Ταξίδι στα άστρα χωρίς υπέρβαση της ταχύτητας του φωτός - Το «Άγιο Δισκοπότηρο» της ενέργειας
Καλλιτεχνική απεικόνιση των κβαντικών διακυμάνσεων στο «κενό», της λεγόμενης ενέργειας κενού που θεωρείται κλειδί για μελλοντικές τεχνολογίες διαστημικής πρόωσης
Η ιδέα της διαστρικής μετακίνησης με ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός δεν ανήκει πλέον αποκλειστικά στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας. Ερευνητές υποστηρίζουν ότι, τουλάχιστον θεωρητικά, ένα warp drive - μια μηχανή καμπύλωσης του χωροχρόνου - θα μπορούσε να λειτουργήσει, εφόσον καταστεί εφικτή η αξιοποίηση της λεγόμενης «αρνητικής ενέργειας κενού».
Αν ένα τέτοιο σύστημα κατασκευαζόταν, θα επέτρεπε σε ένα διαστημόπλοιο να διασχίζει κοσμικές αποστάσεις σε ελάχιστο χρόνο, μετακινούμενο μέσα σε μια «φυσαλίδα» παραμορφωμένου χωροχρόνου.
Το πείραμα που πυροδότησε τις εξελίξεις
Στα τέλη του 2020, ο φυσικός Harold «Sonny» White, διευθυντής έρευνας του μη κερδοσκοπικού Limitless Space Institute στο Χιούστον, παρατήρησε ένα γνώριμο μοτίβο σε δεδομένα πειραμάτων που διεξάγονταν για λογαριασμό της η αμερικανικής Υπηρεσίας Προηγμένων Ερευνητικών Προγραμμάτων Άμυνας (DARPA).
Η ομάδα του ερευνούσε τι συμβαίνει ενεργειακά στα απειροελάχιστα κενά που σχηματίζονται ανάμεσα σε δύο μεταλλικές επιφάνειες μέσα σε απόλυτο κενό - ένα φαινόμενο γνωστό ως «κοιλότητες Casimir». Τα δεδομένα έδειξαν περιοχές μειωμένης ενέργειας ανάμεσα στις πλάκες, οι οποίες τις ωθούσαν να πλησιάζουν μεταξύ τους.
Κοιλότητες Casimir: δύο αφόρτιστες μεταλλικές πλάκες σε κενό έλκονται λόγω κβαντικών διακυμάνσεων, δημιουργώντας την λεγόμενη δύναμη Casimir
Ο White παρατήρησε ότι το μοτίβο της αρνητικής ενέργειας έμοιαζε εντυπωσιακά με εκείνο που, θεωρητικά, θα απαιτούνταν για τη δημιουργία μιας «warp bubble» - δηλαδή μιας υποθετικής «φυσαλίδας» παραμορφωμένου χωροχρόνου γύρω από ένα διαστημόπλοιο.
Ο ίδιος ξεκαθαρίζει ότι δεν δημιουργήθηκε πραγματική warp bubble. Ωστόσο, για πρώτη φορά ένα θεωρητικά κατασκευάσιμο μοντέλο έδειξε να προσεγγίζει τα μαθηματικά χαρακτηριστικά που θα απαιτούσε μια τέτοια δομή.
Η θεωρητική βάση του warp drive
Η επιστημονική βάση της τεχνολογίας warp θεωρείται, από ορισμένους, θεωρητικά συμβατή με τους νόμους της φυσικής, παρότι παραμένει εξαιρετικά δύσκολη στην εφαρμογή. Η ιδέα είναι ότι τεράστια ποσά ενέργειας - που μπορούν να προέλθουν και από μάζα - θα χρησιμοποιηθούν ώστε να καμπυλωθεί ελεγχόμενα ο χωροχρόνος.
Το διαστημόπλοιο δεν θα κινείται ταχύτερα από το φως μέσα στη «φυσαλίδα». Αντίθετα, η ίδια η φυσαλίδα θα παραμορφώνει τον χώρο, θα τον συστέλλει μπροστά από το σκάφος και θα τον διαστέλλει πίσω του.
Το 1994, ο Μεξικανός θεωρητικός φυσικός Miguel Alcubierre δημοσίευσε την πρώτη σοβαρή μαθηματική μελέτη που έδειχνε ότι ένα τέτοιο σύστημα είναι θεωρητικά δυνατό. Η πρότασή του παρακάμπτει τον περιορισμό της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, καθώς δεν προβλέπει κίνηση ταχύτερη του φωτός μέσα στον χώρο, αλλά μεταβολή του ίδιου του χώρου.
Το τεράστιο ενεργειακό εμπόδιο
Το βασικό πρόβλημα είναι η απαιτούμενη ενέργεια. Ο Alcubierre υπολόγισε ότι για μια φυσαλίδα πλάτους περίπου 100 μέτρων που θα ταξιδεύει με ταχύτητα φωτός, θα απαιτούνταν αρνητική ενέργεια ίση με 100 φορές τη μάζα του Δία - μετατρεπόμενη εξ ολοκλήρου σε αρνητική ενέργεια.
