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.
Alcubierres upptäckt satte teoretiska fysiker i gungning. Kunde FTL-resor vara möjliga?
Även NASA blev intresserad.
Antag att jag vill göra något ”enkelt” som att skicka en robotsond till Alpha Centauri för att kolla upp den och rapportera tillbaka. Alfa Centauri ligger ungefär 4,37 ljusår bort. Låt oss för enkelhetens skull göra det till fyra. Det tar alltså en ljusstråle 4 år att ta sig dit från jorden. Om jag inte kan flyga snabbare än ljuset tar en rundresa minst 8 år! Och det är i ljusets hastighet, utan att räkna med den tid det tar att accelerera till den hastigheten och sakta ner vid Alpha Centauri. Vår snabbaste sond någonsin, NASA:s Parker Solar Probe som skjuts upp 2018, kommer bara att uppnå en maxhastighet på 200 kilometer per sekund. Ljusets hastighet är 1 500 gånger snabbare!
Att få en sond ens i närheten av den hastigheten skulle vara imponerande, men om jag kan gå snabbare än ljuset, kanske mycket snabbare, skulle jag kunna minska tiden för rundresan till månader eller till och med mindre.
En sådan möjlighet hade redan diskuterats inom fysikvärlden flera decennier tidigare med forskning om det som vanligen kallas ”maskhål”. I likhet med Alcubierres idé är maskhål en förvrängning av rymden, men i stället för att vara en bubbla som ett skepp bär med sig är de passager genom rymden som kan ta dig från en punkt till en annan på mycket kortare tid än att gå genom normal rymd, som en höghastighetsjärnväg.
Maskhålen hade upptäckts 1916, bara ett år efter att Einstein hade publicerat sin gravitationsteori som kallades den allmänna relativitetsteorin. Jämfört med teorin om warpdrift är de gamla men knappast mindre exotiska.
Vormhål förekommer också i Star Trek, men med undantag för det utomjordiska konstruerade i DS9 betraktas de som instabila. I den mer näraliggande Sci-Fi-serien Stargate är de dock det vanligaste sättet att resa till andra stjärnor och galaxer.
För dem av oss som föreställer oss en framtida mänsklighet som reser till stjärnorna med FTL-hastigheter är en brännande fråga: vilken är mest trolig att bli verklighet? Warpdrift-liknande Alcubierre-drifter eller Stargates?
Låt oss titta på skillnaderna:
Alcubierre-driften förvränger rymden så att allt som befinner sig i dess bubbla kommer att accelereras, inte med hjälp av ett drivmedel utan genom att komprimera rymden i sig själv. Detta är som en miniform av hur universum expanderar men i omvänd riktning och lokalt i bubblan. Eftersom den förvränger rymden och inte reser genom rymden kan den gå snabbare än ljuset.
Under de senaste 26 åren har det publicerats ett stort antal kritiska synpunkter på Alcubierres idé: Den kommer att behöva ett universum av energi. Den kommer att generera intensiv strålning som förstör både det som finns inuti warpbubblan och det som finns framför den. Den kommer att göra den omöjlig att kontrollera eftersom man inte kan skicka meddelanden från baksidan av skeppet till framsidan utan att överskrida ljusets hastighet. Det kommer att krävas en bubbla som är så tunn att den skulle ligga utanför den kända fysiken.
Tillbaka till det verkade allt detta som tekniska problem eller åtminstone potentiellt lösbara. Säkert skulle en smart ingenjör i framtiden kunna konstruera sätt att kringgå dem. Gör en smartare bubbla som kräver mindre energi. Använd Alcubierre-warpbubblor för att skicka meddelanden till fartygets främre del. Kanske kan man utveckla något skydd mot strålningen eller så kan den avledas eller sugas bort på något sätt. Och vem säger att vi inte kan göra en supertunn bubbla? Ändå kanske maskhål är den enklare vägen till stjärnorna.
Ett maskhål är som en tunnel men med en dimension mer än vanligt. Det består av två bollformade öppningar som är åtskilda i rymden. Till skillnad från skildringarna i Stargate och Star Trek är öppningen inte en tvådimensionell skiva utan en boll som man kan gå in i från alla håll. De två bollarna är förbundna med en öppning som kallas ”throat”, vilket är ytan på en sfär som existerar utanför det normala utrymmet. Denna sfär är analog med en cirkulär skarv mellan två rör men i ytterligare en dimension.
När du går in i den ena kulan passerar du inte genom en vanlig tunnel. Snarare går du in i ett förvrängt rum där istället för att passera genom kulan och ut på andra sidan, är riktningen du färdas i böjd utanför det normala rummet. Böjningen gör att du passerar genom halsen och ut ur den andra bollen. Du ser aldrig tunnelns ”väggar” eftersom väggarna är tredimensionella, och du tillbringar hela tiden ”på” väggen som en myra som kryper inuti ett timglas. (Du kan till och med skicka en signal i en rak linje från insidan och den kommer att cirkla runt och komma tillbaka till dig). Det är svårt att visualisera, vilket förmodligen är anledningen till att science fiction sällan lyckas med det.
De tidiga maskhålslösningarna till Einsteins ekvationer, inklusive den som Einstein själv upptäckte på 1930-talet, var omöjliga att resa igenom eftersom maskhålets ”hals” klämdes ihop snabbare än vad till och med ljuset kunde färdas igenom. Det var inte förrän 1973 som Homer Ellis upptäckte ett ”genomträngbart” maskhål, ett som man faktiskt kunde resa igenom, i Einsteins ekvationer.
Likt warpdrift skulle det också visa sig vara en utmaning att bygga ett maskhål. För att skapa en så stor snedvridning i rymdtiden skulle man behöva förbinda två svarta hål (ett i varje ände). För att göra det måste man sammanfoga de två svarta hålens singulariteter samtidigt som man håller själva de svarta hålen åtskilda. Sedan måste man blåsa upp den sammanslagna singulariteten från en punkt till en sfärisk hals för en öppning.
Kvantteorin kan hjälpa till med detta genom ”förvirring” där objekt kan kopplas samman på avstånd. Andra har föreslagit att naturligt förekommande kvantmaskhål kan dyka upp i rymdens vakuum i en subatomär värld som kallas kvantskummet och uppmuntras att utvidgas så att något kan passera igenom. Hittills har ingen av dessa mekanismer visat sig vara fysiskt möjliga i den storlek som krävs för att något klassiskt ska kunna passera igenom, t.ex. en sond. Maskhål visar sig vara svåra.
En tredje metod som jag ännu inte har sett i science fiction är Krasnikovröret. Denna idé föreslogs 1995 som ett alternativ till Alcubierre-driften. I den skulle ett skepp förvränga rymden när det går i subljushastighet från en stjärna till en annan. Istället för att göra resan kortare som ett maskhål är röret en tidsmaskin.
Låt oss se hur det fungerar:
Förutsatt att min robotrymdssond går med 99 procent av ljusets hastighet till Alpha Centauri. Att åka 4 ljusår med den hastigheten är 4,04 år för oss, men för sonden är det bara 7 månader. Orsaken har att göra med relativitetsteorin och tvillingparadoxen. Du ser denna princip i bokserien Ender av Orson Scott Card. Ender och hans syster reser så mycket att de lever tusentals år i jordtid.
Krasnikovröret är konstruerat för att förvränga tiden bakom sonden så att människorna på jorden inte behöver vänta lika länge på sondens återkomst. När sonden når sin destination och är redo att återvända går den in i röret och reser tillbaka samma väg som den kom. Den enda skillnaden är att tiden går baklänges när den reser. Detta gör att den kommer fram strax efter att den åkte!