This extension of Stephen Hawking’s Chronology Protection Conjecture rules it out for warp drives, wormholes, and everything in between
Nobody took the idea of warp drive seriously until 1994, when a theoretical physicist Miguel Alcubierre proposed a method that could, within the realm of known physics, warp space to travel faster than light.
Alcubierre felfedezése lázba hozta az elméleti fizikusokat. Lehetséges lehet az FTL utazás?
Még a NASA is érdeklődött.
Tegyük fel, hogy valami “egyszerű” dolgot szeretnék csinálni, például egy robotszondát küldeni az Alfa Centaurira, hogy megvizsgálja és jelentést tegyen. Az Alfa Centauri körülbelül 4,37 fényévre van. Az egyszerűség kedvéért legyen négy. Tehát egy fénysugár 4 év alatt ér oda a Földről. Hacsak nem tudok gyorsabban menni a fénynél, egy oda-vissza út legalább 8 év! És ez a fénysebességgel haladva, nem számítva azt az időt, amíg felgyorsulok erre a sebességre és lelassulok az Alfa Centaurinál. Az eddigi leggyorsabb szondánk, a NASA 2018-ban indított Parker Solar Probe csak 200 kilométer/másodperc maximális sebességet fog elérni. A fény sebessége 1500-szor gyorsabb!
Egy szondát akár csak megközelíteni is lenyűgöző lenne, de ha a fénynél gyorsabban tudnék haladni, talán sokkal gyorsabban, akkor az oda-vissza út idejét hónapokra vagy még kevesebbre tudnám csökkenteni.
Egy ilyen lehetőség már évtizedekkel korábban is felmerült a fizikusok körében az úgynevezett “féreglyukak” kutatásával. Alcubierre ötletéhez hasonlóan a féreglyukak is a tér torzulását jelentik, de ahelyett, hogy buborékok lennének, amelyeket egy hajó magával visz, olyan átjárók a térben, amelyekkel sokkal rövidebb idő alatt juthatunk el egyik pontból a másikba, mintha a normál térben haladnánk, mint egy nagysebességű vasúton.
A féreglyukakat 1916-ban fedezték fel, mindössze egy évvel azután, hogy Einstein közzétette az általános relativitáselméletnek nevezett gravitációs elméletét. A térhajtómű-elmélethez képest ősi, de aligha kevésbé egzotikus.
A féreglyukak a Star Trekben is szerepelnek, de a DS9-ben az idegenek által épített féreglyuk kivételével instabilnak számítanak. A közelebbi sci-fi franchise-ban, a Csillagkapuban viszont ezek a de rigueur módja annak, hogy más csillagokba és galaxisokba utazzunk.
Azok számára, akik a jövő emberiségét a csillagokba FTL sebességgel utazónak képzelik el, égető kérdés: melyik a valószínűbb, hogy valósággá válik? A térhajtómű-szerű Alcubierre-hajtóművek vagy a csillagkapuk?
Lássuk a különbségeket:
Az Alcubierre-hajtómű úgy görbíti a teret, hogy a buborékában lévő dolgokat nem valamilyen meghajtóeszköz, hanem maga a tér összenyomása gyorsítja fel. Ez olyan, mint egy mini formája annak, ahogy az univerzum tágul, csak fordítva és a buborékban lokálisan. Mivel a teret torzítja, és nem a térben utazik, a fénynél gyorsabban tud haladni.
Az elmúlt 26 évben rengeteg kritika jelent meg Alcubierre ötletével kapcsolatban: Egy univerzumnyi energiára lesz szükség. Erős sugárzást fog generálni, amely elpusztítja mind azt, ami a görbületi buborék belsejében van, mind azt, ami előtte van. Lehetetlenné teszi majd az irányítást, mert nem lehet üzeneteket küldeni a hajó hátsó részéből az elejére anélkül, hogy a fénysebességet ne lépnénk túl. Olyan vékony buborékra lesz szükség, amely kívül esik az ismert fizikán.
Mégis, mindezek mérnöki problémának tűntek, vagy legalábbis potenciálisan megoldhatónak. Bizonyára egy okos mérnök a jövőben meg tudja tervezni a megoldásukat. Készítsen egy okosabb buborékot, amely kevesebb energiát igényel. Alcubierre görbületi buborékok segítségével üzeneteket küldene a hajó elejére. Talán ki lehetne fejleszteni valamilyen védelmet a sugárzás ellen, vagy el lehetne terelni vagy el lehetne szívni valahogy. És ki mondja, hogy nem tudunk szupervékony buborékot készíteni? Mégis, talán a féreglyukak a könnyebb út a csillagokhoz.
