Duokite mums Alcubierre pavarą. UFO Page. Lithuanian

Ar dėl kosminės technikos lygio neapima visiška neviltis? „Voyagers“ zondai iš Saulės sistemos vos vos išsikrapštė po 40 m. (apie tai žr. >>>>>) Tarpplanetinės stotys mėnesius šliaužia link artimiausių planetų nepaprastai taupydamos degalus. Ir žmonija vis dar turškiasi „varlinyke“, virš Žemės paviršiaus pakildama vos kelis šimtus kilometrų. Ir ko norėti – raketos iš principo nepasikeitė nuo senovės Kinijos laikų, o žmonija vis dar nežino kito būdo, kaip skraidančios kuro cisternos.

Ir net mažai kas pasikeis, jei žibalą pakeisime antimaterija, o degimą – anihiliacija. Juk šviesos greičio neviršysi – ir net iki artimiausios Kentauro a teks vilktis ilgiau nei 4 m. Per tokią kelionę nenuobodžiautų nebent budistų vienuolis!..
Tai visai nereiškia, kad niekas negali judėti greičiau už šviesą. Tas apribojimas galioja tik materialiems dalykams ir signalams - štai, jei pašviesime žibintuvėliu į Mėnulį ir greitai mosuosite ranka, tai šešėlio riba Mėnulio paviršiumi slinks greičiau už šviesą.

Tad reikia radikalesnių sprendimų. Gal pasinaudoti teoriškai įmanomomis sliekangėmis, ankstyvosios Visatos reliktais, pasižyminčiais kvantinių putų¹⁾ gausa. Tai lokalios erdvėlaikio vamzdžio formos Krasnikovo vamzdis: schema

deformacijos, jungiančios „lygias“ sritis. Ir jos sukurtos milžiniškų energijos tankių. Jos gali būti portalais į nežinomybę, puikiai tinkančiais kamikadzėms – atvykimo vieta ir laikas nusprendžiamas kvantinių fliuktuacijų.

O štai Kalifornijos technologijų instituto fizikas Kipas Tornas²⁾ su kolegomis laiko, kad labai išsivysčiusios civilizacijos gali panaudoti unikalias vakuumo savybes, kuriame Planko dydžių lygyje (10^-35 m) verda „kvantinės putos“. Vyresniesiems proto broliams tereikia surasti tinkamą „sliekangytę“ ir ją ištempti iki kiklopinių dydžių. Tik sunku įsivaizduoti, kokios technikos tam reikia!? Matyt sudėtingesnės, nei sujungti lemputes Kalėdų eglutės girliandai...

Taigi išvada: sliekangės pernelyg egzotiškas būdas! Ir dar su bilietu į viena pusę!
Tiesa 1995 m. rusų astrofizikas Sergejus Krasnikovas³⁾ išsakė dirbtinių tunelių (pavadintų Krasnikovo vamzdžiais), turinčių kelių šviesmečių ilgio erdvėlaikio iškraipymą – ir suteikiančių galimybę sugrįžti. Tik kaip sukurti tokius „vamzdžius“ nėra minčių...

Prieš tęsiant, „ant pirštų“ pasiaiškinkime kai kuriuos dalykus. I. Niutonas (matyt, užsidirbęs ne vieną guzą nuo kintančių obuolių) įrodė, kad „geromis“ (t.y. artimomis ramybės būsenai) sąlygomis kūnai veikia vienas kitą pagal atvirkštinio kvadrato dėsnį. Bet tik 20 a. pradžioje pasiektas gravitacijos veikimo supratimas sukūrus jos geometrinį modelį, kuriame masyvūs kūnai sukuria „įdubimus“ keturmačiame erdvėlaikyje – ir tuo didesnius kuo masyvesnis kūnas, ir į tą duobę lengviau pakliūti lengvesniems kaimynams. Galiausiai „raji“ duobė gali tapti tokia masyvi, kad visai dingtų iš erdvėlaikio – užsiverdama „juodąja skyle“. O pakliuvus į ją ne kosminės kelionės būtų galvoje...

Ir čia prieš ketvirtį amžiaus jaunas meksikietis Migelis Alkubierė⁴⁾ atvyko į Kardifą, kad apsigintų daktarinę disertaciją. Velso sostinėje įgijo ryšių mokslo sluoksniuose, padėjusiems jam įsikurti Potsdamo M. Planko Gravitacinės fizikos institute, kur sukūrė naujus matematinius „juodųjų skylių“ aprašymo metodus. Pakvietimą į Vokietiją paskatino jo straipsnis „The warp drive: hyper-fast travel within general realativity“ (1994), kuriame jaunasis fizikas iškėlė neįtikėtino „burbulo“ idėją teoriškai leidžiant keliauti greičiau už šviesą. Supaprastintai idėja išsakoma taip: jei greitis erdvėje ribotas, tai gal galima keisti erdvę?

