Mesin warp

Membawa kapal lebih cepat dari cahaya dengan menggerakkan ruang itu sendiri: apa yang dibutuhkan dan pemandangan dari dalam

Sebuah pengandaian: fisika mengizinkannya di atas kertas, tetapi belum ada yang pernah melihatnya. Semuanya mengikuti teori saat ini.

Tonton dalam 3D

Langkah demi langkah

Menggerakkan ruang, bukan kapal

Batas kecepatan relativitas berlaku untuk benda yang bergerak melalui ruang. Ia tak mengatakan apa pun melawan ruang itu sendiri yang bergerak: galaksi jauh menjauh lebih cepat dari cahaya karena ruang di antaranya terus tumbuh. Gagasan Alcubierre adalah membuat sepotong kecil hal itu terjadi dengan sengaja dan membawa kapal di dalamnya.

Gelembung adalah wilayah ruang datar dengan dinding di sekelilingnya, tempat ruang ditekan di depan dan diregangkan di belakang. Kapal diam di tengah, seperti peselancar yang dibawa gelombang. Awaknya berada dalam jatuh bebas di ruang datar: tanpa dorongan, tanpa dilatasi waktu, jam berjalan seperti di luar.

Ini solusi persamaan Einstein, bukan mesin. Grafik di sudut milik solusi itu sendiri: seberapa cepat ruang diregangkan (di atas garis) atau ditekan (di bawahnya) sepanjang garis perjalanan. Gambarnya adalah yang akan dilihat pengamat di belakang gelembung saat ia melesat pergi dengan dua kali kecepatan cahaya: cakram langit melengkung di depan, mengecil saat ia menjauh.

Apa yang menahan dinding

Untuk menahan dinding, diperlukan materi berenergi negatif di sekeliling gelembung, terutama di sisinya. Pada 1997 Pfenning dan Ford mendapati bahwa gelembung untuk membawa kapal melintasi Bimasakti dalam sepuluh tahun memerlukan sekitar −10⁶⁴ kg, jauh lebih banyak daripada isi alam semesta teramati.

Rumus energi Alcubierre bertanda minus di mana-mana: jenis materi eksotis yang sama yang menahan lubang cacing terbuka. Ia nol sepanjang garis perjalanan dan terbesar di dinding di sekitar tengah kapal, cincin ungu. Cincin itu digambar.

Pada 1997 Michael Pfenning dan Larry Ford menerapkan batas yang dikenakan teori kuantum pada energi negatif ke gelembung itu. Mereka mendapati dindingnya hanya boleh setebal beberapa ratus panjang Planck, dan energi untuk gelembung yang cukup besar untuk membawa kapal jauh sekitar −10⁶⁴ kg: sekitar seratus miliar kali massa alam semesta teramati, sekitar 10⁵³ kg.

Rancangan berikutnya memangkas tagihan. Rancangan Van Den Broeck tahun 1999 memerlukan kurang dari tiga Matahari untuk gelembung yang membawa sesuatu sekecil atom. Pada 2021 Bobrick dan Martire menunjukkan bahwa gelembung lebih lambat dari cahaya dapat dibuat dari materi biasa, dan Lentz mengusulkan yang lebih cepat yang hanya memerlukan energi positif, yang diperdebatkan orang lain. Tak ada yang murah, dan tak ada yang disepakati.

Bagaimana satu dibangun

Di atas kertas, penggerak warp dibangun dalam tiga langkah: membuat energi negatif dalam jumlah sangat besar, membentuknya menjadi dinding tipis mengelilingi kapal, dan menyalakannya di depan kapal. Tak ada yang tahu cara melakukan satu pun. Cincin di sini digambar.

1. Buat energi negatif. Satu-satunya yang bisa kita buat sangat kecil: efek Casimir memberi sekitar −4 × 10⁻⁴ joule per meter kubik di antara pelat berjarak satu mikrometer, dan cahaya terperas membuat denyut singkat. Batas yang ditemukan Ford dan Roman hanya mengizinkan sekian untuk sesingkat itu. Gelembung butuh sekitar −10⁶⁴ kilogram.

