuajo
Sitten, 1994, Alcubierre opiskeli suhteellisuusteoriaa Cardiffin yliopistossa (Wales, UK). Televisiossa hän näki sarjan "Star Trek". Tutkija kiinnitti huomiota siihen, että sankarit käyttävät avaruuden muodonmuutosmoottoria tai loimilaitetta liikkuakseen avaruudessa.
Kuten kerran Newtonin päähän pudonnut omena inspiroi häntä luomaan taivaallista mekaniikkaa, niin televisio-ohjelma innosti Miguelia synnyttämään teoria, joka saattaa lopullisesti loppua maailmankaikkeuden nopeaan "syrjintään".
Alcubierre aloitti laskennan ja julkaisi pian tulokset. Hän otti perustana yleisen suhteellisuusteorian, joka sanoo, että jos käytät tiettyä määrää energiaa tai massaa, voit saada avaruuden liikkumaan valoa nopeammin.
Tätä varten sinun on luotava erityinen kupla tai muodonmuutoskenttä aluksen ympärille. Tämä loimikenttä kutistaa tilan laivan edessä ja laajenee taakse. Osoittautuu, että alus ei oikeastaan liikku mihinkään, tila itse taipuu ja työntää aluksen tiettyyn suuntaan.
Kuplan sisällä oleva aika ja tila eivät ole muodonmuutosten ja vääristymien alaisia. Siksi aluksen miehistöllä ei ole ylimääräisiä ylikuormituksia, ja voi vaikuttaa siltä, että mikään ei ole muuttunut. Tässä tapauksessa erityisen lääketieteellisen valinnan ja koulutuksen suorittaneiden astronauttien lisäksi myös tavalliset ihmiset voivat lentää avaruuteen.
Jos olisit laivan sillalla sen liikkuessa superluminal nopeudella ja katsoisit ympärilläsi olevaa tilaa, tähdet muuttuisivat pitkiksi iskuiksi. Mutta jos katsot taaksepäin, et näe mitään muuta kuin läpäisemätöntä pimeyttä, koska valo ei voi tavoittaa sinua.
Alcubierre laski, että loimilaite mahdollistaisi nopeuden saavuttamisen 10 kertaa nopeammin kuin valon, mutta hänen mielestään mikään ei estä moottorin tehon nousua ja kiihtyvyyttä korkeampiin nopeuksiin.
Tutustuessaan Alcubierren teoriaan Sergei Krasnikov Pulkovon päätähtitieteellisestä observatoriosta paljasti kuitenkin yhden piirteen. Tosiasia on, että luotsi ei voi mielivaltaisesti muuttaa aluksen suuntausta. Eli jos lennät esimerkiksi maasta Siriusiin ja muistat yhtäkkiä, että et sammuttanut rautaa kotona, et voi palata takaisin. Sinun täytyy ensin lentää määränpäähän ja palata sitten takaisin.
Lisäksi et voi ottaa yhteyttä kenenkään, koska loimikenttä eristää aluksen kokonaan ulkomaailmasta ja estää signaalit. Siksi Krasnikov vertasi tällaisen laivan matkaa metrolla tapahtuvaan matkaan. Hän kutsui sitä "FTL-metroksi".
Mutta tämä ei ole pääongelma. Itse muodonmuutoskentässä on oltava negatiivinen varaus. Sen luomiseen tarvitaan negatiivista energiaa, jonka olemassaolosta on keskusteltu monien vuosien ajan.
Mikä ei voi olla
Jos painovoima on vetovoiman energia, silloin negatiivisella energialla tulisi olla vastakkaisia ominaisuuksia ja hylätä vieraat esineet itsestään. Mutta miten saat tällaista energiaa?
Vuonna 1933 hollantilainen fyysikko Hendrik Casimir ehdotti, että jos otat kaksi identtistä metallilevyä ja sijoitat ne täysin toistensa suuntaisesti mahdollisimman pienelle etäisyydelle, ne alkavat houkutella. Ikään kuin näkymätön voima työntää heitä toisiaan kohti.
Kvanttimekaniikan mukaan tyhjiö ei ole ehdottomasti tyhjä paikka, siinä esiintyy jatkuvasti aine- ja antimateriaalipartikkeleita, jotka törmäävät hetkessä ja tuhoutuvat. Tämä prosessi vie kirjaimellisesti miljardin sekunnin. Kun ne törmäävät, vapautuu mikroskooppinen määrä energiaa, joka luo tyhjän kokonaispaineen tyhjössä.
On tärkeää tuoda levyt mahdollisimman lähelle toisiaan, jolloin partikkelien tilavuus ulkopuolella ylittää huomattavasti niiden lukumäärän levyjen välisessä raossa. Seurauksena on, että ulkopuolelta tuleva paine puristaa levyt, ja niiden energia puolestaan alittaa nollan, ts. Negatiivisen. Vuonna 1948 kokeilu onnistui mittaamaan negatiivista energiaa. Se meni historiaan nimellä "Casimir effect".
Vuonna 1996, 15 vuoden kokeilun ja tutkimuksen jälkeen, Los Alamosin kansallisen laboratorion Steve Lamoreau yhdessä Umar Mohidinin ja Anushri Royn kanssa Kalifornian yliopistosta Riversidessa onnistui mittaamaan tarkasti Casimirin vaikutuksen. Se oli yhtä suuri kuin punasolujen - punasolun - varaus.
Valitettavasti tämä on yksinkertaisesti hirveän pieni muodonmuutoskentän luomiseksi. Se vie miljardeja kertoja enemmän. Siihen asti, kun on mahdollista tuottaa negatiivista energiaa teollisessa mittakaavassa, loimilaite pysyy paperilla.
Tähtien vaikeuksien kautta
Kaikista luomisvaikeuksista huolimatta loimilaite on todennäköisin ehdokas ensimmäiselle tähtienväliselle lennolle. Vaihtoehtoiset projektit, kuten aurinkopurje tai lämpöydinmoottori, voivat saavuttaa vain subluminal-nopeuden, kun taas madonreikät tai tähtiportit ovat liian monimutkaisia, ja niiden toteuttaminen vie tuhansia vuosia.
Nykyään NASA kehittää aktiivisimmin loimilaitteen prototyyppiä, jonka asiantuntijat ovat varmoja, että tämä on enemmän tekninen kuin teoreettinen ongelma. Ja joukko insinöörejä tekee tämän jo Johnson Space Centerissä, missä kerran valmisteltiin ensimmäinen miehitetty lento kuuhun.
Monien asiantuntijoiden mukaan todennäköisesti ensimmäiset näytteet avaruusmuodostustekniikasta ilmestyvät aikaisintaan 100 vuotta myöhemmin, jollei jatkuvaa rahoitusta ole saatavissa.
Sano, upea? Mutta ehkä kannattaa muistaa, että muutama vuosi ennen kuin Wrightin veljet veivät lentokoneensa ilmaan, kuuluisa englantilainen fyysikko William Thomson sanoi, että mikään ilmaa raskaampi ei voisi lentää. Ja 60 vuotta myöhemmin maan ensimmäinen kosmonautti hymyili ja sanoi: "Mennään!.."
Adilet URAIMOV