Η αρνητική ενέργεια δεν έχει αποδειχθεί πειραματικά. Θεωρείται πιθανή στο πλαίσιο της κβαντικής θεωρίας, αλλά παραμένει υποθετική. Ο φυσικός José Natário επισημαίνει ότι η καμπύλωση του χωροχρόνου που απαιτείται θα ήταν ασύλληπτα ισχυρή, πολύ μεγαλύτερη από εκείνη του Ήλιου.
Εναλλακτικές προσεγγίσεις: Θετική ενέργεια και «σολιτόνια»
Το 2021, ο Erik Lentz δημοσίευσε μελέτη σύμφωνα με την οποία ένα warp drive θα μπορούσε να λειτουργήσει με θετική ενέργεια, αντί για αρνητική. Πρότεινε μια λύση τύπου «σολιτονίου» - ενός κύματος που διατηρεί το σχήμα του και κινείται με σταθερή ταχύτητα - ικανό, σε θεωρητικό επίπεδο, να επιτρέπει μετακίνηση που από απόσταση θα φαινόταν ταχύτερη από το φως, χρησιμοποιώντας γνωστές μορφές ενέργειας.
Ωστόσο, ακόμη και αυτή η προσέγγιση απαιτεί ενεργειακά επίπεδα πολύ πέρα από τις σημερινές δυνατότητες, πιθανώς συγκρίσιμα με έναν πυρηνικό αντιδραστήρα σύντηξης.
Γαλαξιακό τοπίο που αποτυπώνει την κλίμακα του σύμπαντος, στο οποίο οι επιστήμονες οραματίζονται μελλοντικά ταξίδια κοντά στην ταχύτητα του φωτός
Προσομοιώσεις και «υποφωτεινές» λύσεις
Οι Alexey Bobrick και Gianni Martire πρότειναν το 2021 ότι είναι θεωρητικά δυνατό να σχεδιαστούν warp drives που θα ταξιδεύουν με ταχύτητες μικρότερες από εκείνη του φωτός, αξιοποιώντας όσα γνωρίζουμε σήμερα για τη φυσική.
Πρόσφατα ανέπτυξαν και εφαρμογή-προσομοιωτή, η οποία επιτρέπει σε ερευνητές να ελέγχουν αν οι εξισώσεις warp που προτείνουν μπορούν να έχουν πρακτική εφαρμογή και όχι μόνο μαθηματική συνοχή.
Οι κίνδυνοι και τα άλυτα προβλήματα
Παρά την πρόοδο στα μαθηματικά μοντέλα, τα εμπόδια παραμένουν τεράστια. Η πιθανή σύγκρουση με ύλη κατά τη διάρκεια ενός ταξιδιού warp εκτιμάται ότι θα μπορούσε να αποδειχθεί καταστροφική.
Παραμένει άγνωστο πώς θα μπορούσε να ελεγχθεί και να κατευθυνθεί η «φυσαλίδα» καμπύλωσης, αλλά και πώς θα ήταν δυνατό να διαμορφωθεί ο χώρος μπροστά από το σκάφος ώστε να καμπυλώνεται όπως απαιτείται.
Ο Natário χαρακτηρίζει την ιδέα «υπερβολικά μακρινή» από οποιαδήποτε πρακτική εφαρμογή.
Το ζήτημα της χρηματοδότησης και της στασιμότητας στη Φυσική
Η έρευνα για warp drive δεν χρηματοδοτείται συστηματικά από μεγάλους οργανισμούς. Πολλές μελέτες γίνονται στον ελεύθερο χρόνο των επιστημόνων.
Η φυσικός Sabine Hossenfelder επισημαίνει ότι η σύγχρονη φυσική βιώνει περίοδο σχετικής στασιμότητας, με λιγότερα πειράματα και περισσότερη θεωρητική εργασία, γεγονός που μειώνει τις πιθανότητες τυχαίων ανακαλύψεων.
Ένα εγχείρημα αιώνων
Ο White παραλληλίζει την έρευνα με την κατασκευή του Καθεδρικού Ναού του Στρασβούργου, που διήρκεσε 424 χρόνια. Όσοι έβαλαν τα θεμέλια δεν είδαν ποτέ το τελικό αποτέλεσμα - όμως συνέβαλαν σε ένα έργο που ξεπερνούσε τη δική τους εποχή.
Η προοπτική ενός λειτουργικού warp drive παραμένει εξαιρετικά μακρινή. Ωστόσο, για τους ερευνητές, η σημασία δεν βρίσκεται μόνο στο αποτέλεσμα, αλλά στη σταδιακή διεύρυνση των ορίων της ανθρώπινης γνώσης.