1994-ais meksikietis Miguel Alcubierre (Kardife esančiame Velso universitete) pradėjo įtikinėti fizikus, kad garsiojo Enterprise (iš Star Trek filmo) greitesnis už šviesą „warp“ variklis nėra neįmanomas. Pasiremdamas Einšteino lygtimis, jis teoriškai pagrindė galimybę deformuoti erdvę taip, kad ji judėtų tarsi banga. Matyt panašūs reiškiniai vyko infliacijos periodu po Didžiojo sprogimo. Tada erdvėlaivis gali skrosti erdvę ją „iškreipdamas“ - suspausdamas priekyje ir vėl išplėsdamas užpakalyje (savotiškas Stūmtraukis). Tai būtų tarsi koks skrydis banglente - ant erdvėlaikio bangų.

Tačiau 1997-aisiais Michael Pfenning'as ir Larry Ford'as³⁾ iš Medford'e esančio Tuftso universiteto „palaidojo“ tas viltis įrodydami, kad vienam tokiam skrydžiui reiktų daugiau energijos nei jos yra visoje Visatoje.

Bet belgas Chris van den Broeck'as⁴⁾ iš Leuven'o katalikiškojo universiteto Teorinės fizikos instituto vėl sugrąžino viltį. Tai būtų įmanoma, jei būtų sukurta keista erdvės anomalija - tarsi koks „burbulas“ su plonomis sienelėmis.

Paaiškinsime pagrindinę idėję paėmę dvimatę erdvę. Joje yra „burbulas“, kuris su šia plokščia erdve sujungtas labai siauru kakleliu. Šio burbulo „gyventojui“ tas kaklelis yra nepaprastai siauras, tačiau burbulo viduje milžiniški dykrai gyvenimui. Tai yra sukuriamas erdvės darinys, kuris iš išorės atrodo be galo mažas, tačiau patekus į vidų erdvė tarsi „išsipučia“. Fantastikos mėgėjai greitai suras analogijas su „Dr. Who“ Tardis'o policijos būdele, į kurią įėjus patenkame į labai erdvią laboratoriją. Tačiau svarbu ne toji analogija, o tai, kad tokio burbulo sukūrimui nereikia milžiniškų energijos kiekių - jį sukurti galima ir iš vieno gramo tam tinkančios materijos (tik ji turėtų būti sudaryta vien iš neigiamos energijos - nieks nežino, kaip ją sukurti).

Erdvėlaivis skrietų to burbulo viduje. Tad jo įgula nepatirtų jokių nežmoniškų g-perkrovų ir Einšteino teorijos numatytų „laiko sulėtėjimų“ (laiko skirtumų skirtingiems stebėtojams).

M. Alkubierė aprašė poslinkį viena kryptimi panaudodamas poslinkio vektorių, esančiu judėjimo ir „burbulo“ formą nusakančios funkcijos sandaugą. Jis paėmė vieną galimų tos funkcijos formų (kepurės), tačiau galimi ir kiti variantai.

Alcubierre pavara

Taip pat skaitykite Duokite mums Alcubierre pavarą o taip pat apie kreivinančią pavarą ...

Alcubierre metrika (Alcubierre pavara arba Warp Drive) - erdvėlaikio matematinis modelis, suteikiantis galimybes, primenančias „Žvaigždžių treko“ (Star Trek) „warp“ variklį, galintį skristi greičiau už šviesą (nors ir ne lokaliąja prasme).

1994 m. fizikas iš Meksikos Miguel Alcubierre pasiūlė skrydžio būdą, kai erdvė priešais laivą suspaudžiama, o už jo vėl išplečiama. Laivas tokią bangą ristų vadinamojoje „warp burbulo“ plokščios erdvės srityje. Kadangi laivas nejuda tame burbule, tačiau yra nešamas kartu su visu burbulu. tai įprastiniai reliatyvos teorijos efektai (kaip laiko paradoksai) jam nėra taikomi (kaip būtų, jei pats laivas dideliu greičiu judėtų plokščioje erdvėje). Antra, šis skrydžio būdas iš tikrųjų nėra greičiau už šviesą lokalia prasme, nes to burbulo viduje šviesa ir toliau skrieja greičiau už laivą (t.y., įprastu sau greičiu). Laivas skrieja greičiau už šviesą tik ta prasme, kad jis pasieks savo tikslą greičiau, nei tą atstumą įveikia šviesos spindulys (žr. [2]). Todėl Alcubierre pavara neprieštarauja tradiciniam tvirtinimui, kad neįmanoma lėčiau už šviesą judantį objektą pagreitinti iki didesnio už šviesą greičio. Va tik nežinoma, kaip sukurti tokį „warp burbulą“ srityje, kurioje jo nėra ir kaip pasitraukti (išskristi) iš tokio burbulo.

