Warp sürücüsü

Bir gemiyi uzayın kendisini hareket ettirerek ışıktan hızlı taşımak: neye ihtiyaç var ve içeriden görünüşü

Bir varsayım: fizik kâğıt üzerinde izin veriyor ama kimse görmedi. Gösterilen her şey bugünkü teoriye uyar.

Adım adım

Gemiyi değil, uzayı hareket ettirmek

Görelilik'in hız sınırı uzayda hareket eden şeyler içindir. Uzayın kendisinin hareketine karşı bir şey söylemez: uzak galaksiler ışıktan hızlı uzaklaşır, çünkü aralarındaki uzay büyümeye devam eder. Alcubierre'in fikri, bunun küçük bir parçasını bilerek gerçekleştirmek ve içinde bir gemi taşımaktır.

Balon, çevresinde bir duvar olan düz bir uzay bölgesidir; duvarda uzay önde sıkışır, arkada gerilir. Gemi ortada, bir dalganın taşıdığı sörfçü gibi durgun durur. Mürettebat düz uzayda serbest düşüşte olur: itme yok, zaman genleşmesi yok, saatler dışarıdaki gibi işler.

Bu, Einstein denklemlerinin bir çözümüdür, bir makine değil. Köşedeki grafik çözümün kendisine aittir: uzayın yolculuk çizgisi boyunca ne hızla gerildiği (çizginin üstü) ya da sıkıştığı (altı). Resim, balonun ışık hızının iki katıyla uzaklaşırken arkasındaki bir gözlemcinin göreceğidir: önde çarpık bir gökyüzü diski, giderek küçülen.

Duvarı ne tutar

Duvarı tutmak için balonun çevresinde, en çok yanlarında, negatif enerjili madde gerekir. 1997'de Pfenning ve Ford, bir gemiyi on yılda Samanyolu'ndan geçirecek bir balonun yaklaşık −10⁶⁴ kg gerektirdiğini buldu; bu, gözlemlenebilir evrenin içerdiğinden çok fazladır.

Alcubierre'in enerji formülünün her yerde eksi işareti var: bir solucan deliğini açık tutan türden egzotik madde. Yolculuk çizgisi boyunca sıfırdır ve geminin ortasındaki duvarda, mor halkada en büyüktür. Halka çizilmiştir.

1997'de Michael Pfenning ve Larry Ford, kuantum kuramının negatif enerjiye koyduğu sınırları balona uyguladı. Duvarın yalnızca birkaç yüz Planck uzunluğu kalınlığında olabileceğini ve bir gemiyi uzağa taşıyacak kadar büyük bir balonun enerjisinin yaklaşık −10⁶⁴ kg olduğunu buldular: gözlemlenebilir evrenin kütlesinin, yaklaşık 10⁵³ kg, yüz milyar katı kadar.

Sonraki tasarımlar faturayı azalttı. Van Den Broeck'in 1999 tasarımı, bir atom kadar küçük bir şeyi taşıyan balon için üç Güneş'ten azına ihtiyaç duyar. 2021'de Bobrick ve Martire, ışıktan yavaş balonların sıradan maddeden yapılabileceğini gösterdi; Lentz yalnızca pozitif enerji isteyen daha hızlı bir tane önerdi, başkaları buna itiraz ediyor. Hiçbiri ucuz değil, hiçbiri üzerinde uzlaşılmış değil.

Biri nasıl inşa edilirdi

Kâğıt üstünde bir warp sürücüsü üç adımda yapılır: çok büyük miktarda negatif enerji üretmek, onu geminin çevresinde ince bir duvar biçimine sokmak ve geminin önünde açmak. Hiçbirini nasıl yapacağını kimse bilmiyor. Buradaki halka çizilmiştir.

1. Negatif enerji üret. Yapabildiğimiz tek tür minicik: Casimir etkisi, bir mikrometre aralıklı plakalar arasında metreküp başına yaklaşık −4 × 10⁻⁴ joule verir ve sıkıştırılmış ışık kısa darbeler yapar. Ford ve Roman'ın bulduğu sınırlar ancak bu kadarına bu kadar kısa süre izin verir. Balon yaklaşık −10⁶⁴ kilogram ister.

