Zašto Warp pogon nije samo znanstvena fantastika?

Astrofizičar Eric Davis jedan je od vodećih znanstvenika u području FTL (Faster-Than-Light) putovanja. No za Davisa, ljudski potencijal u istraživanju prostranosti svemira warp brzinama nije znanstvena fantazija.

Davisova posljednja studija, pod nazivom „Faster Than Light Space Warps, Status and Next Steps“, dobila je nagradu za najbolji ovogodišnji  rad iz područja Nuklearnih i budućih pogona za letenje (Nuclear and Future Flight Propulsion) od strane  Američkog instituta za aeronautiku i astronautike (American Institute of Aeronautics and Astronautics).

TechNewsDaily nedavno se je susreo s Davisom kako bi pričali o njegovom novom radu, koji je objavljen u ovogodišnjem izdanju časopisa Journal of the British Interplanetary Society za ožujak/travanj i koji će biti osnova njegovog nadolazećeg izlaganja na Icaruss Interstellars 2013 Starship Congress u kolovozu. 

„Dokaz principa za FTL svemirski warp pogon objavljen je već dosta  prije,“ govori Davis, referirajući se na rad fizičara Miguela Alcubierrea iz 1994. godine. „Sve konvencionalne napredne propulzijske tehnologije u fizici su ograničene do brzina koje su ispod brzine svjetlosti… Korištenje FTL svemirskog warp pogona će drastično smanjiti vrijeme i udaljenosti intergalaktičkih putovanja.“

Prije razmatranja Davisove studije, ovdje je brz pregled FTL putovanja:

Prema Einsteinovoj teoriji specijalne relativnosti, objekt koji ima masu ne može putovati brže od brzine svjetlosti. Ipak, neki znanstvenici vjeruju da postoji rupa u ovoj teoriji koja bi jednoga dana mogla omogućiti ljudima da prelaze putovanja od više svjetlosnih  godina u nekoliko dana.

U trenutnim FTL teorijama, ne pomiče se svemirski brod – pomiče se sam prostor oko njega. Ustanovljeno je da je svemir fleksibilan; zapravo, svemir se postupno širi još od Velikog praska.

Iskrivljavanjem prostora oko broda umjesto ubrzavanjem samog broda, ovi teorijski warp pogoni nikada ne bi srušili pravila Einsteinove specijalne relativnosti. Sam brod se nikada ne kreće brzinom većom od svjetlosti, gledajući iz perspektive prostora oko njega.

Davisov rad proučava dva  teorijska principa vezana uz postizanje FTL putovanja: warp pogone i crvotočine (eng. wormhole).

Razlika između dva navedena principa jest u načinu na koji se prostorom manipulira. S warp pogonom, prostor ispred broda se sakuplja dok se prostor iza njega širi, stvarajući tako vrstu vala koji brod dovodi do njegove destinacije.

U slučaju crvotočine, brod (ili možda vanjski mehanizam) bi stvorio prolaz, s ciljanim ulazom i izlazom, kroz prostor-vrijeme (četverodimenzionalni kontinuum u kome se kombiniraju tri dimenzije prostora i dimenzija vremena u jednu pojavu). Brod bi ušao u crvotočinu s brzinom manjom od brzine svjetlosti te se potom pojavio na drugoj lokaciji udaljenoj više svjetlosnih godina.

U ovom radu, Davis objašnjava ulazak u crvotočinu kao „sferu koja je zadržala  zrcalnu sliku cijelog potpuno drugog svemira ili neke udaljene regije unutar našeg svemira, izuzetno smanjenu i iskrivljenu.“

Fanovi znanstvene fantastike se, pri spominjanju warp pogona, odmah prisjete „Zvjezdanih staza“ i „Futurame“. U slučaju crvotočina, najčešća asocijacija je „Stargate“.

Sljedeće pitanje jest: kako stvoriti ova prostor-vrijeme iskrivljenja koja bi omogućila svemirskim brodovima da putuju brže od svjetlosti. Vjeruje se – i određeni preliminarni eksperimenti to s izvjesnom vjerojatnošću potvrđuju – da  bi se, proizvevši ciljane količine onoga što se naziva “negativna“ energija, željeni učinak mogao postići.

Negativna energija se proizvodi u laboratorijima putem Casimirovog efekta. Ovaj fenomen se temelji na ideji da vakuum, suprotno njegovom predstavljanju u klasičnoj fizici, nije prazan. Prema kvantnoj teoriji, vakuum je pun elektromagnetskih fluktuacija. Iskrivljavanje ovih fluktuacija može stvoriti negativnu energiju.

Prema Davisu, jedna od najperspektivnijih metoda za stvaranje negativne energije jest Ford-Svaiterovo zrcalo (Ford-Svaiter mirror). To je, u teorijskom smislu, uređaj koji bi mogao fokusirati sve fluktuacije kvantnog vakuuma u fokalnu liniju zrcala.

„Kada su te fluktuacije zadržane tamo, one imaju negativnu energiju“, kaže Davis. „Mogli bi imati vrste negativne energije koje bi mogle stvoriti crvotočinu dovoljno veliku da kroz nju prođe osoba te, u slučaju većeg zrcala, čak i svemirski brod. Zrcalo je skalabilno… i to je ono najbolje.“

Davis je opisao teorijsku konfiguraciju Ford-Svaiterovih zrcala koja bi omogućila FTL putovanja: „Za “povratnu“ crvotočinu (traversable wormhole), to bi morala biti zasebna Ford-Svaiterova zrcala raspoređena u polja kako bi stvorila crvotočinu i, zatim, brod sa zrcalima koja su spojena na nj kako bi se crvotočina istegnula do odredišne zvijezde.“

Osnovni je problem ovdje kako naciljati izlaz iz crvotočine.

