Är ”Warp Drive” från Star Trek möjlig?

En av de viktigaste handlingarna i nästan varje ”Star Trek”-avsnitt och film är rymdskepps förmåga att resa med ljushastighet och längre. Detta sker tack vare en framdrivning system känt som warp drive. Det låter ”science-fiction”, och det är det – warp drive existerar faktiskt inte. Men i teorin, någon version av detta framdrivningssystem skulle kunna skapas utifrån idén – förutsatt att det finns tillräckligt med tid, pengar och material.

Kanske den främsta anledningen till att warp-drivning verkar vara möjlig är att det inte har varit motbevisat ännu. Så det kan finnas hopp om en framtid med FTL-resor (snabbare än ljus), men inte när som helst snart.

Vad är Warp Drive?

Inom science fiction är warp drive det som gör det möjligt för fartyg att ta sig över rymden genom att röra sig snabbare än ljusets hastighet. Detta är viktigt tant detalj, eftersom ljushastigheten är den kosmiska hastighetsgränsen – universums ultimata trafiklag och barriär.

Så vitt vi vet kan ingenting röra sig snabbare än ljus. Enligt Einsteins relativitetsteorier krävs det en oändlig mängd energi för att accelerera ett föremål med massa upp till ljusets hastighet. (Anledningen till att ljuset i sig inte påverkas av detta faktum är att fotoner – ljuspartiklarna – inte har någon massa.) Som ett resultat verkar det som att ha en rymdfarkost som färdas med (eller överskrider) hastigheten för ljus är helt enkelt omöjligt.

Ändå finns det två kryphål. En är att det inte verkar finnas något förbud mot att resa så nära ljushastighet som möjligt. Det andra är att när vi talar om omöjligheten att nå ljusets hastighet, talar vi vanligtvis om framdrivning av föremål. Konceptet med varpdrift är dock inte nödvändigtvis baserat uteslutande på att fartygen eller föremålen själva flyger med ljusets hastighet, vilket förklaras ytterligare nedan.

Warp Drive kontra maskhål

Maskhål är ofta en del av samtalet kring rymdresor över universum. Resor via maskhål skulle dock skilja sig markant från att använda varpdrift. Medan warpdrivning innebär att röra sig med en viss hastighet, är maskhål teoretiska strukturer som tillåter rymdskepp att resa från en punkt till en annan genom att tunnla genom hyperrymden. I praktiken skulle de låta fartyg ta en genväg eftersom de tekniskt sett förblir bundna till normal rumtid.

En positiv biprodukt av detta är att rymdskeppet kan undvika oönskade effekter som tidsutvidgning och reaktioner på massiv acceleration på Människokroppen.

Är Warp Drive möjligt?

Vår nuvarande förståelse för Fysik och hur ljus färdas utesluter objekt från att nå en hastighet som är högre än ljushastigheten, men det utesluter inte möjligheten att själva rymden färdas med eller över den hastigheten. Faktum är att vissa personer som har undersökt problemet hävdar att i det tidiga universum expanderade rymdtiden med superluminal hastighet, om så bara för ett mycket kort intervall.

Om dessa hypoteser bevisas sanna, kan en warpdrivning dra fördel av detta kryphål och lämna efter sig frågan om framdrivning av föremål och istället ge forskare i uppdrag att fråga hur man genererar den enorma energi som behövs för att flytta rum-tid.

Om forskare tar detta tillvägagångssätt, kan warp-drift tänkas på detta sätt: En warp-drift är det som skapar den enorma mängden energi som drar ihop tidsrymden framför rymdskeppet samtidigt som rymdtiden utvidgas på baksidan, vilket i slutändan skapar en varpbubbla. Detta skulle få rum-tiden att kaskadera av bubblan – skeppet förblir stationärt till sitt lokala område när varpen fortsätter till en ny destination vid superluminal progression.

I slutet av 1900-talet bevisade den mexikanske vetenskapsmannen Miguel Alcubierre att warp drive var, i i själva verket i överensstämmelse med lagar som styr universum. Motiverad av hans fascination för Gene Roddenberrys revolutionerande handlingsförare, rider Alcubierres rymdskeppsdesign – känd som Alcubierre drive – en ”våg” av rum-tid, ungefär som en surfare åker på en våg på havet.

Challenges of Warp Drive

Trots Alcubierres bevis och det faktum att det inte finns någonting i vår nuvarande förståelse av teoretisk fysik som förbjuder en warp-drift från att utvecklas, idén som helhet är fortfarande i spekulationsområdet. Vår nuvarande teknik är inte riktigt där än, och även om människor arbetar på sätt att uppnå denna enorma bedrift med rymdresor, finns det många problem som ännu inte ska lösas.

Negativ massa

Skapandet och rörelsen av en varpbubbla kräver att utrymmet framför den förintas, medan utrymmet på baksidan snabbt måste växa. Detta förintade utrymme är vad som kallas negativ massa eller negativ energi, en mycket teoretisk typ av materia som inte har ”hittats” ännu.

Med det sagt har tre teorier fört oss närmare verklighet av negativ massa. Till exempel lägger Casimir-effekten ut en uppsättning där två parallella speglar placeras i ett vakuum. När de flyttas extremt nära varandra verkar det som om energin mellan dem är lägre än energin runt dem, vilket skapar negativ energi, även om det bara är i små mängder.

År 2016, forskare vid LIGO (Laser Interferometer Gravitational -Wave Observatory) bevisade att rum-tid kan ”förvränga” och böjas i närvaro av enorma gravitationsfält.

Och från och med 2018, forskare från University of Rochester använde lasrar för att visa en annan möjlighet för att skapa negativ massa.

Även om dessa upptäckter kommer mänskligheten närmare en fungerande warp-drift, är dessa små mängder negativ massa långt ifrån storleken på negativ energitäthet som skulle behövas för att resa 200 gånger FTL (hastigheten som behövs för att komma till närmaste stjärna inom rimlig tid).

Mängd energi

Med Alcubierres design 1994 såväl som andra verkade det som om den stora mängden energi som krävdes att skapa den nödvändiga expansionen och sammandragningen av rum-tid skulle överstiga solens effekt under dess 10 miljarder år långa livslängd. Men ytterligare forskning kunde sänka mängden negativ energi som behövs till den för en gasjätteplanet, vilket, även om det är en förbättring, fortfarande är en utmaning att komma med.

En teori för att lösa detta hinder är att utvinna den enorma mängd energi som skapas från förintelser av materia och antimateria – explosioner av samma partiklar med motsatta laddningar – och använda den i skeppets ”varpkärna”.

Resa med Warp Drive

Även om forskare lyckas böja rumtiden runt en givet rymdskepp skulle det bara leda till fler frågor angående rymdresor.

Forskare teoretiserar det tillsammans med interstellär resor, skulle en varpbubbla potentiellt samla ett stort antal partiklar, vilket kan orsaka massiva explosioner vid ankomst. Andra möjliga problem kopplade till detta är frågan om hur man navigerar i hela varpbubblan och frågan om hur resenärer skulle kommunicera med jorden.