Toji idėja Alkubierei atėjo žiūrint vieną iš „Žvaigždžių kelio“ serijų, o taip pat įkvėpė ankstyvųjų Visatos gyvavimo akimirkų infliacijos modelis – kai visata plėtėsi su pagreičiu: „Paimkime dviejų stebėtojų tolimo vienas nuo kito santykinius greičius. Tiesiogiai paskaičiavę pagal juos skiriančio atstumo pokytį, gausime gerokai už šviesos greitį didesnę reikšmę. Tačiau tai nereiškia, kad jie keliauja virššviesiniu greičiu: kiekvienas juda savo šviesos kūgio ribose. Milžiniškas greitis pasiekiamas tik spartaus erdvėlaikio plėtimosi dėka“.

Alkubierės erdvės kreivintojas tam tikra prasme apgaudinėja gamtą, nes kuria izoliuotą burbulą iš egzotiškos materijos su neigiama mase. Jo viduje erdvėlaikis įprastinis ir išlaikomi visi fizikos dėsniai, Alcubierre warp drive

tačiau už jo ribų vyksta visiška netvarka – jo priekyje erdvė susispaudžia paskui save traukdama ir burbulą, o jo užpakalyje plečiasi stumdama burbulą.

Tokiu būdu Kentauro a būtų galima pasiekti per dvi savaites! Tik štai tokio burbulo sukūrimui reikia tokio energijos kiekio, kokį išspinduliuoja nedidelės galaktikos, ir naudoti materiją, kurios pagrindinė savybė – gravitacinis atostūmis. Tokios materijos egzistavimas dar nepatvirtintas, tačiau netiesiogiai apie jos buvimo galimybę galima spėti iš Hablo konstantos „netvarkingumo“: Visata plečiasi kiek sparčiau nei tai seka iš bendrosios reliatyvumo teorijos. Neigiamos masės materija yra vienu iš galimų tos anomalijos paaiškinimų.

S. Krasnikovas nurodo dar vieną ypatybę: „Priekinis burbulo kraštas spaudžia erdvę, t.y. toje sienelėje įtaisyta egzotiška materija su neigiamu energijos tankiu. Jei burbulas skris su virššviesiniu greičiu, tai jo pakraštyje esanti materija irgi skris tokiu pat greičiu. Ne tai, kad tai būtų draudžiama, bet tolygu tachionų, virššviesiniu greičiu skriejančių dalelių, panaudojimui. Tačiau pati jų egzistavimo galimybė dar neįrodyta, o jei paaiškės, kad tokios dalelės yra, tai ir burbulo statyti nereiks“.

Alkubierės pavara labiau primena ne laisvai skrendantį paukštį, o metro vagoną. Pats M. Alkubierė nurodo, kad prireiks egzotinės materijos generatorių eilės palei visą skrydžio trasą – tie generatoriai privalės sinchroniškai kreivinti erdvę taip, kaip reikia skrydžio užtikrinimui. Tad prieš skraidant, reiks dar nutiesti „kelius“, o kaip tai padaryti, nelabai dar ir aišku.

„Warp pavaros“ idėja buvo nagrinėjama ir vystėsi keliomis kryptimis. Štai S. Krasnikovo straipsniuose aptartas klausimas apie skrydį laive uždara trajektorija sugrįžtant į pradinį tašką ir nagrinėta, ar galimą tą kilpą apskristi greičiau už šviesą. Jis užrašė erdvėlaikio metriką, įgavusią „Krasnikovo vamzdžio“ pavadinimą: juo būtų galima judėti virššviesiniu greičiu uždaromis kilpomis (dar apie Krasnikovą skaitykite >>>>>).

Astrofizikai A. Everetas⁷⁾ ir Tomas Romanas apibendrino Krasnikovo sprendinį ir rado judėjimo virššviesiniu greičiu galimybę. Tačiau ir Krasnikovo sprendinys irgi reikalauja neigiamos energijos. Eilėje straipsnių aptariama, kokios energetines sąlygas minimaliai privalo pažeisti „Warp pavara“, o kokias sąlygas reikia išlaikyti. Portugalų matematikas Jose Natario priėjo išvados, kad „Warp pavara“ pažeidžia net stipriąją energetinę sąlygą, garantuojantį gravitacinės sąveikos pritraukiančią pobūdį. Jis taip pat sukūrė pavaros variantą be erdvės išplėtimo ir suspaudimo – „burbulas“ tarsi skrodžia erdvę nekeisdamas jos apimties. Tačiau tuo metu 4-matis erdvėlaikis, žinoma, deformuojamas.