„Još uvijek ne znamo odgovor na ovo pitanje“, kaže Davis. „Einsteinova teorija opće relativnosti ne može odgovoriti na to.“

To je razlika između dvaju područja, fizike i inženjeringa, Davis objašnjava. Prema našem trenutnom razumijevanju fizike, ciljanje izlaza iz crvotočine je moguće, no inženjeri još uvijek ne znaju kako to postići.

Još jedan problem koji je istaknut u Davisovom radu jest kako upravljati FTL svemirskim brodom.

„Ako ste u crvotočini, ne putujete brže od svjetlosti - krećete se normalnim brzinama, no vaša vizualizacija i svemirska navigacija (astronavigacija) nestaju jer nema zvijezda prema kojima se  možete orijentirati.“

Legendarna slika zvijezda koje velikom brzinom prolaze pored svemirskog broda popularizirana franšizama „Star Trek“ i „Star Wars“ jednostavno nije realna, govori Davis. „Svjetlost koje prolazi kroz crvotočinu se iskrivljava…što znači da će te imati vrlo čudan vizualni prikaz.“

To je stoga što negativna energija nužna za stvaranje crvotočine ili warp pogona stvara repulzivnu gravitaciju koja iskrivljava svjetlost oko svemirskog broda.

Zato brodovi koji se kreću brže od brzine svjetlosti ne mogu promatrati svoje okruženje s ciljem izračunavanja svoje lokacije. Astronauti će se morati oslanjati na sofisticirane računalne programe kako bi izračunali, odnosno odredili, svoju vlastitu lokaciju. „Za to je potrebno nešto na razini superračunala opremljenog s paralelnim procesiranjem“, govori Davis. „Računalo će samo morati sve izračunati…koristeći podatke od posljednje lokacije i vršeći procjene.“

Ovo je veći problem kod warp pogona, koji aktivno mijenjaju prostor kako brod putuje, no ne i u slučaju “povratnih“ crvotočina, čije će se ishodište i odredište vjerojatno određivati prije početka putovanja. „Samo je jedan put kroz crvotočinu, pa nije vjerojatno da ćete se izgubiti“, kazao je Davis.

Vrlo je važno da računalo bude u mogućnosti proizvesti neku vrstu vizualnog prikaza svog plana putovanja, to jest leta, i prostornu lokaciju. Te slike bi se prikazivale i izvodile u kokpitu svemirskog broda ili na njegovom zapovjednom mostu kako bi ih posada mogla vidjeti i analizirati. „Ovo će pomoći ljudskoj psihološkoj potrebi za razumijevanjem, u realnom vremenu, kako će izgledati promjene pozicija zvijezda“, kaže Davis.

Centralno mjesto u Davisovom radu zauzima princip – poduprt rigoroznim znanstvenim teorijama – da je putovanje brzinama većim od brzine svjetlosti realna i čak opipljiva mogućnost. Posljednji dio rada predlaže devet “sljedećih koraka“ koji bi ovo područje usmjerili prema stvaranju prototipova i ostalih praktičnih testova FTL teorija.

Ovi koraci uključuju stvaranje računalnih simulacija kroz koje bi se modelirale strukture i efekti svemirskih warpova. Davis se također zauzima za još rigoroznije istraživanje Ford-Svaiterovog zrcala, koje je još uglavnom teorijski uređaj. Zrcalo je samo jedan od mogućih načina u generiranju negativne energije; daljnja istraživanja su potrebna kako bi se ustanovilo postoje li još neke praktične metode postizanja istog efekta.

Davis opisuje razvoj i implementaciju svemirskih warp putovanja kao “tehnički izazovno“ u ovom radu, no u razgovoru, kazao je da ne dvoji kako će FTL putovanja jednoga dana biti ne samo moguća, već i nužna.

„Zemlja je izložena prirodnim i izvanzemaljskim te ekološkim katastrofama pa je život izuzetno krhak, dok planeti u Sunčevom sustavu nisu vrlo pogodni za ljudski život. Stoga moramo istraživati planete izvan Solarnog sustava kao moguće alternativne domove“, rekao je Davis.

„Ovo je sve dio razvoja i evolucije ljudske rase.“

Prema članku iz 2012. godine pod nazivom Propulsion on an Interstellar Scale-The Quantum Vacuum Plasma Thruster, autora Kylea Maxeya, NASA proučava napredne pogonske tehnike koje bi ljudima, u narednih 50 godina, omogućile istraživanje Solarnog sustava, a do kraja stoljeća i međugalaktička putovanja. Prema članku, NASA kao jednu od najperspektivnijih tehnika za spomenuti pothvat vidi upravo QVPT (Quantum Vacuum Plasma Thruster) pogon.

Ova tehnika se bazira na činjenici da je vakuum, na razini kvantne mehanike, prepun elektromagnetskih valova svih mogućih valnih duljina, koji se pojavljuju i potom, gotovo istovremeno, nestaju ostavljajući mjerljivi impuls.

U NASA-i vjeruju da je korištenjem Casimirove sile (privlačna sila koja se pojavljuje, zbog fluktuacija u kvantnom vakuumu elektromagnetskog polja između dvije, blizu postavljene, paralelne nenabijene provodljive ploče) moguće stvoriti “bazen“ elektromagnetskih čestica koji bi se potom mogao koristiti kao gorivo za QVPT pogon.

Jedini problem u realizaciji ove vrste pogona jest, prema NASA-i, izvor energije koji bi stvarao specifične impulse potisnika (eng. thruster). Inicijalne projekcije, na primjer, pokazuju da bi vrijeme trajanja putovanja između Zemlje i Neptuna, kada bi se mogao izgraditi 100MW, 200 mT QVPT pogon, bilo otprilike 100 dana.

Izvor: Live Science