Noul concept de acționare warp răsucește spațiul, nu ne mișcă foarte repede

O echipă de fizicieni a descoperit că este posibil să construiești o unitate warp reală, reală, fizică și să nu încalci nicio regulă cunoscută a fizicii. Un avertisment: nava care face deformarea nu poate depăși viteza luminii, așa că nu veți ajunge nicăieri interesant în curând. Dar această cercetare încă reprezintă un progres important în înțelegerea noastră a gravitației.

Mișcare fără mișcare

Teoria generală a relativității a lui Einstein este un set de instrumente pentru rezolvarea problemelor care implică gravitația care conectează masa și energia cu deformațiile din spațiu-timp. La rândul lor, acele deformații spațiu-timp instruiesc masa și energia cum să se miște. În aproape toate cazurile, fizicienii folosesc ecuațiile relativității pentru a afla cum se va mișca o anumită combinație de obiecte. Ei au un scenariu fizic, cum ar fi o planetă care orbitează în jurul unei stele sau două găuri negre care se ciocnesc și se întreabă cum deformează acele obiecte spațiu-timp și care ar trebui să fie evoluția ulterioară a sistemului.

Dar este, de asemenea, posibil să rulați matematica lui Einstein în sens invers, imaginând o mișcare dorită și întrebând ce fel de deformare spațiu-timp o poate face posibilă. Acesta este modul în care fizicianul mexican Miguel Alcubierre a descoperit baza fizică pentru o unitate warp – de mult o bază a Star Trek franciza.

Scopul unei unități warp este de a ajunge de la A la B în timpul dintre pauzele comerciale, care implică de obicei o mișcare mai rapidă decât lumina. Dar relativitatea specială interzice în mod expres viteze mai mari decât lumina. Deși acest lucru nu i-a deranjat niciodată pe scriitorii Star Trek, l-a iritat pe Alcubierre. El a descoperit că este posibil să se construiască o unitate warp printr-o manipulare inteligentă a spațiu-timpului, aranjand-o astfel încât spațiul din fața unui vas să fie strâns și spațiul din spatele vasului să se întindă. Aceasta generează mișcare fără, strict vorbind, mișcare.

Sună ca o contradicție, dar acesta este doar unul dintre multele aspecte minunate ale relativității generale. Unitatea warp a lui Alcubierre evită încălcarea limitei vitezei luminii, deoarece nu se mișcă niciodată prin spaţiu; în schimb, spațiul însuși este manipulat pentru, în esență, a aduce destinația navei spațiale mai aproape de ea.

Deși tentant, designul lui Alcubierre are un defect fatal. Pentru a furniza distorsiunile necesare ale spațiu-timpului, nava spațială trebuie să conțină o anumită formă de materie exotică, de obicei privită ca materie cu masă negativă. Masa negativă are unele probleme conceptuale care par să sfideze înțelegerea noastră a fizicii, cum ar fi posibilitatea ca, dacă loviți o minge care cântărește negativ 5 kilograme, aceasta să zboare înapoi, încălcând conservarea impulsului. În plus, nimeni nu a văzut vreodată vreun obiect cu masă negativă care să existe în Universul real, vreodată.

Aceste probleme cu masa negativă i-au determinat pe fizicieni să propună diferite versiuni ale „condițiilor energetice” ca suplimente ale relativității generale. Acestea nu sunt incluse în relativitatea în sine, ci sunt necesare suplimente, deoarece relativitatea generală permite lucruri precum masa negativă care nu par să existe în Universul nostru – aceste condiții de energie le țin în afara ecuațiilor relativității. Sunt răspunsul oamenilor de știință la faptul neliniștitor că vanilia GR permite lucruri precum mișcarea superluminală, dar restul Universului nu pare să fie de acord.

Factor de deformare zero

Condițiile energetice nu sunt dovedite experimental sau observațional, dar sunt afirmații care concordă cu toate observațiile Universului, așa că majoritatea fizicienilor le iau destul de în serios. Și până de curând, fizicienii au considerat acele condiții de energie ca făcând absolut clar 100% că nu poți construi o unitate warp, chiar dacă ai vrea cu adevărat.

Dar există o cale de ocolire, descoperită de o echipă internațională de fizicieni condusă de Jared Fuchs de la Universitatea din Alabama din Huntsville. (Echipa este, de asemenea, afiliată la Applied Propulsion Laboratory of Applied Physics, un think tank virtual dedicat cercetării, printre multe alte lucruri, warp drives.) Într-o lucrare acceptată pentru publicare în jurnal Gravitația clasică și cuanticăcercetătorii au săpat adânc în relativitate pentru a explora dacă orice versiune a unei unități warp ar putea funcționa.

Ecuațiile relativității generale sunt notoriu dificil de rezolvat, mai ales în cazuri complexe, cum ar fi o unitate warp. Așa că echipa a apelat la algoritmi software; în loc să încerce să rezolve ecuațiile manual, ei și-au explorat soluțiile numeric și au verificat că se conformează condițiilor energetice.

Echipa nu a încercat de fapt să construiască un dispozitiv de propulsie. În schimb, au explorat diverse soluții la relativitatea generală care ar permite călătoria dintr-un punct în punct fără ca o navă să sufere vreo accelerație sau să experimenteze forțe de maree gravitaționale copleșitoare în interiorul navei, mult pentru confortul oricăror pasageri imaginați. Ei au verificat apoi dacă aceste soluții au aderat la condițiile energetice care împiedică utilizarea materiei exotice.

Cercetătorii au descoperit într-adevăr o soluție warp drive: o metodă de manipulare a spațiului, astfel încât călătorii să se poată mișca fără a accelera. Nu există, totuși, un prânz gratuit, iar caracterul fizic al acestei unități warp vine cu o avertizare majoră: nava și pasagerii nu pot călători niciodată mai repede decât lumina. De asemenea, dezamăgitor: faptul că cercetătorii din spatele noii lucrări nu par să se deranjeze să-și dea seama ce configurații ale materiei ar permite deformarea.