Fizikai taip pat daug mąstė kaip įveikti „Warp pavaros“ „nefizikiškumą“, susijusį su egzotine medžiaga. Paskutiniu metu buvo pasiūlyti labiau „fizikiškai priimtini“ variantai su teigiamu energijos tankiu. A. Bobriko ir Dž. Martirės straipsnyje išvestas „Warp pavaros“ sprendimas mažesniam už šviesą greičiui su teigiamu energijos tankiu., o virššviesiniam – gana nedideliu neigiamos energijos kiekiu. Vokiečių mokslininkas Erick Lentz‘as⁸⁾ pasiūlė „Warp pavarą“ remiantis Einšteino-Maksvelo teorija ir parodė, kad jo modelyje išpildoma silpnoji energetinė sąlyga.

Įdomu, kad „Warp pavaros“ pagalba galima sukurti įvairias laiko mašinos atmainas. Tai nesunku suprasti, nes išorinio stebėtojo požiūriu „burbulas“ juda virššviesiniu greičiu lyg tachionai, nes čia (kaip ir kirmgraužose) vyksta priežastingumo pažeidimas judant laiku atgal. Ši tema ir toliau aktyviai vystoma.

Realizacija gali būti susijusi su dideliais sunkumais. Čia verta prisiminti situaciją su fotoninėnis raketomis, fantastų vaizdžiai aprašytomis 7-e dešimtmetyje. Praktinis jų neįmanomumas parodytas tuo metu populiarioje V. Smilgos knygoje „Akivaizdu? Ne, dar neištirta“ ir puikiai pateiktas filme „Devynios vienerių metų dienos“.

Žinoma, kad kai kuriomis egzotiškos medžiagos savybėmis pasižymi ir kvantiniai objektai, pvz., Kazimiro energija, vakuumo nulinių kvantinių fluktuacijų energija, kuri stebėta eksperimentų metu. Matyt, tam tikrus tokios medžiagos kiekius iš tikro įmanoma pagaminti. Tačiau Alkubierės burbulo sukūrimui reikia nepaprastai daug energijos - M.J. Pfenning‘as⁹⁾ ir L.H. Ford‘as įvertino, kad 100 m skersmens „burbulo“ sukūrimui energijos reiktų keliomis eilėmis viršijant visą Visatos energiją, nors vėliau C. van den Broeck‘as (iš Nyderlandų Utrechto un-to) ją sumažino iki kelių Saulių lygio (t.y., kiek reikia „juodosios skylės“ sukūrimui). 2021 m. A. Bobrikas su Dž. Martire optimizavo Alkubierės burbulo variantus dar labiau sumažinant neigiamos energijos kiekius, o Šonas Felas ir Lavinija Heisenberg¹⁰⁾ ją „numušė“ iki 0,01% Saulės masės. Vis tik šiuo metu sunku įsivaizduoti, kada žmonija pradės operuoti tokiais energijos kiekiais – ir aplamai, ar ji išliks iki tų laikų; matyt tai bus tik po šimtų ar tūkstančių metų.

Tačiau yra dar viena problema, kuri buvo aptariama – judančio „burbulo“ sąveika su materija ir spinduliavimu jo kelyje (o ir pats laivas skleistų žudančią spinduliuotę). Ar tai pavyktų išspręsti? Vis tik geriau likti optimistais ir kol kas paskaitinėti mokslinę fantastiką...

Praeinamos sliekangės

Kirmgraužos (sliekangės) modelis plačiai panaudojamas masinėje kultūroje, pvz., serialuose „Žvaigždžių kelias“, „Tolimasis kosmosas 9“ ir kt. „Žvaigždžių kelio“ projektas apima 6 TV serialus, 11 pilnametražių filmų, daugybę knygų ir apsakymų, kompiuterinių žaidimų. Nuo šio teksto paruošimo jų kiekis galėjo dar padidėti. TV serialo „Tolimasis kosmosas 9“ veiksmas vyksta „Žvaigždžių kelio“ visatoje – jo siužeto ašis yra erdvės anomalija, jungianti Beidžorą su galaktikos Gama kvadrantu. Fantastikoje tokia anomalija dažnai vadinama hipererdve, o moksle – kirmgrauža. Jos galimybę tyrinėjo M.S. Morisas, K. Tornas, U. Jurtseveras, D.A. Vileris, Dž. Krameris⁵⁾ ir kt.

