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’s ontdekking zette theoretische natuurkundigen in vuur en vlam. Zou FTL reizen mogelijk zijn?
Zelfs NASA raakte geïnteresseerd.
Stel dat ik iets “simpels” wil doen, zoals een robot naar Alpha Centauri sturen om het te onderzoeken en verslag uit te brengen. Alpha Centauri is ongeveer 4,37 lichtjaar weg. Laten we er voor de eenvoud vier van maken. Dus doet een lichtstraal er 4 jaar over om er te komen. Tenzij ik sneller dan het licht kan gaan, is een rondreis minstens 8 jaar! En dat is met de lichtsnelheid, zonder de tijd mee te rekenen die nodig is om tot die snelheid te versnellen en bij Alpha Centauri weer af te remmen. Onze snelste sonde ooit, NASA’s Parker Solar Probe die in 2018 wordt gelanceerd, zal slechts een maximale snelheid van 200 kilometer per seconde halen. De lichtsnelheid is 1500 keer sneller!
Het zou indrukwekkend zijn om een sonde zelfs maar in de buurt van die snelheid te krijgen, maar als ik sneller dan het licht kan gaan, misschien wel veel sneller, dan kan ik die tijd voor de rondreis terugbrengen tot maanden of zelfs minder.
Een dergelijke mogelijkheid werd al tientallen jaren eerder binnen de natuurkundige gemeenschap overwogen met onderzoek naar wat algemeen “wormgaten” worden genoemd. Net als Alcubierre’s idee zijn wormgaten een vervorming van de ruimte, maar in plaats van een luchtbel die een schip met zich meedraagt zijn het doorgangen door de ruimte die je van het ene punt naar het andere kunnen brengen in veel kortere tijd dan door de normale ruimte, als een hogesnelheidstrein.
Wormgaten waren ontdekt in 1916, slechts één jaar nadat Einstein zijn theorie over de zwaartekracht publiceerde, de Algemene Relativiteit. Vergeleken met de warp drive theorie zijn ze oud, maar niet minder exotisch.
Wormholes komen ook voor in Star Trek, maar, met uitzondering van de door buitenaardsen geconstrueerde in DS9, worden ze als onstabiel beschouwd. In de meer nabije Sci-Fi franchise, Stargate, echter, zijn ze de rigueur manier om naar andere sterren en sterrenstelsels te reizen.
Voor degenen onder ons die zich een toekomstige mensheid voorstellen die met FTL-snelheden naar de sterren reist, is een brandende vraag: wat is waarschijnlijker dat werkelijkheid wordt? Warp drive-achtige Alcubierre-drives of Stargates?
Laten we eens kijken naar de verschillen:
De Alcubierre-drive vervormt de ruimte zodat alles wat zich binnen de bel bevindt, niet door een aandrijving wordt versneld, maar door de ruimte zelf samen te persen. Dit is als een minivorm van hoe het heelal uitdijt, maar in omgekeerde richting en plaatselijk aan de bel. Omdat het de ruimte vervormt en niet door de ruimte reist, kan het sneller gaan dan het licht.
Over het idee van Alcubierre is de afgelopen 26 jaar een groot aantal kritische opmerkingen verschenen: er is een heelal aan energie voor nodig. Het zal intense straling opwekken die zowel datgene binnen de warpbel als datgene ervoor zal vernietigen. Het zal de controle onmogelijk maken omdat men geen berichten van de achterkant van het schip naar de voorkant kan sturen zonder de lichtsnelheid te overschrijden. Er is een bel voor nodig die zo dun is dat hij buiten de bekende natuurkunde valt.
Toch leken dit allemaal technische problemen of in ieder geval potentieel oplosbaar. Een slimme ingenieur in de toekomst kan er toch wel iets op verzinnen. Maak een slimmere bel die minder energie nodig heeft. Gebruik warpbellen van Alcubierre om berichten naar de voorkant van het schip te sturen. Misschien kan er bescherming tegen de straling worden ontwikkeld of kan het worden afgebogen of weggezogen. En wie zegt dat we geen superdunne bel kunnen maken? Maar misschien zijn wormgaten wel de makkelijkste weg naar de sterren.
