Το πιο κοντινό άστρο στη Γη είναι ο Εγγύτατος ή Proxima Centauri. Είναι περίπου 4,25 έτη φωτός μακριά, ή περίπου 40 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα. Το ταχύτερο έως σήμερα διαστημικό σκάφος, το Parker Solar Probe στην πορεία του προς τον Ήλιο θα φτάσει σε τελική ταχύτητα 200 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο το 2024. Θα χρειάζονταν μόλις 2 δευτερόλεπτα για να ταξιδέψει κανείς από την Αθήνα στην Θεσσαλονίκη με αυτήν την ταχύτητα, αλλά θα απαιτούνταν 6.633 χρόνια για να φτάσει στο πλησιέστερο γειτονικό άστρο στη Γη!
Εάν η ανθρωπότητα θέλει κάποτε να ταξιδεύει εύκολα ανάμεσα στα αστέρια, θα πρέπει να κινηθεί ταχύτερα από το φως. Αλλά μέχρι στιγμής, ταξίδια ταχύτερα από το φως είναι δυνατά μόνο στην επιστημονική φαντασία. Στα βιβλία του Issac Asimov, τα διαστημόπλοια μπορούσαν να ταξιδεύουν από πλανήτη σε πλανήτη, από αστέρι σε αστέρι και σε όλο το σύμπαν χρησιμοποιώντας άλματα μέσα στον χωροχρόνο. Μερικοί χαρακτήρες - όπως στις ταινίες "Interstellar" και "Thor" - χρησιμοποιούσαν σκουληκότρυπες για να ταξιδεύουν μεταξύ των ηλιακών συστημάτων σε δευτερόλεπτα, δηλαδή μια «παράκαμψη» μεταξύ απίστευτα μακρινών σημείων στο σύμπαν. Μια άλλη προσέγγιση - γνωστή στους οπαδούς του "Star Trek" - είναι η τεχνολογία warp drive που θα μπορούσε να αποδοθεί ως «προώθηση στρέβλωσης».
Η «προώθηση στρέβλωσης» είναι θεωρητικά δυνατή, αν και απαιτεί μια υπερβολικά προχωρημένη και άπιαστη ακόμα τεχνολογία. Δύο πρόσφατες δημοσιεύσεις έγιναν πρωτοσέλιδα τον Μάρτιο όταν κάποιοι ερευνητές ισχυρίστηκαν ότι έχουν ξεπεράσει μία από τις πολλές προκλήσεις που υπάρχουν μεταξύ της θεωρίας της «προώθησης στρέβλωσης» και της πραγματικότητας. Αλλά πώς λειτουργεί αυτή η θεωρητική προώθηση; Είναι δυνατόν ο άνθρωπος θα κάνει το τεχνολογικό άλμα προς αυτή την τεχνολογία σύντομα;
Η σύγχρονη κατανόηση του χωροχρόνου προέρχεται από τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Η γενική σχετικότητα δηλώνει ότι ο χώρος και ο χρόνος συγχωνεύονται σε ένα τετραδιάστατο σύμπαν και ότι τίποτα δεν μπορεί να ταξιδέψει γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός. Η γενική σχετικότητα περιγράφει επίσης πώς η μάζα και η ενέργεια στρεβλώνουν το χωροχρόνο - μεγάλα αντικείμενα όπως αστέρια και μαύρες τρύπες καμπυλώνουν το χωροχρόνο γύρω τους. Αν συμπιέσουμε δύο αντίθετα σημεία ενός φουσκωμένου μπαλονιού, τότε αυτά έρχονται πλησιέστερα μεταξύ τους. Αυτή η καμπυλότητα είναι αυτό που αισθανόμαστε ως βαρύτητα. Η βαρύτητα λοιπόν, μπορεί να κάνει δύο απομακρυσμένα σημεία του χωροχρόνου να «πλησιάσουν» μεταξύ τους, κάνοντας συντομότερο το ταξίδι από το ένα στο άλλο. Οι πρώτοι συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας Τζον Κάμπελ και Ασίμοφ είδαν αυτή τη καμπύλωση ως έναν τρόπο για να ξεπεράσουν το όριο ταχύτητας του φωτός.
Τι θα συμβεί αν ένα διαστημόπλοιο μπορούσε να συμπιέσει τεχνητά το χωροχρόνο γύρω του, όπως κάνει και η φύση μέσω των τεράστιων μαζών των άστρων; Το "Star Trek" πήρε αυτήν την ιδέα και ονόμασε την τεχνική drive warp.
Το 1994, ο Miguel Alcubierre, ένας Μεξικανός θεωρητικός φυσικός, έδειξε ότι η συμπίεση του χωροχρόνου γύρω από το διαστημόπλοιο ήταν μαθηματικά δυνατή σύμφωνα με τους νόμους της Γενικής Σχετικότητας. Φανταστείτε ότι η απόσταση μεταξύ δύο σημείων είναι 10 μέτρα. Εάν ξεκινάτε από το σημείο Α και μπορείτε να ταξιδέψετε ένα μέτρο ανά δευτερόλεπτο, θα χρειαστούν 10 δευτερόλεπτα για να φτάσετε στο σημείο Β. Ωστόσο, ας υποθέσουμε ότι θα μπορούσατε κάπως να συμπιέσετε το χώρο μεταξύ σας και του σημείου Β, ώστε η απόσταση να είναι τώρα μόλις ένα μέτρο. Στη συνέχεια, κινούμενοι με την ταχύτητα του ενός μέτρου ανά δευτερόλεπτο, θα μπορούσατε να φτάσετε στο σημείο Β σε ένα δευτερόλεπτο. Θεωρητικά, αυτή η προσέγγιση δεν έρχεται σε αντίθεση με τους νόμους της σχετικότητας, καθώς δεν κινείστε γρηγορότερα από το φως. Ο Alcubierre έδειξε ότι η μέθοδος προώθησης του "Star Trek" ήταν θεωρητικά δυνατή.