A.G. Agnese ir M. M. la Kamera (Genujos un-tas) darbais pradėti statinių kirmgraužų Branso-Dikės gravitacinėje teorijoje⁶⁾, besiremiančioje Macho principu (bendrosios reliatyvumo teorijos išplėtimu), susiejančiu objekto ir Visatos masę, tyrimai. M. Morisas ir K. Tornas savo darbuose įvedė kirmgraužų „praeinanumo“ kriterijus, tarp kurių būtinu yra singuliarumo nebuvimas joje. Nors ir tai negarantuoja praeinančio objekto deformacijų nebuvimo, nes jėgos joje yra labai didelės. Jiedu kartu su U. Jurtseveru aprašo galimybę praeiti pro kirmgraužą:
Tarkim, egzistuoja labai išsivysčiusi civilizacija. Ji galėtų pasinaudoti tuo, kad vakuume Planko dydžių mastelyje (10^-35 m) plakasi kvantinė puta, kurioje nuolat susidaro visos įmanomos erdvės topologijos. Joje aptikus fragmentą, atitinkantį kirmgraužos struktūrą, jį galima išplėsti iki makro mastelio.

Tačiau praėjimui pro kirmgraužą reikia turėti vadinamąją egzotinę medžiagą, kurios pagrindine savybe yra neigiamas energijos tankis, kad ji galėtų plėsti, o ne traukti erdvę (t.y. jos masė neigiama). 20 a. pabaigoje įsitikinus, kad visoje Visatoje veikia paslaptinga stumianti jėga, pavadinta tamsiąja energija, viltys dėl kirmgraužų egzistavimo sustiprėjo.

Papildomai skaitykite Kas gali būti - tas yra!, Sliekangės – laiko mašinos bei Sliekangės ir torsioniniai laukai

¹⁾ Kvantinės putos (Quantum (spacetime) foam) – Dž. Vilerio 1955 m. įvesta sąvoka Visatos „audinio“ pagrindui apibūdinti. Labai mažu mąsteliu Visata įsivaizduojama kaip burbuliuojanti, putota ir nuolat kintanti. Mat erdvėlaikis nėra glotnus ir sudarytas iš nepaprastai mažų grūdelių, kuriuose jis kinta putodamas. Ten gali trumpam laikui gimti dalelių ir antidalelių poros, kurios anihiliuojasi – ir tos energijos pakanka, kad erdvėlaikis įgautų putotą pobūdį. Tad Visatos audinys yra kunkuliuojanti sliekangyčių ir smulkių virtualių juodųjų skylių begalė.
Aptikta, kad iš Markarian 501 blazaro [labai kompaktiško kvazaro milžiniškos elipsinės galaktikos centre] gama spinduliai mus pasiekė skirtingu laiku, taigi, kai kurie skirtingos energijos fotonai judėjo lėčiau už šviesos greitį, kas prieštarauja bendrajai reliatyvumo teorijai, tačiau gali būti paaiškinta kvantinėmis putomis.
Bandymu Vilerio teoriją padaryti kiekybine yra sukinio putų teorija.

²⁾ Kipas Tornas (Kip Stephen Thorne, g. 1940 m.) - amerikiečių fizikas-teoretikas, dirbantis gravitacinės fizikos ir astrofizikos srityse, pagrindinį dėmesį skirdamas reliatyvistinėms žvaigždėms, juodosioms skylėms ir gravitacinėms bangoms. Iki 2009 m. – Caltech’o profesorius, vienas gravitacinių bangų paieškos projekto LIGO iniciatorių. Nobelio premijos laureatas (2017).
1977 m. kartu su Ana Žitkova iškėlė hipotezę apie raudonosios milžinės su neutronine žvaigžde branduolyje egzistavimą – 2014 m. kandidate į tokias žvaigždes tapo HV 2112.
Miguel Alcubierre

Ilgametis S. Hokingo ir K. Sagano draugas. Konsultavo Ch. Nolano filmą „Tarp žvaigždžių“ (Interstellar, 2014). Išgarsėjo „kirmgraužų“ (wormholes; Red. mūsų svetainėje paprastai vadinamų sliekangėmis) teorija.

³⁾ Sergejus Krasnikovas (g. 1961 m.) – rusų fizikas Pulkovo observatorijoje, prisidėjęs prie teorinės fizikos vystymo, o ypač „Krasnikovo vamzdžio“ idėja bei jo įtaka priežastiniam ryšiui, uždaroms laiko kilpoms ir virššviesiniam greičiui.