2. Onu duvar biçimine sok. Alcubierre'in formülü maddeyi geminin çevresinde bir kabuğa koyar: yolculuk çizgisi boyunca hiç, yanlarda en çok, yumuşak bir duvarla. Pfenning ve Ford duvarın yalnızca birkaç yüz Planck uzunluğu, yaklaşık 10⁻³³ metre kalın olması gerektiğini buldu; yapabildiğimiz her maddeden daha ince.

3. Geminin önünde aç. Gemi önündeki duvara sinyal gönderemez, yani balonu içeriden başlatamaz. Krasnikov 1995'te daha yavaş bir geminin yol boyunca rotayı hazırlayıp arkasında değişmiş uzaydan bir tüp bırakabileceğini, böylece o tüp boyunca sonraki yolculukların hızlı olacağını öne sürdü.

Bunların hiçbiri bir makine olarak yok. Her adım matematiğin istediğidir, bir teknoloji değil. Resimdeki negatif enerji halkası ve önümüzdeki rota çizilmiştir.

Balonun içinde

İçeride hiçbir şey hissetmezsiniz. Gemi düz uzayda durgun: itme yok, zaman genleşmesi yok, saatler her yerdeki gibi işliyor. Değişen gökyüzüdür. Sürücüyü artırın, öndeki yıldızlar kalabalıklaşır, parlar ve maviye döner.

Merkezde uzay düz ve durgundur. Balon hızlanırken hiçbir şey sizi itmez, çünkü siz hızlanmıyorsunuz; hareket eden balonun duvarıdır. Saatiniz herkesin saatinin tuttuğu zamanı tutar.

Ne olduğunu yalnızca içeri giren ışık gösterir. Uzayın aktığı duvarı geçmek zorundadır ve kaymış olarak çıkar: önden gelen ışığın frekansı 1 artı hız kadar yükselir, arkadan gelenin 1 eksi hız kadar düşer. Buradaki her ışın warp geometrisi boyunca izlenir.

Tonlar, kaymış renklerin basit bir vekilidir ve parlaklık Doppler çarpanını izler. Merkezdeki geminin kendisi çizilmemiştir.

Geminin gördüğü

Clark, Hiscock ve Larson 1999'da ışığı balonun içinden izledi; Thomas Müller ve Stuttgart'taki meslektaşları sonra görünümün filmlerini yaptı. Işık hızının ötesinde, ön yarıdaki yıldızlar yolculuk yönüne gerçekte olduklarından daha yakın görünür ve ona doğru daha parlak ve mavi olur.

Geminin arkasında Doppler çarpanı, 1 eksi hız, ışık hızında sıfıra düşer; onun ötesinde tam arkanın çevresinde, hiç ışığın gelmediği bir koni açılır. Yarım açısı, kosinüsü 1 bölü hız olan yaydır: ışık hızının iki katında 60°, gemi hızlandıkça daha fazla.

Koni bir ufuktur, sesüstü bir jetin arkasındaki Mach konisi gibi: içindekiler kendi ışıklarınca geçilir. Tam arkaya bakan mürettebat yalnızca karanlık görür, kenarına doğru birkaç sönük kırmızı yıldızla.

Bir gözlemcinin gördüğü

Dışarıdan bir warp balonu neredeyse görünmezdir: parıltı yok, görülecek duvar yok. Arkadan, önde balon uzaklaştıkça küçülen çarpık bir gökyüzü diski olarak görünür; yandan, o geçip gidene dek hiçbir şey fark etmezsiniz.

Çok ilerideki yıldızlardan gelen ışık size ulaşmadan önce balonun duvarından geçer; duvar onu on derecelerce saptırır ve rengini kaydırır. Gördüğünüz, aslında göğün geniş bir şeridinden gelen ve yolculuk yönü çevresinde küçük bir daireye sıkışmış bir gökyüzü diskidir: balon ne kadar uzaksa disk o kadar küçüktür. Buradaki kamera uzayda durgundur, balonun arkasında.

