De ALPHA-samenwerking heeft het meest nauwkeurige experiment ooit uitgevoerd om het gedrag van neutrale antimaterie in een zwaartekrachtveld te meten. Afhankelijk van de resultaten kan dit de deur openen naar ongelooflijke nieuwe technologieën. Veel sciencefiction-technologieën zullen nog lang (of voor altijd) in het domein van fictie blijven, tenzij de fysica verandert. Maar kunnen veel experimenten dit ook controleren?
De droom van onmiddellijke communicatie, interstellaire ruimteschepen en het vermogen om in de tijd te reizen zijn afgezaagde clichés van sciencefiction. In veel opzichten vertegenwoordigen ze de grootste verwachtingen van de mensheid, en toch vertrouwen ze op technologie die verder gaat dan wat momenteel bekend is. Er worden echter voortdurend nieuwe experimenten uitgevoerd en ontwikkeld. Als we geluk hebben, wat kunnen we dan achter de horizon vinden? Ethan Siegel van Medium.com beantwoordt de volgende vraag:
"Als we geluk hebben, wat voor soort wetenschappelijke experimenten in de komende decennia zouden dan mogelijkheden voor sciencefiction voor ons kunnen openen?"
Er zijn een aantal fantastische kansen die onze realiteit tegen het einde van de 21e eeuw kunnen opschudden.
Alle raketten die ooit zijn gebouwd, hebben brandstof nodig. Maar als we een motor van donkere materie zouden maken, zou er letterlijk bij elke stap door de melkweg nieuwe brandstof kunnen worden gevonden.
Donkere materie kan een onbeperkte brandstofbron zijn die we niet mee hoeven te nemen
Promotie video:
Een van de grootste mysteries in de wetenschap is in feite de aard van donkere materie. We weten dat het bestaat door indirecte observatie, en we weten dat er veel van is. Als je alle gewone materie in een groot sterrenstelsel bij elkaar optelt, blijkt dat er vijf keer zoveel donkere materie is. En het is vrijwel zeker samengesteld uit deeltjes met enkele gemeenschappelijke eigenschappen:
- ze hebben massa
- ze hebben geen elektrische of gekleurde lading
- ze werken gravitatie samen
- ze moeten op een bepaald niveau met elkaar en / of met gewone materie in botsing komen
Uit Einsteins beroemde formule E = mc2 leerden we dat donkere materie een enorme hoeveelheid energie bevat: vijf keer meer dan alle gewone materie bij elkaar. Als het universum goed voor ons is, kunnen we proberen het eruit te halen.
De massadistributie van Abell 370, gereconstrueerd met behulp van gravitatielenzen, toont twee grote, diffuse massahalo's die overeenkomen met de donkere materie van de twee samenvoegende clusters. Er is vijf keer meer donkere materie dichtbij en binnen elke opeenhoping van gewone materie.
Veel experimenten zoeken naar botsingen van donkere materie, zowel met gewone materie als met zichzelf. Over het algemeen zijn er twee soorten deeltjes: fermionen (met spin van een half geheel getal) en bosonen (met spin van geheel getal). Als donkere materie een boson is, betekent dit dat het hoogstwaarschijnlijk zijn eigen antideeltje is, wat betekent dat als je twee deeltjes donkere materie neemt en ze dwingt om met elkaar in wisselwerking te staan, ze elkaar zullen vernietigen. En als ze vernietigd worden, zullen ze pure energie produceren. Met andere woorden, het is een gratis, onbeperkte energiebron die overal en in overvloed beschikbaar is. En je hoeft het niet eens mee te nemen als je besluit het heelal over te steken. Daarom, als je hoort over experimenten om naar donkere materie te zoeken, is onbeperkte, vrije energie ons ultieme, gewenste doel.
Een illustratie van een Star Trek warp-veld dat de ruimte ervoor verkleint en de ruimte erachter vergroot
Antimaterie kan een negatieve massa hebben, wat betekent dat het de sleutel kan zijn tot een warp-aandrijving
Als je naar de sterren wilt reizen, halen conventionele energie- en brandstofbronnen je alleen tot lunchtijd van het hek. Of ze zullen niet sneller bewegen dan de snelheid van het licht. De dichtstbijzijnde ster van het zonnetype met potentieel bewoonbare werelden, Tau Ceti, is ongeveer 12 lichtjaar verwijderd. Dat wil zeggen, alleen al de rondreis duurt minstens de helft van je leven. Maar als we de ruimte voor ons zouden kunnen verkleinen terwijl we door de interstellaire ruimte reizen terwijl we deze achter ons uitbreiden, zouden we daar veel sneller kunnen komen. Dit was het idee dat astrofysicus Miguel Alcubierra in 1994 bedacht, die het later formaliseerde volgens de canons van de strikte wetenschap.
