Het is moeilijk leven in een relativistisch universum, waar zelfs de dichtstbijzijnde sterren zo ver weg zijn en de lichtsnelheid absoluut is. Het is dan ook geen wonder dat sciencefictionfranchises FTL (Faster-than-Light) routinematig gebruiken als een plotapparaat. Druk op een knop, druk op een pedaal en dat fraaie aandrijfsysteem - waarvan niemand de werking kan uitleggen - stuurt ons binnen de tijd naar een andere locatie.
De afgelopen jaren is de wetenschappelijke gemeenschap echter begrijpelijkerwijs opgewonden en sceptisch geworden over beweringen dat een bepaald concept - de Alcubierre Warp Drive - mogelijk haalbaar is. Dit was het onderwerp van een presentatie tijdens het American Institute of Aeronautics and Astronautics Propulsion and Energy Forum van dit jaar, dat plaatsvond van 19 tot 22 augustus in Indianapolis.
Deze presentatie werd uitgevoerd door Joseph Agnew - een niet-gegradueerde ingenieur en onderzoeksassistent van de Universiteit van Alabama in het Propulsion Research Center (PRC) van Huntsville. Als onderdeel van een sessie getiteld "The Future of Nuclear and Breakthrough Propulsion", deelde Agnew de resultaten van een onderzoek dat hij uitvoerde met de titel "An Examination of Warp Theory and Technology to Determine the State of the Art and Feasibility".
Zoals Agnew uitlegde aan een overvol huis, is de theorie achter een ketting voortstuwingssysteem relatief eenvoudig. Oorspronkelijk voorgesteld door de Mexicaanse natuurkundige Miguel Alcubierre in 1994, wordt dit concept voor een FTL-systeem door de mens gezien als een zeer theoretische (maar mogelijk geldige) oplossing voor de Einstein-veldvergelijkingen, die beschrijven hoe ruimte, tijd en energie in ons universum op elkaar inwerken.
In termen van leken bereikt de Alcubierre Drive FTL-reizen door het weefsel van de ruimtetijd in een golf uit te rekken, waardoor de ruimte ervoor vernauwt terwijl de ruimte erachter groter wordt. In theorie zou een ruimtevaartuig in deze golf in staat zijn om op deze "kettingbel" te rijden en snelheden te bereiken die verder gaan dan de lichtsnelheid. Dit is wat bekend staat als de "Alcubierre Metric".
Geïnterpreteerd in de context van Algemene Relativiteit, zou het interieur van deze kettingbel het traagheidsreferentiekader vormen voor alles erin. Op dezelfde manier kunnen dergelijke bellen in een voorheen vlak gebied van ruimtetijd verschijnen en de lichtsnelheid overschrijden. Aangezien het schip niet door de ruimtetijd beweegt (maar door de ruimtetijd zelf beweegt), zouden conventionele relativistische effecten (zoals tijdsdilatatie) niet van toepassing zijn.
Kortom, de Alcubierre Metric maakt FTL-reizen mogelijk zonder de relativiteitswetten in conventionele zin te schenden. Zoals Agnew via e-mail aan Space Magazine vertelde, werd hij al op de middelbare school geïnspireerd door dit concept en streeft het sindsdien na:
“Ik verdiepte me meer in de wiskunde en de wetenschap en begon daardoor interesse te krijgen in science fiction en geavanceerde theorieën op een meer technische schaal. Ik begon Star Trek, de Original-serie en The Next Generation te bekijken en zag hoe ze de uitvinding van mobiele telefoons, tablets en andere voorzieningen hadden voorspeld of geïnspireerd. Ik dacht aan enkele van de andere technologieën, zoals fotontorpedo's, fasers en warpaandrijving, en probeerde te onderzoeken wat de ‘star trek science’ en ‘real world science equivalent’ erover te zeggen hadden. Ik kwam toen het originele papier van Miguel Alcubierre tegen en na het een tijdje te hebben verwerkt, begon ik andere zoekwoorden en papers na te streven en verdiepte ik me in de theorie. ”
Hoewel het concept over het algemeen werd afgewezen omdat het volledig theoretisch en zeer speculatief was, heeft het de afgelopen jaren een nieuw leven ingeblazen. De eer hiervoor gaat grotendeels naar Dr. Harold "Sonny" White, de Advanced Propulsion Team Lead voor in het Advanced Propulsion Physics Laboratory van het NASA Johnson Space Center (ook bekend als "Eagleworks Laboratory").
Tijdens het 100 Year Starship Symposium in 2011 deelde Dr. White enkele bijgewerkte berekeningen van de Alcubierre Metric, die het onderwerp waren van een presentatie getiteld "Warp Field Mechanics 101" (en een gelijknamige studie). Volgens Dr. White was de theorie van Alcubierre deugdelijk, maar moest hij grondig getest en ontwikkeld worden. Sindsdien doen hij en zijn collega's deze dingen via het Eagleworks Lab.
Op dezelfde manier heeft Agnew een groot deel van zijn academische carrière doorgebracht met het onderzoeken van de theorie en mechanica achter warpmechanica. Onder het mentorschap van Dr. Jason Cassibry - een universitair hoofddocent mechanische en ruimtevaarttechniek en een faculteitslid van het Propulsion Research Center van de UAH - heeft het werk van Agnew zijn hoogtepunt bereikt in een onderzoek naar de grote hindernissen en kansen die het onderzoek van warpmechanica biedt.
Zoals Agnew vertelde, is een van de grootste het feit dat het concept van de "warp drive" nog steeds niet erg serieus wordt genomen in wetenschappelijke kringen:
“In mijn ervaring heeft de vermelding van warp drive de neiging om te grinniken bij het gesprek omdat het zo theoretisch is en recht uit sciencefiction komt. In feite wordt het vaak met afwijzende opmerkingen ontvangen en gebruikt als een voorbeeld van iets totaal bizar, wat begrijpelijk is. Ik weet dat ik het in mijn eigen geval aanvankelijk mentaal had gegroepeerd in dezelfde categorie als typische superluminale concepten, omdat ze duidelijk allemaal in strijd zijn met de ‘snelheid van het licht is de ultieme snelheid’ aanname. Pas toen ik de theorie nauwkeuriger verdiepte, besefte ik dat deze problemen niet waren. Ik denk dat er veel meer interesse zal / zal zijn wanneer individuen zich verdiepen in de geboekte vooruitgang. Het historisch theoretische karakter van het idee is op zichzelf ook een afschrikmiddel, omdat het veel moeilijker is om substantiële vooruitgang te zien als je vergelijkingen bekijkt in plaats van kwantitatieve resultaten.“
Hoewel het veld nog in de kinderschoenen staat, zijn er een aantal recente ontwikkelingen geweest die hebben geholpen. Bijvoorbeeld de ontdekking van natuurlijk voorkomende zwaartekrachtgolven (GWS's) door LIGO-wetenschappers in 2016, die beide een voorspelling van Einstein een eeuw geleden bevestigden en bewijst dat de basis voor de warp-drive in de natuur ligt. Zoals Agnew aangaf, is dit misschien wel de belangrijkste ontwikkeling, maar niet de enige:
“In de afgelopen 5-10 jaar is er veel uitstekende vooruitgang geboekt in de richting van het voorspellen van de verwachte effecten van de drive, het bepalen hoe men deze zou kunnen creëren, het versterken van fundamentele veronderstellingen en concepten, en, mijn persoonlijke favoriet , manieren om de theorie in een laboratorium te testen.
“De ontdekking van LIGO een paar jaar geleden was naar mijn mening een enorme sprong voorwaarts in de wetenschap, aangezien het experimenteel bewezen heeft dat ruimtetijd kan 'kromtrekken' en buigen in de aanwezigheid van enorme zwaartekrachtvelden, en dit wordt verspreid over de hele wereld universum op een manier die we kunnen meten. Vroeger was er een begrip dat dit waarschijnlijk het geval was, dankzij Einstein, maar we weten het nu zeker. ”
Aangezien het systeem afhankelijk is van de uitbreiding en compressie van ruimtetijd, zei Agnew, toonde deze ontdekking aan dat sommige van deze effecten van nature voorkomen. "Nu we weten dat het effect echt is, is de volgende vraag in mijn gedachten:‘ hoe bestuderen we het en kunnen we het zelf genereren in het lab? ’, Voegde hij eraan toe. "Het is duidelijk dat zoiets een enorme investering in tijd en middelen zou zijn, maar enorm voordelig zou zijn."
