فیزیکدانان احتمال سفر سریع‌تر از نور را بررسی کردند

نزدیکترین ستاره به زمین پروکسیما قنطورس نام دارد. این ستاره حدود ۴.۲۵ سال نوری یا حدود (۴۰ تریلیون کیلومتر) از زمین فاصله دارد. سریع‌ترین فضاپیمای جهان به نام کاوشگر خورشیدی پارکر که اکنون در فضاست به سرعت نهایی ۷۲۵ هزار کیلومتر بر ساعت خواهد رسید. با این سرعت می‌توان مسافت لس‌آنجلس تا نیویورک را طی ۲۰ ثانیه طی کرد، اما برای این کاوشگر حدود ۶۶۳۳ سال طول می‌کشد تا با این سرعت به نزدیکترین منظومه ستاره‌ای همسایه‌ی زمین برسد.

assets.newatlas.com

اگر بشریت بخواهد به راحتی بین ستارگان سفر کند، انسان باید سریع‌تر از سرعت نور حرکت کند. اما تاکنون سفر سریع‌تر از سرعت نور فقط در فیلم‌های علمی- تخیلی امکانپذیر بوده است. در مجموعه کتاب‌های علمی- تخیلی بنیادی آیزاک آسیموف، بشر می‌تواند با استفاده‌ از جامپ درایوها از یک سیاره به سیارۀ دیگر و از یک ستاره به ستارۀ دیگر در جهان سفر کند. ماریو بورنودار، دانشیار فیزیک، دانشگاه ایالتی اوکلاهما که این مقاله را نوشته می‌گوید: «من وقتی بچه بودم خیلی از این کتاب‌ها را خواندم. حالا یک فیزیکدان نظری هستم و نانوتکنولوژی را مطالعه می‌کنم اما هنوز مجذوب این موضوع هستم که بشر روزی بتواند در فضا سفر کند.»

برخی از شخصیت‌ها – مثل فضانوردان در فیلم‌های «میان‌ستاره‌ای» و «ثور» – از کرمچاله‌ها برای سفر بین منظومه‌های شمسی ظرف چند ثانیه استفاده می‌کنند. یک روش دیگر – که برای طرفداران فیلم‌های «جنگ ستارگان» آشنا است – تکنولوژی ماشین وارپ است. ساخت ماشین وارپ از لحاظ نظری امکانپذیر است، اما هنوز دور از دسترسند. دو مقاله‌ی اخیر که در ماه مارس منتشر شدند ادعا کردند که محققان یکی از انبوه چالش‌های ساخت ماشین وارپ در واقعیت را برطرف کرده‌اند. اما هنوز در حد نظری هستند. آیا بشریت به زودی می‌تواند از آن‌ها استفاده کند؟

Alcubierre

مقایسه و بسط

درک فعلی فیزیکدانان از فضا-زمان حاصل نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین است. نسبیت عام بیان می‌کند که فضا و زمان با هم ادغام شده‌اند و هیچ چیزی نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند. نسبیت عام همچنین توصیف می‌کند که جرم و انرژی باعث تاب برداشتنِ فضا-زمان می‌شوند – اجرام سنگینی مثل ستاره‌ها و سیاهچاله‌ها فضا-زمان پیرامونشان را خم می‌کنند. این انحنا (خم شدگی) همان چیزی است که به صورت گرانش احساس می‌کنیم و باعث شده بسیاری از قهرمانان فضایی نگرانِ «گیر افتادن در» یا «سقوط به درون» یک چاه گرانشی باشند. نویسندگان اولیه‌ی علمی تخیلی مثل جان کمپبل و آسیموف این پیچ و تاب را راهی برای شکستنِ محدوده سرعت می‌دانستند.

چه می‌شود اگر یک فضاپیمای عظیم بتواند فضای مقابل خود را فشرده کند در حالی که فضا-زمان پشت خود را منبسط می‌کند؟ «جنگ ستارگان» از این ایده استفاده کرد و آن را ماشین وارپ نامید. در سال ۱۹۹۴، “میگل آلکوبیر” یک فیزیکدان نظری اهل مکزیک نشان داد که فشرده کردن فضا-زمان جلوی یک فضاپیما و منبسط کردن فضا-زمان در پشت آن از لحاظ ریاضیاتی مطابق با قوانین نسبیت عام امکانپذیر است. بنابراین، این چه معنایی دارد؟

فاصله‌ی بین دو نقطه را برابر با ۱۰ متر در نظر بگیرید. اگر در نقطه الف ایستاده باشید و بتوانید یک متر در هر ثانیه طی کنید، ۱۰ ثانیه طول می‌کشد تا به نقطه ب برسید. با این حال، بیایید بگوییم که شما می‌توانید فضای بین خودتان و نقطه ب را فشرده کنید، به گونه‌ای که بازۀ زمانی اکنون فقط یک متر است. آنگاه، با حرکت در فضا-زمان با حداکثر سرعتِ یک متر در ثانیه می‌توانید در یک ثانیه به نقطه ب برسید. از لحاظ نظری، این رویکرد با قوانین نسبیت تناقضی ندارد زیرا شما با سرعت بیشتر از سرعت نور در فضای اطرافتان حرکت نمی‌کنید.