⁴⁾ Migelis Alkubierė (Miguel Alcubierre Moya, g. 1964 m.) – meksikiečių fizikas-teoretikas, išgarsėjęs jo vardu vadinamos „warp“ pavaros idėja (1994). 2012 m. NASA H. White su kolegomis komanda pareiškė pasirengusi eksperimentiškai patikrinti Alkubierės pavaros teoriją.
Nuo 2002 m. dirbo Meksikos Branduolinių mokslų institute, kur koordinavo reliatyvumo teorijos lygčių skaitmeninio sprendimų tyrimus. Nuo 2012 m. – šio instituto direktorius. Parašė vadovėlį „Introduction to 3+1 Numerical Relativity“ (2012).

⁵⁾ Džonas Krameris (John Gleason Cramer, Jr., g. 1934 m.) – amerikiečių fizikas ir fantastas, žinomas kvantinės mechanikos tranzakcinės interpretacijos sukūrimu. Aktyviai dalyvavo el. Dalelių greitintuvų eksperimentuose. „ Analog Science Fiction and Fact“ žurnale vedė pastovią rubriką „Alternatyvus požiūris“. Visuomenės dėmesį patraukį jo Didžiojo sprogimo garso simuliacija (2003 ir 2013 m.). Populiari jo knyga „Kvantinis rankų paspaudimas“ (2015). Parašė ir du „kietos mokslinės fantastikos“ žanro romanus: „Tvistoris“ (1989) bei „Einšteino tiltas“ (1997).

⁶⁾ Branso-Dikės teorija - skaliarinė-tenzorinė gravitacijos teorija, alternatyva Einšteino bendrajai gravitacijos teorijai, sutampanti su vienu bendrosios reliatyvumo teorijos (BRT) ribiniu atveju. Joje gravitacinis poveikis materijai vyksta per metrinį erdvėlaikio tenzorių, o materija veikia metriką ne tik betarpiškai, bet ir per papildomai generuojamą skaliarinį lauką f. Todėl joje gravitacinė konstanta G nebūtinai pastovi, o priklauso nuo skaliarinio lauko, galinčio kisti erdvėje ir laike. Teoriją 1961 m. paskelbė Karlas Bransas ir Robertas Dikė remdamiesi Paskualio Jordano 1959 m. darbu. Anksčiau laikyta rimta alternatyva BRT, šiuo metu palaikoma fizikų mažumos.

Kaip BRT specialus atvejis su specialiu parametrų rinkiniu, ši teorija negali būti paneigta eksperimentų, neprieštaraujančių BRT. Tačiau BRT numatymai gerokai apriboja Branso-Dikės teorijos parametrų laisvę.

⁷⁾ Alenas Everetas (Allen E. Everett, 1933-2016) – amerikiečių fizikas, dirbęs branduolinės ir aukštų energijų srityse, tame tarpe nustatant deuterio struktūrą ir S-matricos panaudojimą fundamentalioms sąveikoms. Kartu su kolegomis įsteigė Tuftso kosmologijos inst-tą. Buvo mėgstamas dėstytojas, parengęs kursą apie kelionės laiku, derinantį fantastiką su reliatyvumo teorijos pagrindais – ir su T. Romanu parašė „Kelionės laiku ir kreivinančios pavaros“ (2011), kurioje aiškino kokie dėsniai leidžia keliauti virššviesiniu greičiu ir laike.

⁸⁾ Erikas Lencas (Eric J. Lentz) – amerikiečių astrofizikas. Jo tyriimų sritis yra teoriniai, kompiuteriniai ir eksperimentiniai aspektai ieškant atstovo tamsiajai materijai, tokio kaip QCD aksionas. Nuo 2004 m. dirbo su supernovų klausimais. Užsiima kompiuteriniu reiškinių žvaigždėse modeliavimu.

⁹⁾ Michaelis Pfeningas (Michael (Mitch) Pfenning) – amerikiečių kosmologistas, specializuojantis iškreitpo erdvėlaikio kvantinio lauko teorijoje.

¹⁰⁾ Lavinia Heisenberg (g. 1983 m.) – šveicarų fizikė, Ciuricho ETH profesorė. Jos tyrimų sritis yra kosmologija, fizikiniai kosmoso modeliai, dėmesį sutelkiant į gravitaciją, o taip pat elementariųjų dalelių teorija. Ypač ją domina kosminių struktūrų formavimosi dinamika ir eksperimentai, parodantys jų evoliuciją, ypač gravitaciniai lęšiai ir pėdsakai mikrobanginiame fone.