Natuurlijk vereist het Warp Drive-concept extra ondersteuning en talrijke vorderingen voordat experimenteel onderzoek mogelijk wordt. Deze omvatten vorderingen op het gebied van theoretisch kader en technologische vooruitgang. Als deze worden behandeld als 'hapklare' problemen in plaats van als één grote uitdaging, zei Agnew, dan zal er zeker vooruitgang worden geboekt:
“In wezen is wat nodig is voor een warpaandrijving een manier om de ruimtetijd naar believen uit te breiden en samen te trekken, en op een lokale manier, zoals rond een klein object of schip. We weten zeker dat zeer hoge energiedichtheden, bijvoorbeeld in de vorm van EM-velden of massa, kromming in ruimtetijd kunnen veroorzaken. Daarvoor zijn echter enorme bedragen nodig met onze huidige analyse van het probleem. ”
“Aan de andere kant moeten de technische ruimtes proberen de apparatuur en het proces zoveel mogelijk te verfijnen, waardoor deze hoge energiedichtheden aannemelijker worden. Ik geloof dat er een kans is dat als het effect eenmaal op laboratoriumschaal kan worden gedupliceerd, het een veel dieper begrip van de werking van de zwaartekracht zal opleveren, en de deur kan openen naar enkele tot nu toe onontdekte theorieën of mazen in de wet. Ik veronderstel dat om samen te vatten, de grootste hindernis de energie is, en daarmee technische hindernissen, die grotere EM-velden, gevoeliger apparatuur, enz. Nodig hebben.“
De enorme hoeveelheid positieve en negatieve energie die nodig is om een kettingbubbel te creëren, blijft de grootste uitdaging in verband met het concept van Alcubierre. Momenteel zijn wetenschappers van mening dat exotische materie de enige manier is om de negatieve energiedichtheid te behouden die nodig is om de bel te produceren. Wetenschappers schatten ook dat de totale energiebehoefte gelijk zou zijn aan de massa van Jupiter.
Dit betekent echter een aanzienlijke daling ten opzichte van eerdere energieschattingen, die beweerden dat het een energiemassa zou nemen die equivalent is aan het hele universum. Desalniettemin is een hoeveelheid Jupiter-massa exotische materie nog steeds onbetaalbaar groot. In dit opzicht moet er nog aanzienlijke vooruitgang worden geboekt om de energiebehoefte terug te brengen tot iets realistischers.
De enige voorzienbare manier om dit te doen is door verdere vooruitgang in de kwantumfysica, kwantummechanica en metamaterialen, zegt Agnew. Wat de technische kant van de zaak betreft, zal verdere vooruitgang moeten worden geboekt bij het creëren van supergeleiders, interferometers en magnetische generatoren. En natuurlijk is er de kwestie van financiering, wat altijd een uitdaging is als het gaat om concepten die als "daarbuiten" worden beschouwd.
Maar zoals Agnew stelt, dat is geen onoverkomelijke uitdaging. Gezien de vooruitgang die tot dusver is geboekt, zijn er
“De theorie heeft tot dusver uitgewezen dat het de moeite waard is om verder te gaan, en het is nu gemakkelijker dan ooit om te bewijzen dat ze legitiem is. In termen van rechtvaardigingen voor de toewijzing van middelen is het niet moeilijk te zien dat het vermogen om buiten ons zonnestelsel te verkennen, zelfs buiten ons sterrenstelsel, een enorme sprong voor de mensheid zou zijn. En de technologische groei als gevolg van het verleggen van de grenzen van onderzoek zou zeker gunstig zijn. ”
Net als luchtvaartelektronica, nucleair onderzoek, ruimteverkenning, elektrische auto's en herbruikbare raketboosters, lijkt de Alcubierre Warp Drive voorbestemd om een van die concepten te zijn die zich een weg omhoog moeten vechten. Maar als deze andere historische gevallen een indicatie zijn, kan het uiteindelijk een keer dat het niet meer kan worden gepasseerd en plotseling heel goed mogelijk lijken!
En gezien onze groeiende preoccupatie met exoplaneten (een ander exploderend veld van astronomie), is er geen tekort aan mensen die missies naar nabije sterren willen sturen om te zoeken naar potentieel bewoonbare planeten. En zoals de bovengenoemde voorbeelden zeker aantonen, is soms alles wat nodig is om de bal aan het rollen te krijgen een goede duw ...
Bovenste afbeelding - 'IXS Starship ”. Krediet en ©: Mark Rademaker (2016)