One Sided Spacetime Curvatures

آلکوبیر نشان داد که ماشین وارپ در «جنگ ستارگان» در واقعیت نیز از لحاظ نظری امکانپذیر است. پروکسیما قنطورس در اینجا مطرح می‌شود، درست است؟ متأسفانه، روش فشرده‌سازی فضا-زمان آلکوبیر یک مشکل دارد: این کار مستلزم انرژی منفی یا جرم منفی است.

مشکل انرژی منفی

ماشین وارپ آلکوبیر با ایجاد یک حباب از فضا-زمانِ تخت در اطراف فضاپیما و خم کردن فضا-زمان در اطراف آن حباب، برای کاهش مسافت‌ها کار می‌کند. این فضاپیما به جرم منفی – یک نوع جرم فرضی – یا یک حلقه چگالی انرژی منفی نیاز دارد تا کار کند. فیزیکدانان هرگز “جرم منفی” را مشاهده نکرده‌اند، بنابراین تنها گزینه‌ای که باقی می‌ماند “انرژی منفی” است.

برای ایجاد انرژی منفی، یک ماشین وارپ از مقدار بسیار زیادی جرم استفاده می‌کند تا یک عدم تعادل بین ذرات و پادذرات ایجاد کند. مثلاً، اگر یک الکترون و یک پادالکترون در نزدیکی ماشین وارپ ظاهر شوند، یکی از ذرات در جرم به دام می‌افتد و منجر به عدم تعادل می‌شود. این عدم تعادل چگالی “انرژی منفی” را به وجود می‌آورد. ماشین وارپ آلکوبیر از این انرژی منفی برای ایجاد حباب فضا-زمان استفاده می‌کند.

warp drive starship

اما برای اینکه یک ماشین وارپ بتواند انرژی منفی کافی تولید کند، به مقدار زیادی ماده نیاز دارید. آلکوبیر برآورد کرد که چنین فضاپیمایی با یک حباب ۱۰۰ متری به جرم کل جهان مرئی نیاز دارد. در سال ۱۹۹۹، فیزیکدان “کریس ون دن بروک” نشان داد که انبساط حجم درون حباب اما ثابت نگه داشتن مساحت سطح به شدت نیاز به انرژی را تا تقریباً جرم خورشید کاهش می‌دهد. این دستاورد بزرگی است اما هنوز فراتر از تمام احتمالات عملی است.

یک آینده‌ی علمی-تخیلی؟

دو مقاله‌ی اخیر – یکی متعلق به “الکسی بوبریک” و “جیانی مارتیر” و دیگری متعلق به “اریک لنتز” – راه‌حل‌هایی را ارائه دادند که به نظر می‌رسد ماشین وارپ می‌تواند به واقعیت نزدیک شود. بابریک و مارتیر تشخیص دادند که با اصلاح فضا-زمان درون حباب می‌توان نیاز به استفاده از “انرژی منفی” را کاهش داد. اگرچه، این راه‌حل نمی‌تواند ماشین وارپی تولید کند که سریع‌تر از نور حرکت کند.

“لنتز” به طور مستقل یک راه‌حل را پیشنهاد داد که به “انرژی منفی” نیازی ندارد. او از یک رویکرد هندسی متفاوت برای حل معادلات نسبیت عام استفاده کرد و با انجام این کار، دریافت که ماشین وارپ اصلاً نیازی به انرژی منفی ندارد. راه‌حل این محقق حباب را قادر می‌سازد تا سریع‌تر از نور حرکت کند. ذکر این نکته حائز اهمیت است که این پیشرفت‌های موجود، مدل‌های ریاضیاتی هستند و تا وقتی که مدل‌ها به اثبات آزمایشگاهی نرسند، کاملاً به آنها نمی‌توان اعتماد کرد. با این حال، چگونگی ساخت ماشین وارپ مورد بررسی قرار گرفت.

فیسبوک توییتر گوگل + لینکداین تلگرام واتس اپ کلوب

دیدگاهتان را بنویسید