Δυστυχώς, η μέθοδος συμπίεσης του χωροχρόνου σύμφωνα με τον Alcubierre είχε ένα πρόβλημα: απαιτεί αρνητική ενέργεια ή αρνητική μάζα. Η προώθηση του Alcubierre θα λειτουργούσε δημιουργώντας μια φυσαλίδα χωροχρόνου γύρω από το διαστημόπλοιο η οποία θα έκαμπτε τον χωροχρόνο γύρω της για να μειώσει τις αποστάσεις. Αυτό σύμφωνα με τα θεωρητικά μοντέλα θα απαιτούσε είτε αρνητική μάζα - έναν θεωρητικό τύπο ύλης - είτε έναν δακτύλιο αρνητικής ενεργειακής πυκνότητας για να λειτουργήσει.
Οι φυσικοί δεν έχουν παρατηρήσει ποτέ αρνητική μάζα, έτσι ώστε η αρνητική ενέργεια να μένει ως η μόνη επιλογή. Για τη δημιουργία αρνητικής ενέργειας, απαιτείται μια τεράστια ποσότητα μάζας ώστε να δημιουργήσει μια ανισορροπία μεταξύ σωματιδίων και αντισωματιδίων. Εάν ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντι-ηλεκτρόνιο εμφανίζονταν κοντά στο διαστημόπλοιο, ένα από τα σωματίδια θα παγιδευτεί από τη μάζα του σκάφους και αυτό οδηγεί σε μια ανισορροπία στον γύρω χώρο. Αυτή η ανισορροπία οδηγεί σε αρνητική ενεργειακή πυκνότητα. Η «προώθηση στρέβλωσης» του Alcubierre θα χρησιμοποιούσε αυτήν την αρνητική ενέργεια για να δημιουργήσει τη φυσαλίδα στο χωροχρόνο. Αλλά για να παραχθεί αρκετή αρνητική ενέργεια, θα χρειαζόταν πολύ μάζα. Ο Alcubierre υπολόγισε ότι για να δημιουργήσει ένα διαστημόπλοιο μια φυσαλίδα 100 μέτρων γύρω του θα απαιτούσε τη μάζα ολόκληρου του ορατού σύμπαντος! Το 1999, ο φυσικός Chris Van Den Broeck έδειξε ότι η επέκταση του όγκου μέσα στη φυσαλίδα του χωροχρόνου, με διατήρηση της επιφάνειας σταθερής (κάτι που φαίνεται περίεργο αλλά είναι δυνατό μιας και αναφερόμαστε σε γεωμετρία τεσσάρων διαστάσεων) θα μείωνε τις ενεργειακές απαιτήσεις σημαντικά, σχεδόν στη μάζα του Ήλιου. Μια σημαντική βελτίωση, αλλά εξακολουθεί να υπερβαίνει όλες τις τεχνολογικές δυνατότητες.
Δύο πρόσφατα άρθρα - ένα από τους Alexey Bobrick και Gianni Martire και ένα άλλο από τον Erik Lentz - παρέχουν λύσεις που φαίνεται να φέρνουν την «προώθηση στρέβλωσης» πιο κοντά στην πραγματικότητα. Ο Bobrick και ο Martire συνειδητοποίησαν ότι τροποποιώντας τον χωροχρόνο μέσα στη φυσαλίδα με έναν συγκεκριμένο τρόπο, θα μπορούσαν να αφαιρέσουν την ανάγκη χρήσης αρνητικής ενέργειας. Η λύση τους, ωστόσο, δεν παρέχει ικανοποιητικά υψηλή ταχύτητα. Ανεξάρτητα, ο Lentz πρότεινε επίσης μια λύση που δεν απαιτεί αρνητική ενέργεια. Χρησιμοποίησε μια διαφορετική γεωμετρική προσέγγιση για την επίλυση των εξισώσεων της γενικής σχετικότητας και διαπίστωσε ότι μια «προώθηση στρέβλωσης» δεν θα χρειαζόταν απαραίτητα να χρησιμοποιεί αρνητική ενέργεια. Η λύση του Lentz θα επέτρεπε στη φυσαλίδα να συμπιέζει τον χωροχρόνο γύρω της ώστε ένα διαστημόπλοιο μέσα σε αυτήν να «φαίνεται» να ταξιδεύει γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός!
Είναι σημαντικό να επισημάνουμε ότι αυτές οι συναρπαστικές εξελίξεις είναι μαθηματικά μοντέλα. Οι ερευνητές δεν εμπιστεύονται πλήρως τα μοντέλα έως ότου έχουν και πειραματικές αποδείξεις. Ωστόσο, οι επιστήμονες μελετούν την λύση αυτή, έστω και εάν ακόμα δεν έχουν ιδέα πως θα μπορούσε να υλοποιηθεί πρακτικά. Άλλωστε, ποτέ δεν μπορούμε να προβλέψουμε τι θα φέρει το μέλλον.
ΠΗΓΗ: Astronomy Magazine.
ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: Credit: Rob Young. (CC BY 2.0).
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ: Παραγωγή ενέργειας από μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα! Πείραμα επιβεβαιώνει θεωρία 50 ετών!
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου