"Meneer Sulu, zet koers, warpsnelheid is twee" - deze woorden zijn misschien bekend bij elke fan van sciencefiction. Ze zijn van James Kirk, de kapitein van de Starship Enterprise uit de legendarische Star Trek-serie. Volgens de plot bewegen de helden zich honderden keren sneller dan het licht door de Melkweg dankzij de warp-aandrijving, die de omringende ruimte buigt.
In de verre jaren zestig, toen de serie op schermen werd uitgebracht, werd het gezien als een onmogelijke fantasie. Maar tegenwoordig praten veel wetenschappers en ingenieurs serieus over de mogelijkheid om een dergelijke motor te maken, en bovendien zijn er al concrete voorstellen.
De snelheidslimiet van het universum
Ons zonnestelsel bevindt zich in een vrij dun gedeelte van de Melkweg, met een lage dichtheid aan sterclusters. Het dichtstbijzijnde zonnestelsel, Alpha Centauri, staat 4,36 lichtjaar van de zon. Op moderne raketten, die een snelheid van 10-15 kilometer per seconde ontwikkelen, zouden astronauten er meer dan 70.000 jaar naartoe moeten vliegen!
En dit ondanks het feit dat de totale diameter van onze Melkweg 100.000 lichtjaar is. Als we zelfs zo'n onbeduidende afstand niet kunnen overwinnen volgens de normen van het universum, dan moeten we niet eens stotteren over kolonisatie en verkenning van de diepe ruimte.
Er is een ander, serieuzer obstakel op weg naar de sterren. Het wordt weerspiegeld in de relativiteitstheorie van Einstein. Voordat de theorie in 1905 verscheen, heerste de hemelmechanica van Newton oppermachtig in de natuurkunde. Volgens haar was de lichtsnelheid afhankelijk van de bewegingssnelheid van de waarnemer. Dat wil zeggen, als het je zou lukken om het licht in te halen en ermee te bewegen, dan zou het gewoon voor je stoppen. Later gaf Maxwell deze theorie een wiskundige basis.
Toen Albert Einstein nog student was, kon hij dit postulaat niet aanvaarden - hij had het gevoel dat er ergens een vergissing was. Uiteindelijk vond hij het antwoord op de vraag die hem kwelde. Hij bewees dat de lichtsnelheid constant is en op geen enkele manier afhankelijk is van een externe waarnemer.
Promotie video:
Het bleek dat het onmogelijk was om het licht in te halen. Het maakt niet uit hoe snel je beweegt, het licht blijft voorop. Einsteins beroemde formule E = ms², waarbij de energie van een lichaam gelijk is aan zijn massa vermenigvuldigd met de lichtsnelheid in het kwadraat, luidt letterlijk het volgende: om een object te versnellen naar de lichtsnelheid is een oneindige hoeveelheid energie nodig, wat betekent dat het object een oneindige massa moet hebben. In feite zal een raket die wil versnellen tot de snelheid van het licht even zwaar wegen als het hele universum!
Natuurlijk is het in het echt absoluut onmogelijk om dit te doen, de lichtsnelheid is een soort universele DPS-inspecteur die voor eens en altijd de snelheidslimiet instelde.
Het lijkt erop dat dit een einde maakt aan de droom van de mensheid om naar verre sterren te vliegen. Tien jaar na de publicatie van de speciale relativiteitstheorie verscheen echter de algemene relativiteitstheorie, waar uitgebreidere commentaren en aanvullingen werden gegeven.
In de algemene relativiteitstheorie combineerde Einstein ruimte en tijd. Voordien werden ze beschouwd als verschillende fysieke concepten. Voor een betere illustratie vergeleek hij ruimte-tijd met canvas. Dit canvas kan onder bepaalde omstandigheden veel sneller bewegen dan licht. Dit gaf echter geen antwoord op de hoofdvraag: hoe kun je tenslotte het licht inhalen?
Al bijna 70 jaar hebben veel onderzoekers zich verbaasd over dit mysterie. En op een mooie dag zette een jonge wetenschapper de tv aan en, terwijl hij van zender wisselde, kwam hij een fantastische serie tegen. Terwijl hij ernaar keek, drong het plotseling tot hem door, en hij realiseerde zich hoe hij superluminale snelheid kon ontwikkelen zonder de wetten van de fysica te overtreden. De naam van deze wetenschapper is Miguel Alcubierre.
Warp Drive
Vervolgens, in 1994, studeerde Alcubierre de relativiteitstheorie aan de Universiteit van Cardiff (Wales, VK). Op tv zag hij de serie "Star Trek". De wetenschapper vestigde de aandacht op het feit dat helden een ruimtevervormingsmotor of warpaandrijving gebruiken om in de ruimte te bewegen.
Net zoals de appel die op Newtons hoofd viel hem ooit inspireerde om hemelmechanica te creëren, zo inspireerde de tv-show Miguel om een theorie te bedenken die voor eens en altijd een einde zou kunnen maken aan de snelle 'discriminatie' van het heelal.
Alcubierre begon met rekenen en publiceerde al snel de resultaten. Hij baseerde zich op de algemene relativiteitstheorie, die zegt dat als je een bepaalde hoeveelheid energie of massa toepast, je de ruimte sneller kunt laten bewegen dan het licht.
Om dit te doen, moet u een speciale luchtbel of vervormingsveld rond het schip maken. Dit warpveld zal de ruimte voor het schip verkleinen en erachter uitzetten. Het schip blijkt eigenlijk nergens heen te bewegen, de ruimte zelf buigt en duwt het schip in een bepaalde richting.
Tijd en ruimte in de bel zijn niet onderhevig aan vervorming en vervorming. Daarom ervaart de bemanning van het schip geen extra overbelasting en lijkt het alsof er niets is veranderd. In dit geval kunnen niet alleen astronauten die een speciale medische selectie en training hebben doorstaan, maar ook gewone mensen de ruimte in vliegen.
Als je tijdens zijn beweging met superluminale snelheid op de brug van het schip zou zijn en naar de ruimte om je heen zou kijken, zouden de sterren in lange slagen veranderen. Maar als je terugkijkt, zie je niets dan ondoordringbare duisternis, omdat het licht je niet kan inhalen.
Alcubierre berekende dat een warp-aandrijving het mogelijk zou maken om een snelheid te bereiken die 10 keer sneller is dan het licht, maar naar zijn mening staat niets een toename van het motorvermogen en acceleratie naar hogere snelheden in de weg.
Toen Sergei Krasnikov van de belangrijkste astronomische sterrenwacht in Pulkovo zich vertrouwd maakte met de theorie van Alcubierre, onthulde hij echter één kenmerk. Het is een feit dat de piloot niet in staat zal zijn om willekeurig het traject van het schip te veranderen. Dat wil zeggen, als je bijvoorbeeld van de aarde naar Sirius vliegt en je plotseling herinnert dat je het strijkijzer thuis niet hebt uitgeschakeld, kun je niet teruggaan. U moet eerst naar uw bestemming vliegen en dan weer terug.
Bovendien kun je ook met niemand contact opnemen, aangezien het warp-veld het schip volledig isoleert van de buitenwereld en eventuele signalen blokkeert. Daarom vergeleek Krasnikov een reis op zo'n schip met een reis in de metro. Hij noemde het "FTL-metro".
Maar dit is niet het grootste probleem. Het vervormingsveld zelf moet een negatieve lading hebben. Om het te creëren is negatieve energie nodig, waarvan het bestaan al vele jaren ter discussie staat.
Wat kan niet zijn
Als zwaartekracht de aantrekkingskracht is, dan zou negatieve energie tegengestelde eigenschappen moeten hebben en vreemde voorwerpen van zichzelf afstoten. Maar hoe kom je aan die energie?
In 1933 stelde de Nederlandse natuurkundige Hendrik Casimir voor dat als je twee identieke metalen platen neemt en ze perfect parallel aan elkaar plaatst op een zo klein mogelijke afstand, ze elkaar gaan aantrekken. Alsof een onzichtbare kracht ze naar elkaar toe duwt.
Volgens de kwantummechanica is het vacuüm geen absoluut lege plek; er verschijnen constant paren materie en antimaterie deeltjes, die onmiddellijk botsen en vernietigen. Dit proces duurt letterlijk miljardsten van een seconde. Wanneer ze botsen, komt er een microscopisch kleine hoeveelheid energie vrij, waardoor een totale druk van nul nul ontstaat in een "leeg" vacuüm.
Het is belangrijk om de platen zo dicht mogelijk bij elkaar te brengen, dan zal het volume van deeltjes aan de buitenkant hun aantal in de opening tussen de platen aanzienlijk overtreffen. Als gevolg hiervan zal de druk van buitenaf de platen samendrukken en zal hun energie op zijn beurt minder dan nul worden, dat wil zeggen negatief. In 1948 slaagde een experiment erin negatieve energie te meten. Het ging de geschiedenis in onder de naam "Casimir-effect".
In 1996, na 15 jaar experimenteren en onderzoek, slaagde Steve Lamoreau van Los Alamos National Laboratory, samen met Umar Mohidin en Anushri Roy van de University of California in Riverside, erin om het Casimir-effect nauwkeurig te meten. Het was gelijk aan de lading van een erytrocyt - een rode bloedcel.
Helaas, dit is gewoon monsterlijk klein om een vervormingsveld te creëren, het kost miljarden keren meer. Zolang het niet mogelijk is om op industriële schaal negatieve energie op te wekken, blijft de kettingaandrijving op papier staan.
Door ontberingen naar de sterren
Ondanks alle moeilijkheden bij het creëren, is de warp-aandrijving de meest waarschijnlijke kandidaat voor de eerste interstellaire vlucht. Alternatieve projecten, zoals een zonnezeil of een thermonucleaire motor, kunnen alleen subluminale snelheden bereiken, terwijl wormgaten of stargates te complex zijn en duizenden jaren in beslag nemen.
Tegenwoordig ontwikkelt NASA het meest actief een prototype van een warp-drive, waarvan de specialisten zeker weten dat dit meer een technisch probleem dan een theoretisch probleem is. En een team van ingenieurs doet dit al in het Johnson Space Center, waar ooit de eerste bemande vlucht naar de maan werd voorbereid.
Volgens veel experts zullen de eerste voorbeelden van ruimtevervormingstechnologie hoogstwaarschijnlijk niet eerder dan 100 jaar later verschijnen, afhankelijk van de beschikbaarheid van constante financiering.
Zeg, fantastisch? Maar misschien is het de moeite waard eraan te denken dat een paar jaar voordat de gebroeders Wright met hun vliegtuig de lucht in gingen, de vooraanstaande Engelse natuurkundige William Thomson zei dat niets zwaarder dan lucht kan vliegen. En 60 jaar later glimlachte de eerste kosmonaut van de aarde en zei: "Laten we gaan!.."
Adilet URAIMOV