Reikia atkreipti dėmesį, kad net laivui greitėjant, jis skrieja laisvo kritimo sąlygomis, t.y. jo ekipažas nepatirs papildomo pagreičio poveikio. Tiesa, burbulo pakraščiuose veiks didelės jėgos dėl staigaus erdvės iškreipimo tose vietose, tačiau plataus burbulo viduje jos turėtų būti nežymios.

Matematinė išraiška

Naudojant 3+1 (trimatė erdvė plius laikas) bendrosios reliatyvumo teorijos formalizmą, erdvėlaikį galima apibrėžti erdvės hiper-paviršių kitimą pagal pastovią laiko koordinatę (t). Pagrindinė Alcubierre metrikos formulė yra:

kur a yra laiko pokyčio funkcija, apibrėžianti laiko intervalą tarp dviejų gretimų hiper-paviršių, bⁱ - poslinkio vektorius ir g_ij teigiama kiekvieno paviršiaus metrika. Atskiras atvejis, kurį nagrinėjo M. Alcubierre yra apibrėžiamas taip:

ir

kai R > 0 ir r > 0 yra laisvai pasirenkami parametrai. Naudojant šį atskirą metrikos atvejį, stebėtojų, kurių 4-greitis yra normalus hiper-paviršių atžvilgiu, matuojamas energijos tankis yra

kur g yra metrikos tenzoriaus determinantė.

Taigi, kadangi energijos tankis yra neigiamas, norint keliauti greičiau už šviesą, reikia turėti neįprastą materiją. Tokios materijos egzistavimas nėra teoriškai apibrėžtas, tačiau Casimir'o efektas bei greitėjantis Visatos plėtimasis kelia klausimą apie tokios materijos egzistavimo galimybę.

Taipogi, nemanoma, kad tokios specifinės materijos generavimas ir jos išlaikymas (kaip ir „atviro“ burbulo kaklelio palaikymas) būtų praktiškas dalykas. R. Low įrodinėja, kad, bendrosios reliatyvumos teorijos kontekste, be tokios egzotiškos materijos sukurti „warp“ pavarą yra neįmanoma (žr. [3]).

Paprastai, bendrojoje reliatyvumo teorijoje pradžioje apibrėžiamas priimtinas materijos ir energijos pasiskirstymas, o tada randama jam tinkanti erdvėlaikio geometrija, tačiau spręsti Einšteino lauko lygtis galima ir atvirščia tvarka - tą ir padarė M. Alcubierre. Toks sprendimas gali duoti rezultatą, kuris neatitinka stebimos Visatos sąlygų, pvz., reikalinga neįprastos materijos buvimo.

Alcubierre metrika turi ADM formą, kuri yra adaptuota tam tikram inertiškų stebėtojų tipui, nors tie stebėtojai rėra fiziškai atskiriami nuo kitų tipų stebėtojų. Alcubierre interpretacija apie erdvės susispaudimą priekyje ir išsiplėtimą gale gali būti klaidingai suprantama, nes tai taikoma tik reliatyviam artimų ADM stebėtojų tipo judėjimui (žr. [4]).

Be to, kaip tvirtina Sergejus Krasnikovas [5], gali nepavykti sukurti tokio „burbulo“ neprivertus specifinę materiją lokaliai judėti greičiau už šviesą, o tam gali prireikti tachionų. Buvo pasiūlyti kai kurie metodai, leidžiantys išvengti tachionų, tačiau, tikėtina, sukurtų singuliarumą prieš burbulą ([7, 8]). S. Krasnikovas pasiūlė, kad jei tachionai nebūtų rasti arba jų nebūtų galima panaudoti, sprendimas gali būti pasiektas pertvarkant mases laivo kelyje. Tačiau tokiu atveju tas laivas negalėtų skraidyti kur tik nori (tik tam tikromis trajektorijomis, tarsi geležinkelio bėgiais, kuriuos reikia pirma patiesti - o tokių sąlygų sukūrimas gali trukti ilgiau, nei pats skrydis). D. Coule teigia, kad materija laivo kelyje turėtų būti talpinama irgi didesniu už šviesos greičiu, o tai būtų įmanoma tik jau turint kitą Alcubierre pavarą.

