Θεωρητική μέθοδος για ταξίδια σε ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός. Breaking the warp barrier for faster-than-light travel

Επανεκκινείται η συζήτηση για την πιθανότητα ταξιδιών σε ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός με βάση τη συμβατική φυσική. New theoretical hyper-fast soliton solutions. If travel to distant stars within an individual's lifetime is going to be possible, a means of faster-than-light propulsion will have to be found. To date, even recent research about faster-than-light transport would require vast amounts of hypothetical particles and states of matter that have 'exotic' physical properties. New research gets around this problem by constructing a new class of hyper-fast 'solitons.'

Η επίτευξη ταχυτήτων μεγαλύτερων αυτής του φωτός θα αποτελούσε «κλειδί» για να καταστούν δυνατά τα ταξίδια σε μακρινά άστρα- ωστόσο ακόμα και οι πιο σύγχρονες έρευνες για μεταφορές σε υπερφωτονικές ταχύτητες με βάση τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν θα απαιτούσαν μεγάλες ποσότητες υποθετικών σωματιδίων και καταστάσεων ύλης με «εξωτικές» φυσικές ιδιότητες, όπως η αρνητική πυκνότητα ενέργειας. Αυτός ο τύπος ύλης είτε δεν μπορεί να βρεθεί είτε δεν μπορεί να παραχθεί σε ικανές ποσότητες. Αντίθετα, νέα έρευνα που διεξήχθη στο Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν «παρακάμπτει» αυτό το πρόβλημα δημιουργώντας μια νέα κατηγορία εξαιρετικά ταχέων «σολιτονίων», χρησιμοποιώντας πηγές με μόνο θετικές ενέργειες που μπορούν να επιτρέψουν ταξίδι σε οποιαδήποτε ταχύτητα. Αυτό επανεκκινεί τη συζήτηση για την πιθανότητα ταξιδιών σε ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός με βάση τη συμβατική φυσική.

Artistic impression of different spacecraft designs considering theoretical shapes of different kinds of “warp bubbles.” Credit: E Lentz.

Η εν λόγω έρευνα δημοσιεύτηκε στο Classical and Quantum Gravity. Ο συντάκτης της, Έρικ Λεντς, ανέλυσε υπάρχουσες έρευνες και ανακάλυψε κενά σε προηγούμενες μελέτες πάνω σε «κινητήρες στρέβλωσης» (warp drives). Ο Λεντς πρόσεξε ότι υπήρχαν ανεξερεύνητες ακόμα καταστάσεις καμπυλότητας του χωροχρόνου οργανωμένες σε «σολιτόνια», που έχουν τη δυνατότητα να επιλύσουν τον γρίφο, διατηρώντας τη φυσική βιωσιμότητα.

What is a warp drive? Are they scientifically possible? How does the Alcubierre drive work? Credit: Sabine Hossenfelder

Ένα σολιτόνιο- ανεπίσημα χαρακτηρίζεται και ως «φυσαλίδα στρέβλωσης» (ή «δίνης»)- είναι ένα συμπαγές κύμα που διατηρεί το σχήμα του και κινείται με συνεχή ταχύτητα. Ο Λεντς «έβγαλε» εξισώσεις Αϊνστάιν για ανεξερεύνητες διαρρυθμίσεις σολιτονίων, διαπιστώνοντας ότι οι αλλαγμένες γεωμετρίες χωροχρόνου μπορούσαν να σχηματιστούν με έναν τρόπο που λειτουργούσε ακόμα και με συμβατικές ενεργειακές πηγές. Στην ουσία, η νέα μέθοδος χρησιμοποιεί την ίδια τη δομή του χωροχρόνου, διαρρυθμισμένη σε ένα σολιτόνιο, για να παρέχει μια λύση για ταξίδια γρηγορότερα από το φως, που θα χρειαζόταν μόνο πηγές με θετικές πυκνότητες ενέργειας- χωρίς να απαιτούνται «εξωτικές» αρνητικές πυκνότητες ενέργειας.