2. Bentuk menjadi dinding. Rumus Alcubierre menaruh materi dalam selubung di sekeliling kapal: tak ada di sepanjang garis perjalanan, paling banyak di samping, dengan dinding yang mulus. Pfenning dan Ford menemukan dinding itu harus setebal hanya beberapa ratus panjang Planck, sekitar 10⁻³³ meter, lebih tipis daripada materi apa pun yang bisa kita buat.

3. Nyalakan di depan kapal. Kapal tak bisa mengirim sinyal ke dinding di depannya, jadi tak bisa memulai gelembung dari dalam. Krasnikov mengusulkan pada 1995 bahwa kapal yang lebih lambat dapat menyiapkan rute sepanjang jalan, meninggalkan tabung ruang yang diubah di belakangnya, sehingga perjalanan berikutnya di sepanjang tabung itu cepat.

Tak satu pun dari ini ada sebagai mesin. Tiap langkah adalah yang diminta matematika, bukan teknologi. Cincin energi negatif pada gambar dan rute di depan digambar.

Di dalam gelembung

Di dalam, Anda tak akan merasakan apa-apa. Kapal diam di ruang datar: tanpa dorongan, tanpa dilatasi waktu, jam berjalan seperti di mana pun. Yang berubah adalah langit. Naikkan penggerak dan bintang di depan berdesakan, menerang, dan berubah biru.

Di pusat ruang datar dan diam. Tak ada yang mendorong Anda saat gelembung mempercepat, karena Anda tak berakselerasi; dinding gelembunglah yang bergerak. Jam Anda menunjukkan waktu yang ditunjukkan jam semua orang.

Hanya cahaya yang masuk yang menunjukkan apa yang terjadi. Ia harus menyeberangi dinding, tempat ruang mengalir, dan keluar tergeser: cahaya dari depan dinaikkan frekuensinya sebesar 1 tambah kecepatan, cahaya dari belakang diturunkan sebesar 1 kurang kecepatan. Setiap sinar di sini diikuti melalui geometri warp.

Warna-warna itu adalah pengganti sederhana bagi warna yang tergeser, dan kecerahan mengikuti faktor Doppler. Kapal itu sendiri, di tengah, tidak digambar.

Apa yang dilihat kapal

Clark, Hiscock, dan Larson mengikuti cahaya melalui gelembung pada 1999, dan Thomas Müller dan rekan di Stuttgart kemudian membuat film pemandangannya. Melampaui kecepatan cahaya, bintang di separuh depan tampak lebih dekat ke arah perjalanan daripada sebenarnya, dan makin terang serta biru ke arahnya.

Di belakang kapal faktor Doppler, 1 kurang kecepatan, jatuh ke nol pada kecepatan cahaya, dan melampauinya terbuka kerucut di sekitar tepat di belakang yang darinya tak ada cahaya tiba sama sekali. Setengah sudutnya adalah busur yang kosinusnya 1 per kecepatan: 60° pada dua kali kecepatan cahaya, makin besar saat kapal makin cepat.

Kerucut itu cakrawala, seperti kerucut Mach di belakang jet supersonik: apa yang di dalamnya disusul oleh cahayanya sendiri. Menatap lurus ke belakang, awak hanya akan melihat gelap, dengan beberapa bintang merah redup ke tepinya.

Apa yang dilihat pengamat

Dari luar, gelembung warp nyaris tak terlihat: tanpa cahaya, tanpa dinding yang bisa dilihat. Dari belakang ia tampak sebagai cakram langit melengkung di depan yang mengecil saat gelembung menjauh; dari samping Anda tak akan menyadari apa pun sampai ia lewat.

Cahaya dari bintang yang jauh di depan melintasi dinding gelembung sebelum sampai kepada Anda, dan dinding membelokkannya puluhan derajat serta menggeser warnanya. Yang Anda lihat adalah cakram langit yang sebenarnya berasal dari bentangan luas cakrawala, terkemas dalam lingkaran kecil di sekitar arah perjalanan: makin jauh gelembung, makin kecil cakramnya. Kamera di sini diam di ruang, di belakang gelembung.

