Interstellaire reizen blijven de geesten van het publiek prikkelen. Warp-drives zijn al lang een prominente plaats in de popcultuur, zowel in de literatuur als in de bioscoop. Maar zal de mensheid in staat zijn om een technologie te creëren die ruimte-tijd kan manipuleren, waardoor reizen sneller dan licht mogelijk is?
We zien dit de hele tijd in sciencefiction: door warp aangedreven schepen stellen personages in een verhaal, roman, film of televisieserie in staat om nieuwe planeten en zelfs sterrenstelsels te verkennen. Deze voertuigen zouden zelfs sneller kunnen vliegen dan de lichtsnelheid, zelfs als de algemene relativiteitstheorie ons leert dat niemand sneller kan reizen dan het licht. Is het niet? Licht heeft immers geen massa en kan dus met een snelheid van 299.792.458 meter per seconde reizen.
Dit is allemaal waar. Niets kan de universele snelheidslimiet overschrijden. We kunnen echter nog steeds de mogelijkheid hebben om een warp-schijf te bouwen zonder enige fysieke wetten te overtreden.
In 1994 schreef theoretisch natuurkundige Miguel Alcubierre uit Mexico een artikel waarin hij de wiskundige berekeningen en de wetenschappelijke basis presenteerde voor het creëren van een echte warp-drive die niet in tegenspraak zou zijn met de algemene relativiteitstheorie. Hij raakte geïnteresseerd in deze manier van interstellaire reizen nadat hij het in actie had gezien en gigantische afstanden aflegde in sciencefiction.
Een ruimtevaartuig met een warpaandrijving zoals gezien door de kunstenaar.
De warp-aandrijving zet het weefsel van de ruimtetijd rond het schip en zijn luchtbel uit en trekt samen. Het apparaat versnelt of beweegt in principe niet. De stof beweegt er omheen en duwt het zo naar voren. Stel je bijvoorbeeld voor dat je op een lopende band staat - je beweegt, maar je loopt niet. De stof van de tape brengt je vooruit. Compressie van ruimte-tijd vóór het ruimtevaartuig zal eraan trekken, en uitbreiding erachter zal deze voorwaartse beweging voortzetten. Einstein toonde aan dat ruimte-tijd kan worden gebogen door massa of energie en daarom op andere manieren kan worden gemanipuleerd. De reden dat dit schip sneller kon reizen dan het licht, is omdat de algemene relativiteitstheorie zegt dat niets in de ruimte de maximumsnelheid kan overschrijden.er is echter geen snelheidslimiet voor het uitzetten of inkrimpen van de ruimte zelf. We verplaatsen niets in de ruimte - we verplaatsen de ruimte zelf.
Het werk van Alcubierre was bemoedigend en indrukwekkend, maar er zaten ook veel gaten in. In het oorspronkelijke werk theoretiseerde hij dat om een dergelijk schip van voldoende kracht te voorzien, er meer negatieve energie nodig zou zijn dan er in het universum is, namelijk dankzij het breidt de ruimte zich uit. Het probleem is dat negatieve energie ongrijpbaar is, zelfs veel natuurkundigen twijfelen aan het bestaan ervan, om nog maar te zwijgen van het feit dat we er enorme hoeveelheden van zullen kunnen produceren.
Onze waarnemingen van wat negatieve energie zou kunnen zijn, zijn, op zijn zachtst gezegd, onvoldoende. Vermoedelijk is wat we zien als lege ruimte zeker niet leeg - het heeft een energiedichtheid die ook wel nul wordt genoemd. Volgens de kwantummechanica is lege ruimte gevuld met deeltjes van energie die verschijnen en verdwijnen. Als het ons lukt om hun uiterlijk te stoppen, zullen we negatieve energie ontvangen.
Promotie video:
Visualisatie van het warp-veld volgens de Alcubierre-motor.