Alleen nu, om Alcubierra op te lossen, is een negatieve massa nodig
Om de juiste configuratie van ruimte-tijd te bereiken die nodig is om de warpaandrijving te versnellen, moet aan twee voorwaarden worden voldaan: een enorme hoeveelheid energie en het bestaan van negatieve massa. Deze negatieve massa, die nog alleen op papier bekend is, is nodig voor de juiste kromming van ruimte-tijd, en dus voor warp-beweging. Maar we hebben nooit de massa van antimateriedeeltjes gemeten; ze vallen "naar beneden" of "omhoog" in het zwaartekrachtveld, dit is nog onbekend. Het ALPHA-experiment van CERN meet momenteel de gravitatie-effecten van antimaterie en zijn gedrag in een gravitatieveld. Als het antwoord is om "omhoog" te vallen in het zwaartekrachtveld, zullen we eenvoudig onze negatieve massa krijgen en de kettingaandrijving in elkaar zetten.
Met de Virtual IronBird-tool kun je kunstmatige zwaartekracht creëren, maar het vereist veel energie en stelt je in staat om alleen een specifieke centripetale kracht te leveren. Echte kunstmatige zwaartekracht zou een negatieve massa vereisen
Negatieve massa zou ons ook in staat stellen om kunstmatige zwaartekracht te creëren
Dezelfde mogelijkheid - het bestaan van negatieve massa in het universum - zou ons in staat stellen om een kunstmatig zwaartekrachtveld te creëren. Het bestaan van positieve en negatieve ladingen in elektromagnetisme stelt ons in staat om geleiders te creëren, elektrische velden te manipuleren en die elektrische velden af te schermen. De zwaartekracht, zoals we die nu begrijpen, heeft maar één type lading: positieve massa. Het bestaan van een negatieve massa zou ons in staat stellen om een echte omgeving te creëren zonder zwaartekracht en zou ons de mogelijkheid geven om een kunstmatig zwaartekrachtveld van elke grootte te creëren tussen twee systemen van positieve en negatieve massa.
Het idee van tijdreizen duikt voortdurend op in sciencefiction. Maar als er in het universum gesloten tijdachtige curven zijn, is dit niet alleen mogelijk, maar ook onvermijdelijk.
Een roterend universum zou ons in staat kunnen stellen terug te gaan in de tijd
Tegelijkertijd is tijdreizen niet alleen mogelijk, maar ook onvermijdelijk … in voorwaartse richting. Omdat ruimte en tijd verenigd zijn door het weefsel van ruimte-tijd, zal het een aanzienlijke opschudding vergen van de fysica die we kennen om de tijd achteruit te laten stromen. In de ruimte is het terugkeren naar zijn oorspronkelijke positie vrij eenvoudig: de aarde zelf doet dit wanneer ze rond de zon draait, maar tegelijkertijd passeert ze een aanzienlijke afstand in de tijd, dat wil zeggen, de tijd verstrijkt ongeveer een jaar. Een “gesloten ruimte-achtige curve” is eenvoudig te maken. Om echter terug te keren naar het beginpunt in de tijd, is er iets ongewoons nodig: een "gesloten tijdachtige curve" is een kenmerk dat niet aanwezig is in ons uitdijende, met materie gevulde Universum. Tenzij het universum draait.
In het universum dat roteert, is er een exacte oplossing waarin de dichtheid van materie en de kosmologische constante (ook bekend als donkere energie) bepaalde waarden hebben, en het universum moet gesloten tijdachtige curven hebben. Tot nu toe hebben we alleen beperkingen opgelegd aan de algemene, wereldwijde rotatie van het heelal, maar we hebben deze niet volledig uitgesloten. Als het universum met een bepaalde snelheid ronddraait, die in evenwicht wordt gehouden door een bepaalde dichtheid van materie en een kosmologische constante, is het absoluut mogelijk om terug te gaan in de tijd en terug te keren naar de exacte plaats waar je begon, niet alleen in de ruimte, maar ook in de ruimte-tijd. Grootschalige onderzoeken van deep-sky-structuren, die waarnemingen kunnen opleveren van WFIRST- of LSST-observatoria, zouden een dergelijke rotatie, indien aanwezig, kunnen onthullen.
Conceptbeeld van NASA's WFIRST-satelliet, die in 2024 de ruimte in gaat en ons de meest nauwkeurige metingen van donkere energie zal opleveren, en ook andere ontdekkingen zal doen
Er zijn altijd meer exotische mogelijkheden dan de wetenschap toestaat - teleportatie van fysieke objecten, onmiddellijke beweging tussen open locaties (wormgaten) of communicatie sneller dan de lichtsnelheid - maar dit vereist veel complexere dansen met tamboerijnen dan een eenvoudig experiment met twee mogelijke uitkomsten. We blijven echter zoeken. Wetenschap is geen eenrichtingsverhaal. Het is een doorlopend detectiveverhaal, waarbij elke ontdekking, elk datapunt en elk experiment onvermijdelijk leidt tot diepere vragen in de toekomst. Het is belangrijk om gaandeweg een open geest te hebben.
Ilya Khel