Balon, hiçbir ışığın onu gösterebileceğinden hızlı gider: görüntüsü size ancak geçip gittikten sonra ulaşır. Yolundaki biri onu gelirken görmeden geçilirdi, sonik patlamanın sesüstü uçağı izlemesi gibi.

Ortadaki gemi çizilmemiştir, duvarın kendi parıltısı da (varsa) değil: yalnızca denklemlerin yıldız ışığına yaptığı gösterilir.

Yön yok, durma yok

1995'te Sergei Krasnikov, geminin gönderdiği hiçbir şeyin balonun önüne ışıktan hızlı ulaşamayacağını, bu yüzden mürettebatın duvarı ne yaratabileceğini, ne yönlendirebileceğini, ne durdurabileceğini belirtti. Duvarla ilgili her şey geminin önünde, o gelmeden önce ayarlanmış olmalıydı.

Clark, Hiscock ve Larson burada çizilen iki koniyi buldu: önde geminin sinyal gönderemeyeceği bir koni, arkada ise ışığın ona ulaşamadığı koni. Her birinin yarım açısının kosinüsü 1 bölü hızdır.

Yani bir warp balonundaki gemi, orada zaten duran makineler yapmadıkça varış noktasında duramazdı. Krasnikov'un kendi yanıtı, rota boyunca önceden döşenmiş bükülmüş uzaydan bir tüptü. Bunlar fikirdir, tasarım değil.

İki sorun daha

Balon düz uzaydan açılırsa, hesaplar kuantum etkilerinin ön duvarında sınırsız birikip onu yok edeceğini söylüyor. Ve ışıktan hızlı gitmenin bir yolu, zamanda geriye gitmenin de bir yolu olabilir.

Finazzi, Liberati ve Barceló 2009'da düz uzaydan yapılmış ışıktan hızlı bir balonun ön duvarında bir ufuk oluştuğunu ve oradaki kuantum alanlarının enerjisinin zamanla üstel arttığını gösterdi. Sonuçları kütleçekimini klasik, maddeyi kuantum mekaniksel ele alır; bu yüzden tam bir kuantum kütleçekimi kuramı farklı olabilir.

Allen Everett 1996'da modelde yapılacak basit bir değişikliğin bir gemiye, yola çıkmadan önce evine getiren bir döngü yaptırabileceğini gösterdi. Solucan deliği gibi, ışıktan hızlı bir balon da bir sürücü olduğu kadar bir zaman makinesidir.

Stephen Hawking'in kronoloji koruma sanısı, doğanın bu tür döngülerin oluşmasını her zaman engellediğini söyler. Warp balonları için geçerli olup olmadığı bilinmiyor. Ön duvara çizilen nabız gibi atan parıltı biriken enerjiyi temsil eder; çizilmiştir.

Kimse bir tane yaptı mı?

Hayır. Harold White önderliğindeki bir NASA ekibi 2011 ve 2012'de lazer interferometreyle minik bir warp alanı aradı ve ikna edici bir işaret bulamadı. Bir warp sürücüsü denklemlerde kalıyor, ihtiyaç duyacağı negatif enerjiyi bekleyerek.

NASA'nın Johnson Uzay Merkezi'nde White ve Richard Juday, seramik kondansatörlerden oluşan minik bir halkanın yol açtığı bir uzay bükülmesini aramak için bir interferometre kurdu. Sonuçlar kesin değildi ve 2014 tarihli bir çözümleme, böyle bir düzeneğin yaratabileceği bozulmaların onun görebileceği kadar büyük olmadığını savundu.

Genel görelilik balonun biçimine izin verir; eksik olan maddedir. Bilinen hiçbir malzeme gereken miktarda negatif enerjiye sahip değil ve kuantum kuramı yalnızca minik miktarlara, Casimir etkisininkiler gibi, kısa süre için izin verir.

Fikir hâlâ yararlı iş görüyor. Göreliliğin neye izin verip neyi yasakladığını gösteriyor ve fizikçileri doğanın enerji üzerine kurallardan hangilerine gerçekten uyduğunu sormaya itti. Sıradan maddeden ışıktan yavaş balonlar şimdi motor olarak değil, kütleçekimi hakkında söyledikleri için inceleniyor.