Wetenschappers probeerden het in het laboratorium te maken door twee metalen platen (die zo plat waren dat ze op bijna atomair niveau perfect glad waren) samen te drukken tot een afstand die veel kleiner was dan de dikte van een mensenhaar. De resterende ruimte was zo klein dat er geen deeltjes in konden bestaan, waardoor de kracht rond de platen toenam en de eigenschappen van negatieve energie manifesteerde. Deze observaties zijn natuurlijk niet voldoende - dit is slechts een klein experiment, waarvan de resultaten verre van definitieve conclusies kunnen trekken.
Als we er in de toekomst nog steeds in slagen om erachter te komen hoe we meer negatieve energie kunnen krijgen, is het misschien niet zoveel nodig als Alcubierre had voorgesteld. De laatste verfijningen van zijn werk, uitgevoerd door NASA-wetenschappers, hebben de hoeveelheid energie die nodig zou zijn voor een warp-drive aanzienlijk verminderd door delen van het apparaat met hoge frequenties te laten trillen. Dit zou het gemakkelijker maken om door de ruimtetijd te bewegen en de hoeveelheid benodigde energie te verminderen. De huidige theorieën over hoeveel negatieve energie een warpaandrijving nodig heeft om te werken, variëren van 65 ecjoules tot meerdere negatieve en positieve zonsmassa's. 65 exajoule is ongeveer wat de VS in een jaar verbruikt. Dit is nog steeds veel, maar heel reëel. Als we donkere energie kunnen gebruiken, hebben we niet meer nodig dan de massa van Jupiter. Het enige probleem is dat we niet echt begrijpen wat donkere energie is en hoe het werkt. En het zou het exotische materiaal kunnen worden dat nodig is om een warp-aandrijving aan te drijven.
Ter vergelijking: voor interstellaire reizen met traditionele raketten duurt het niet alleen honderdduizenden jaren, maar het brandstofreservoir is ook groter dan het heelal. En dan hebben we het nog niet over het feit dat je nog steeds materiaal moet vinden dat zo'n lange reis kan doorstaan.
In sommige modellen - bijvoorbeeld in het concept van Harold White - kan een ruimtevaartuig dat wordt aangedreven door een warpaandrijving 10 keer sneller reizen dan het licht. Met die snelheid zouden we de dichtstbijzijnde exoplaneet - Alpha Centauri B b - in slechts zes maanden kunnen bereiken, ondanks dat we meer dan vier lichtjaar van de aarde verwijderd zijn. De snelste moderne voertuigen kunnen snelheden halen van iets meer dan 32 duizend kilometer per uur: de reis naar Alpha Centauri B b met deze snelheid duurt 142 duizend jaar. Tweeëndertigduizend kilometer per uur is ongeveer 0,003% van de lichtsnelheid.
NASA interstellair ruimtevaartuig met IXS Enterprise warp-drive.
Door met zo'n snelheid te reizen zou de mensheid de kosmologische horizon kunnen oversteken en niet alleen het universum, maar ook het multiversum verkennen. In theorie is er een limiet aan de snelheid van een warpaandrijving, maar zelfs die theoretische limieten zouden ons in staat stellen om in een fractie van een seconde naar nieuwe sterrenstelsels te reizen. Als voordeel zou het schip kunnen accelereren en vertragen, en zouden de passagiers geen tijddilatatie ervaren. Simpel gezegd, het zou mogelijk zijn geweest om een situatie te vermijden waarin je op je bestemming aankwam en jezelf zo ver vooruit in de tijd bevond dat iedereen op aarde die je kende allang dood is.
Naast energiebronnen worden deeltjes die tijdens het reizen worden versneld, ook als een probleem beschouwd, dat onbedoeld kan worden gelanceerd tijdens het remmen en hele werelden kan vernietigen. Bovendien is er een mogelijkheid dat het onmogelijk zal zijn om te vertragen zodra u in beweging komt, en de bemanning kan om een aantal redenen sterven. Toch laten wiskunde en experimentele gegevens zien dat warp-drives een kans kunnen hebben.
Als we er echt in slagen deze technologie te creëren, gaat er geen eeuw voorbij voordat we leren om het toe te passen. Net als wormgaten zijn de mogelijkheden die warp-drives kunnen bieden ongelooflijk, maar ze zullen niet gemakkelijk te realiseren zijn.
Vladimir Guillen