Een wormgat is als een tunnel, maar met één dimensie meer dan normaal. Het bestaat uit twee bolvormige openingen die in de ruimte van elkaar gescheiden zijn. In tegenstelling tot de afbeeldingen in Stargate en Star Trek, is de opening geen tweedimensionale schijf, maar een bal die je vanuit elke richting kunt betreden. De twee bollen zijn verbonden door een opening die “keel” wordt genoemd en die het oppervlak is van een bol die buiten de normale ruimte bestaat. Deze bol is analoog aan een cirkelvormige verbinding tussen twee pijpen, maar dan in één dimensie meer.
Als je de ene bol binnengaat, ga je niet door een gewone tunnel. In plaats van door de bol heen te gaan en er aan de andere kant weer uit te komen, wordt de richting waarin je reist afgebogen buiten de normale ruimte. De kromming zorgt ervoor dat je door de keel gaat en uit de andere bol komt. Je ziet nooit de “wanden” van de tunnel omdat de wanden driedimensionaal zijn, en je zit de hele tijd “op” de wand als een mier die in een zandloper kruipt. (Je kunt zelfs van binnenuit een signaal in een rechte lijn sturen en het zal rondcirkelen en bij je terugkomen). Het is moeilijk te visualiseren, wat waarschijnlijk de reden is dat sciencefiction het zelden goed doet.
Eerdere wormgatoplossingen voor Einsteins vergelijkingen, waaronder de oplossing die Einstein zelf in de jaren dertig ontdekte, waren onmogelijk om doorheen te reizen omdat de “keel” van het wormgat sneller werd afgeknepen dan zelfs het licht erdoorheen kon reizen. Pas in 1973 ontdekte Homer Ellis in Einsteins vergelijkingen een “doorkruisbaar” wormgat, een wormgat waar je wel doorheen kon reizen.
Net als warpaandrijving zou ook het bouwen van een wormgat een uitdaging blijken te zijn. Om zo’n grote vervorming in de ruimtetijd te maken, moet je twee zwarte gaten met elkaar verbinden (één voor elk uiteinde). Om dat te doen moet je de twee zwarte gat-singulariteiten samenvoegen terwijl de zwarte gaten zelf gescheiden blijven. Vervolgens moet je de samengevoegde singulariteit van een punt opblazen tot een bolvormige keel voor een opening.
Kwantumtheorie zou daarbij kunnen helpen door middel van “verstrengeling”, waarbij objecten op afstand met elkaar kunnen worden verbonden. Anderen hebben gesuggereerd dat natuurlijk voorkomende quantumwormgaten in het vacuüm van de ruimte zouden kunnen ontstaan in een subatomisch gebied dat quantumschuim wordt genoemd en worden aangemoedigd om te vergroten zodat er iets doorheen kan. Tot dusver is van geen van deze mechanismen aangetoond dat zij fysisch mogelijk zijn op de grootte die nodig is voor iets klassieks om er doorheen te gaan, zoals een sonde. Wormgaten blijken een lastige te zijn.
Een derde methode die ik nog niet in science fiction heb gezien is de Krasnikov-buis. Dit idee werd in 1995 voorgesteld als een alternatief voor de Alcubierre aandrijving. Een schip zou de ruimte vervormen als het met sublichtsnelheid van de ene ster naar de andere gaat. In plaats van de reis korter te maken zoals een wormgat, is de buis een tijdmachine.
Laten we eens zien hoe het werkt:
Stel dat mijn robotruimtesonde met 99% van de lichtsnelheid naar Alpha Centauri gaat. Om met die snelheid 4 lichtjaar te gaan is voor ons 4,04 jaar, maar voor de sonde is het slechts 7 maanden. De reden heeft te maken met relativiteit en de tweelingparadox. Je ziet dit principe in de Ender boekenreeks van Orson Scott Card. Ender en zijn zus reizen zoveel dat ze duizenden jaren aardse tijd leven.
De Krasnikov-buis is ontworpen om de tijd achter de sonde te vervormen, zodat de mensen op aarde minder lang hoeven te wachten op de terugkeer van de sonde. Zodra de sonde zijn bestemming heeft bereikt en klaar is om terug te keren, gaat hij de buis in en reist op dezelfde manier terug als hij gekomen is. Het enige verschil is dat, terwijl hij reist, de tijd terugloopt. Hierdoor komt hij aan kort nadat hij is vertrokken.