Gelembung bergerak lebih cepat daripada cahaya mana pun yang dapat menampakkannya: citranya akan sampai kepada Anda hanya setelah ia lewat. Siapa pun di jalurnya akan dilewati sebelum melihatnya datang, seperti dentum sonik mengikuti pesawat supersonik.

Kapal di tengah tidak digambar, begitu pula cahaya dinding sendiri, jika ada: yang ditunjukkan hanyalah apa yang persamaan lakukan pada cahaya bintang.

Tak bisa dikemudikan, tak bisa dihentikan

Pada 1995 Sergei Krasnikov menunjukkan bahwa tak ada yang dikirim kapal yang dapat mencapai bagian depan gelembung lebih cepat dari cahaya, sehingga awak tak dapat membuat dinding, mengemudikannya, atau menghentikannya. Segala hal tentang dinding harus diatur di depan kapal, sebelum ia datang.

Clark, Hiscock, dan Larson menemukan dua kerucut yang digambar di sini: di depan, yang tak dapat dimasuki sinyal dari kapal, dan di belakang, yang darinya tak ada cahaya dapat mencapainya. Masing-masing punya setengah sudut yang kosinusnya 1 per kecepatan.

Jadi kapal dalam gelembung warp tak dapat berhenti di tujuannya kecuali mesin yang sudah ada di sana melakukannya. Jawaban Krasnikov sendiri adalah tabung ruang yang dilengkungkan, dibentangkan sepanjang rute sebelumnya. Ini gagasan, bukan rancangan.

Dua masalah lagi

Jika gelembung dinyalakan dari ruang datar, perhitungan mengatakan efek kuantum menumpuk tanpa batas di dinding depannya dan menghancurkannya. Dan cara bergerak lebih cepat dari cahaya bisa juga menjadi cara kembali ke masa lalu.

Finazzi, Liberati, dan Barceló menunjukkan pada 2009 bahwa gelembung lebih cepat dari cahaya yang dibuat dari ruang datar mendapatkan cakrawala di dinding depannya, dan bahwa energi medan kuantum di sana tumbuh eksponensial terhadap waktu. Hasil mereka memperlakukan gravitasi secara klasik dan materi secara kuantum, sehingga teori lengkap gravitasi kuantum bisa berbeda.

Allen Everett menunjukkan pada 1996 bahwa perubahan sederhana pada model memungkinkan kapal menempuh lingkaran yang membawanya pulang sebelum ia berangkat. Seperti lubang cacing, gelembung lebih cepat dari cahaya adalah mesin waktu selain penggerak.

Dugaan perlindungan kronologi Stephen Hawking mengatakan alam selalu mencegah terbentuknya lingkaran semacam itu. Apakah itu berlaku untuk gelembung warp tidak diketahui. Cahaya berdenyut yang digambar di dinding depan mewakili energi yang menumpuk; ia digambar.

Adakah yang membangunnya?

Tidak. Tim NASA yang dipimpin Harold White mencari medan warp mungil dengan interferometer laser pada 2011 dan 2012 dan tak menemukan tanda meyakinkan. Mesin warp tetap dalam persamaan, menunggu energi negatif yang dibutuhkannya.

Di Johnson Space Center NASA, White dan Richard Juday membangun interferometer untuk mencari distorsi ruang dari cincin mungil kapasitor keramik. Hasilnya tak meyakinkan, dan analisis 2014 berpendapat bahwa distorsi yang dapat dibuat perangkat semacam itu jauh terlalu kecil untuk dilihatnya.

Relativitas umum mengizinkan bentuk gelembung; yang hilang adalah materinya. Tak ada bahan dikenal yang punya energi negatif dalam jumlah yang dibutuhkan, dan teori kuantum hanya mengizinkan jumlah mungil, seperti efek Casimir, untuk waktu singkat.

Gagasan ini masih berguna. Ia menunjukkan apa yang diizinkan dan dilarang relativitas, dan mendorong fisikawan bertanya aturan energi mana yang benar-benar ditaati alam. Gelembung lebih lambat dari cahaya dari materi biasa kini dipelajari demi apa yang dikatakannya tentang gravitasi, bukan sebagai mesin.