Om du vill ha ett galaxomspännande science fiction-epos, kommer du att behöva resor snabbare än ljus. Alternativet tar decennier eller århundraden att nå ett främmande stjärnsystem, vilket inte alls är lika roligt. Så, du börjar med en vild vetenskaplig idé, lägg till lite technobabble och poff!Snabbast till Astra. Allt från maskhål till hyperrymd har använts inom sci-fi, men den kanske mest kända FTL-tropen är warpdrift.
Warp drive har använts i sci-fi sedan 1930-talet, men det blev populärt av 1960-talets tv-programStar Trek. Även om den är baserad på teorin om allmän relativitet, där rum och tid kan förvrängas av gravitationen, gick inte TV-serien in på detaljer. Varpslingor, mumla mumla, dilitiumkristaller. Strunt i det faktum att relativitetsteorien tydligt säger att objekt inte kan färdas snabbare än ljus. Utan varpdrift skulle kapten Kirk aldrig kunna uppvakta vackra utomjordingar.
Ändå var idén tillräckligt spännande för att några forskare försökte utveckla en teori om hur det skulle kunna fungera. Till exempel, fysikern och science fiction-författaren Robert Forward föreslog flera idéer. Men saker och ting tog fart när Miguel Alcubierre publicerade en tidning iKlassisk och kvantgravitationsom verkligen kan kallas warp drive.
En illustration av Alcubierre-varpeffekten. Kredit: Wikipedia-användaren AllenMcC
Uppsatsen demonstrerade hur allmän relativitet tillät rymden kunde förvrängas på ett sätt som möjliggjorde FTL-resor. Teoretiskt sett kunde ett fartyg aldrig resagenomrymden snabbare än ljuset, men du kan bilda en skev bubbla av rymden runt skeppet, vilket gör att det kan nå avlägsna stjärnor på nästan nolltid. Idén blev känd som Alcubierre-drevet.
Det var bara ett problem. Även om Alcubierre-driften var möjlig inom allmän relativitetsteori, fungerade den bara om du kunde lägga vantarna på en planets värde av något slags exotiskt material som har negativ massa. All känd materia har positiv massa, så det är en slags deal-breaker. Även Alcubierre har sagt att idén förmodligen inte skulle fungera i verkligheten.
Ny forskning löser vissa av dessa problem men introducerar andra. Arbete av Alcubierre och Lobo fokuserar mest på svagfältsvarpeffekten. De upptäcker att små warp-effekter liknar en reaktionslös drivning, som det som har föreslagits med EM Drive. De fann också att medan drivningen fortfarande kommer att kräva negativ massenergi, kan detta hypotetiskt göras med ett skepp med positiv ändlig massa.
Hypetetiska solitonvarpbubblor för olika fartygsdesigner. Kredit: Erik Lentz
En annan ny artikel av Erik Lentz tar ett annat tillvägagångssätt. Han noterar att det finns vissa varpkonfigurationer som liknar solitoner. Solitoner är en vågeffekt som är självförstärkande. Solitoner kan behålla sin form medan de rör sig med konstant hastighet och har observerats i vatten och andra vätskor. Lentz visade att medan solitons varpbubblor skulle kräva en otrolig mängd tätt material, skulle det inte kräva att materiens energi var negativ.
Båda dessa idéer har också ett annat problem. Genom att skapa en relativistisk bubbla runt skeppet isolerar de effektivt skeppet från omvärlden. Detta är känt som horisontproblemet, och det betyder att ett fartygs varpbubbla inte kan kontrolleras inifrån fartyget. Fartygets resa skulle behöva kontrolleras utifrån. Jean Luc Picard kunde vara fartygets kapten, men han kunde inte bara 'göra det så.'
Uppenbarligen är warp drive fortfarande hypotetisk. Det finns djupa teoretiska utmaningar, för att inte tala om de tekniska. Men kanske kommer vi att ha löst allt det här till 2200-talet, och vi kan äntligen snabbt vända oss mot stjärnorna.
Referens:Alcubierre, Miguel. ' Warp-driften: hypersnabb resa inom allmän relativitetsteori .'Klassisk och kvantgravitation11.5 (1994): L73.
Referens:Alcubierre, Miguel och Francisco SN Lobo. ' Warp Drive Grunderna .'Maskhål, Warp Drives och energiförhållanden. Springer, Cham, 2017. 257-279.
Referens:Lentz, Erik. ' Att bryta varpbarriären: Hypersnabba solitoner i Einstein-Maxwell-plasmateori .'Klassisk och kvantgravitation(2021).