Hvad er Alcubierre warp -drevet?

Det er altid en velkommen ting at lære, at ideer, der er almindelige i science fiction, har et grundlag i videnskabelig kendsgerning. Kryogene frysere, laserpistoler, robotter, silikatimplantater ... og lad os ikke glemme warp -drevet! Tro det eller ej, dette koncept-skiftevis kendt som FTL (Faster-Than-Light) rejse, Hyperspace, Let hastighed, osv. - har faktisk en fod i den virkelige videnskabs verden.

I fysikken, det er det, der er kendt som Alcubierre Warp Drive. På skrift, det er en meget spekulativ, men muligvis gyldig, løsning af Einstein -feltligningerne, specifikt hvordan rummet, tid og energi interagerer. I denne særlige matematiske model for rumtid, der er funktioner, der tilsyneladende minder om det fiktive "warp drive" eller "hyperspace" fra bemærkelsesværdige science fiction -franchiser, derfor foreningen.

Baggrund:

Siden Einstein første gang foreslog den specielle relativitetsteori i 1905, forskere har arbejdet under de restriktioner, der er pålagt af et relativistisk univers. En af disse begrænsninger er troen på, at lysets hastighed er uknuselig og derfor, at der aldrig vil være sådan noget som FTL rumrejser eller udforskning.

Selvom det lykkedes de efterfølgende generationer af forskere og ingeniører at bryde lydbarrieren og besejre trækket af Jordens tyngdekraft, lysets hastighed syntes at være en barriere, der var bestemt til at holde. Men derefter, i 1994, en mexicansk fysiker ved navn Miguel Alcubierre fulgte med den foreslåede metode til at strække rummet-tid-stoffet på en måde, som ville, i teorien, tillade FTL -rejser at tage tempo.

Koncept:

For at sige det enkelt, denne metode til rumrejser indebærer at strække rumtiden i en bølge, der (i teorien) får rummet foran et objekt til at trække sig sammen, mens rummet bagved vil ekspandere. Et objekt inde i denne bølge (dvs. et rumskib) ville så kunne ride på denne region, kendt som en "kædeboble" af fladt rum.

Dette er det, der er kendt som "Alcubierre Metric". Fortolket i forbindelse med generel relativitet, metrikken tillader en kædeboble at dukke op i et tidligere fladt område i rumtiden og bevæge sig væk, effektivt ved hastigheder, der overstiger lysets hastighed. Boblens indre er inertial referenceramme for ethvert objekt, der bebor den.

Da skibet ikke bevæger sig inden for denne boble, men bliver ført videre, mens regionen selv bevæger sig, konventionelle relativistiske effekter såsom tidsudvidelse ville ikke gælde. Derfor, rumtidens regler og relativitetslovene ville ikke blive overtrådt i konventionel forstand.

En af grundene til dette er, fordi denne metode ikke ville stole på at bevæge sig hurtigere end lys i lokal forstand, da en lysstråle inden i denne boble stadig altid ville bevæge sig hurtigere end skibet. Det er kun "hurtigere end lys" i den forstand, at skibet hurtigere kunne nå sit bestemmelsessted end en lysstråle, der rejste uden for warpboblen.

Vanskeligheder:

Imidlertid, der er få problemer med denne teori. For en, der er ingen kendte metoder til at skabe en sådan kædeboble i et område af rummet, der ikke allerede ville indeholde en. Sekund, forudsat at der var en måde at skabe sådan en boble, der er endnu ingen kendt måde at forlade en gang inde i den. Som resultat, Alcubierre -drevet (eller metrisk) forbliver i teorikategorien på dette tidspunkt.

Matematisk, det kan repræsenteres ved følgende ligning:ds2 =- (a2 - BiBi) dt2 + 2Bi dxi dt + gijdxi dxj, hvor a er bortfaldsfunktionen, der giver intervallet mellem den korrekte tid mellem nærliggende overflader, Bi er forskydningsvektoren, der relaterer de rumlige koordinatsystemer på forskellige hypersurfaces, og gij er en positiv bestemt metrik på hver af hypersurfaces.

Forsøg på udvikling:

I 1996, NASA grundlagde et forskningsprojekt kendt som Breakthrough Propulsion Physics Project (BPP) for at studere forskellige rumfartøjsforslag og teknologier. I 2002, projektets finansiering blev afbrudt, hvilket fik grundlæggeren - Marc G. Millis - og flere medlemmer til at oprette Tau Zero Foundation. Opkaldt efter den berømte roman med samme navn af Poul Anderson, denne organisation er dedikeret til forskning i interstellare rejser.

I 2012, NASAs Advanced Propulsion Physics Laboratory (alias Eagleworks) meddelte, at de var begyndt at udføre eksperimenter for at se, om et "warp drive" faktisk var muligt. Dette omfattede udvikling af et interferometer til at detektere de rumlige forvrængninger, der frembringes af den ekspanderende og kontraherende rumtid af Alcubierre-metriken.

Teamlederen - Dr. Harold Sonny White - beskrev deres arbejde i et NASA -papir med titlen Warp Field Mechanics 101. Han forklarede også deres arbejde i NASAs 2012 Roundup -publikation:

"Vi har startet en interferometer test seng i dette laboratorium, where we're going to go through and try and generate a microscopic instance of a little warp bubble. And although this is just a microscopic instance of the phenomena, we're perturbing space time, one part in 10 million, a very tiny amount… The math would allow you to go to Alpha Centauri in two weeks as measured by clocks here on Earth. So somebody's clock onboard the spacecraft has the same rate of time as somebody in mission control here in Houston might have. There are no tidal forces, no undue issues, and the proper acceleration is zero. When you turn the field on, everybody doesn't go slamming against the bulkhead, (which) would be a very short and sad trip."

I 2013, Dr. White and members of Eagleworks published the results of their 19.6-second warp field test under vacuum conditions. Disse resultater, which were deemed to be inconclusive, were presented at the 2013 Icarus Interstellar Starship Congress held in Dallas, Texas.

When it comes to the future of space exploration, some very tough questions seem unavoidable. And questions like "long will it take us to get the nearest star?" seem rather troubling when we don't make allowances for some kind of hypervelocity or faster-than-light transit method. How can we expect to become an interstellar species when all available methods with either take centuries (or longer), or will involve sending a nanocraft instead?

På nuværende tidspunkt, such a thing just doesn't seem to be entirely within the realm of possibility. And attempts to prove otherwise remain unsuccessful or inconclusive. But as history has taught us, what is considered to be impossible changes over time. Someday, who knows what we might be able to accomplish? But until then, we'll just have to be patient and wait on future research.