A féreglyuk olyan, mint egy alagút, csak eggyel több dimenzióval a szokásosnál. Két, a térben elválasztott gömb alakú nyílásból áll. A Csillagkapu és a Star Trek ábrázolásaival ellentétben a nyílás nem egy kétdimenziós korong, hanem egy gömb, amibe bármilyen irányból be lehet lépni. A két gömböt egy “toroknak” nevezett nyílás köti össze, amely a normál téren kívül létező gömbfelület. Ez a gömb analóg a két cső közötti kör alakú csatlakozással, de egy dimenzióval több dimenzióban.
Amint belépsz az egyik gömbbe, nem egy közönséges alagúton haladsz át. Inkább egy torz térbe lépsz be, ahol ahelyett, hogy áthaladnál a gömbön és kijönnél a másik oldalon, az irány, amely mentén haladsz, a normál téren kívülre kanyarodik. A görbület hatására áthaladsz a torkon, és a másik gömbön távozol. Soha nem látod az alagút “falait”, mert a falak háromdimenziósak, és az egész időt a falon “töltöd”, mint egy homokórában kúszó hangya. (Még egy jelet is küldhetsz egy egyenes vonalban belülről, és az körbe fog keringeni, majd visszajön hozzád.) Nehéz elképzelni, valószínűleg ezért van az, hogy a sci-fikben ritkán sikerül jól megvalósítani.
Az Einstein-egyenletek korai féreglyukmegoldásai, köztük az, amelyet maga Einstein fedezett fel az 1930-as években, nem voltak átjárhatók, mert a féreglyuk “torka” gyorsabban leszorult, mint ahogy még a fény is át tudna haladni rajta. Homer Ellis csak 1973-ban fedezett fel Einstein egyenleteiben egy “átjárható” féreglyukat, olyat, amelyen valóban át lehet utazni.
A görbületi hajtóműhöz hasonlóan a féreglyuk megépítése is kihívásnak bizonyult. Ahhoz, hogy ekkora torzulást hozzunk létre a téridőben, két fekete lyukat kellene összekötni (egyet-egyet mindkét végére). Ehhez össze kell olvasztani a két fekete lyuk szingularitását, miközben magukat a fekete lyukakat külön kell tartani. Aztán az egyesített szingularitást egy pontból egy gömb alakú torkolattá kell felrobbantani a nyíláshoz.
A kvantumelmélet talán segíthet ebben az “összefonódás” révén, ahol a tárgyak távolról is összekapcsolhatók. Mások azt javasolták, hogy a természetben előforduló kvantumféreglyukak megjelenhetnek a tér vákuumában, a kvantumhabnak nevezett szubatomi birodalomban, és arra ösztönzik őket, hogy kitáguljanak, hogy valamit átengedjenek rajta. Eddig egyik ilyen mechanizmus sem bizonyult fizikailag lehetségesnek abban a méretben, ami ahhoz szükséges, hogy valami klasszikus dolog, például egy szonda áthaladjon rajta. A féreglyukak kemény diónak bizonyulnak.
A harmadik módszer, amit még nem láttam a sci-fiben, a Krasnyikov-cső. Ezt az ötletet 1995-ben javasolták az Alcubierre-hajtómű alternatívájaként. Ebben egy hajó eltorzítaná a teret, miközben fénysebesség alatti sebességgel halad egyik csillagtól a másikig. Ahelyett, hogy a féreglyukhoz hasonlóan lerövidítené az utat, a cső egy időgép lenne.
Lássuk, hogyan működik:
Tegyük fel, hogy a robotikus űrszondám 99%-os fénysebességgel halad az Alfa Centauri felé. Ezzel a sebességgel 4 fényév megtétele számunkra 4,04 év, de a szonda számára ez csak 7 hónap. Az ok a relativitáselmélettel és az ikerparadoxonnal függ össze. Ezt az elvet láthatjuk Orson Scott Card Ender könyvsorozatában. Ender és a nővére annyit utaznak, hogy több ezer évet élnek földi idő szerint.
A Krasnyikov-csövet úgy tervezték, hogy a szonda mögött torzítsa az időt, hogy a földi embereknek ne kelljen olyan sokat várniuk a szonda visszatérésére. Amint a szonda eléri a célállomást és készen áll a visszatérésre, belép a csőbe, és ugyanazon az úton utazik vissza, amelyen jött. Az egyetlen különbség az, hogy utazás közben az idő visszafelé halad. Ez azt eredményezi, hogy a szonda röviddel az indulás után érkezik meg!