Image to show how long it would take different types of spacecraft to travel from our solar system to Proxima Centauri (the nearest known star). Currently, the only option would be to use a chemical rocket meaning a journey time of over 50,000 years. Credit: E Lentz

Εάν μπορούσε να παραχθεί επαρκής ενέργεια, οι εξισώσεις που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την έρευνα θα μπορούσαν να επιτρέψουν ένα ταξίδι στον Εγγύτατο Κενταύρου (το κοντινότερο σε εμάς άστρο) και πάλι πίσω στη Γη μέσα σε μερικά χρόνια αντί για δεκαετίες ή χιλιετίες. Συγκριτικά, με την παρούσα πυραυλική τεχνολογία θα χρειάζονταν πάνω από 50.000 χρόνια απλά και μόνο για να πάει κάποιος εκεί. Επιπρόσθετα, τα σολιτόνια διαρρυθμίστηκαν έτσι ώστε να περιλαμβάνουν μια περιοχή με ελάχιστες παλιρροιακές δυνάμεις, έτσι ώστε το πέρασμα του χρόνου μέσα στο σολιτόνιο να είναι αντίστοιχο αυτού έξω από αυτό- ένα ιδανικό περιβάλλον για ένα διαστημόπλοιο. Αυτό θα σήμαινε ότι δεν θα παρατηρούνται παράδοξα όπως το αποκαλούμενο «παράδοξο του διδύμου», όπου ένας από δύο διδύμους που ταξιδεύει κοντά στην ταχύτητα του φωτός γηράσκει πολύ πιο αργά από τον άλλο, που παραμένει στη Γη. Με βάση αυτές τις εξισώσεις, και οι δύο δίδυμοι θα είχαν την ίδια ηλικία όταν συναντιούνταν ξανά.

Erik Lentz (Göttingen University)

«Η δουλειά αυτή έχει πάει το πρόβλημα των υπερφωτονικών ταξιδιών ένα βήμα πιο μακριά από τη θεωρητική έρευνα στη θεμελιώδη φυσική και πιο κοντά στη μηχανολογία. Το επόμενο βήμα είναι να βρούμε πώς θα μειώσουμε την αστρονομική ποσότητα ενέργειας που απαιτείται, εντός των ορίων των σημερινών τεχνολογιών, όπως μια μεγάλη σύγχρονη γεννήτρια πυρηνικής σχάσης. Τότε μπορούμε να συζητήσουμε για την κατασκευή των πρώτων πρωτοτύπων» είπε ο Λεντς- διευκρινίζοντας πως αυτή τη στιγμή η ενέργεια που απαιτείται για αυτό το νέο είδος διαστημικής προώθησης είναι τεράστια: «Η ενέργεια που απαιτείται για έναν τέτοιο κινητήρα που θα ταξιδεύει σε ταχύτητα του φωτός, περιβάλλοντας ένα διαστημόπλοιο ακτίνας 100 μέτρων, είναι της τάξης μάζας εκατοντάδων φορών αυτής του Δία. Η εξοικονόμηση ενέργειας θα έπρεπε να είναι δραστική για να βρεθεί εντός του εύρους των σύγχρονων πυρηνικών αντιδραστήρων σχάσης».

Πηγές: Erik W Lentz. Breaking the warp barrier: hyper-fast solitons in Einstein–Maxwell-plasma theory. Classical and Quantum Gravity, 2021; 38 (7): 075015 DOI: 10.1088/1361-6382/abe692 - https://scitechdaily.com/breaking-the-warp-barrier-for-faster-than-light-travel-new-theoretical-hyper-fast-solitons-discovered/ - https://www.naftemporiki.gr/story/1701374/theoritiki-methodos-gia-taksidia-se-taxutites-megaluteres-tou-fotos