Dar tikimasi, kad Alcubierre pavara galėtų būti sukurta remiantis kai kuriais kvantinės mechanikos efektais (žr. [8]), tačiau M. Pfenning'as ir L. Ford'as [9] nurodo, kad tam reiktų milžiniškos energijos, pvz., mažo laivelio skrydis per visą Paukščių taką reikalautų didesnės energijos, nei turi visa galaktikos masė. Nors buvo patekti ir kontr-argumentai (žr. [2]), tačiau jie įtikina ne visus. Chris van Den Broeck'as 1999-ais [10] pasiūlė, sutraukiant 3+1 erdvėlaikį, tuo pačiu metu plėsti trimatį tūrį burbulo viduje. Taip sumažintas reikalingas energijos kiekis, kuris tada atomų perkėlimui yra mažesnis nei trys Saulės masės. Vėliau, kiek modifikuodamas Broeck'o metriką, S. Krasnikovas sumažino tą neigiamos energijos kiekį vos iki kelių miligramų [2].

Paminėjimai populiariojoje literatūroje:

Pačiame „Žvaigždžių treke“ nebuvo apibūdinta „warp“ variklio fizikinė esmė ir niekur nepaminėta Alcubierre teorija, tačiau kai kuriuose besisiejančiuose kūriniuose, pvz., Ch. L. Bennett „Aftermath“ bandoma tokią sąsają sukurti. Ši teorija detaliau išdėstoma T.S. Taylor knygoje „Warp Speed“. Ji taip pat minima:

• romane W. Ellis. Orbiter;
• apsakymų rinkinyje S. Baxter. Vacuum Diagrams;
• I. Douglas Inheritance Trilogy romanuose.

¹⁾ Giunteris Nimcas (Gunter Nimtz, g. 1936) – vokiečių fizikas, dirbantis Kelno 2-me Fizikos institute. Jis tyrinėjo puslaidininkius su siaurais plyšiais ir skystus kristalus, o taip pat užsiiminėjo tarpdisciplininiais nejonizuojančio spinduliavimo poveikiu biologinėms sistemoms tyrinėjimais. Plačiausiai žinomas bandymais, kuriais teigė, kad el. dalelės kvantiniais tuneliais gali keliauti greičiau už šviesą (žr. Greičiau už šviesą).

²⁾ Raimondas Čiao (Raymond Y. Chiao, g. 1940) – JAV fizikas, kilęs iš Honkongo, žinomas savo eksperimentais kvantinės optikos srityje. Dabartiniu metu tyrinėja gravitacinę spinduliuotę ieškodamas gravitacinių bangų.

Studijuodamas Prinstono un-te nagrinėjo Dž. Vilerio pateiktą temą apie bendrosios reliatyvumo teorijos kvantizaciją. Vėliau nuo teorinės fizikos perėjo prie eksperimentinės. 1967-2006 m. dirbo Berklio Kalifornijos un-te.

Remdamasis 1992 m. Giunterio Nimco (Nimtz) bandymais [žr. >>>>>], jis išmatavo kvantinio tuneliavimo laiką (1,5-1,7 didesnį už šviesos greitį). Šių rezultatų interpretavimas tebėra atviras klausimas. Taip pat jis buvo pirmuoju, išmatavusiu topologinę Berry fazę.

³⁾ Lawrence Ford - amerikiečių fizikas teoretikas, Tufts un-to prof., dirbamtis bendrosios reliatyvumo teorijos ir kvantinės teorijos srityse. Tyrinėja kvantinių fliuktuacijų reiškinius ir jų taikymą gravitacijai ir kosmologijai, įvairius Kazimiro ir Aharonovo-Bohmo efektų aspektus. Nustatė, kad vakuumo energijos tankio kvantinės fluktuacijos gali būti didesnės nei tikimasi.
Jo studentu buvo M. Pfeningas.
Su tema susijusios kitos publikacijos: H. Ford, T.A. Roman. Wormholes and faster-than-light driver// Spektrum Wiss, 2000, n.3;  H. Ford, T.A. Roman. Negative energy, wormholes and warp drive// Sci.Am. 200, vol. 282, n.1;;  H. Ford. Negative Energy Densities in Quantum Field Theory// Int.J.Mod.Phys., 2010, n.25;;  H. Ford, T.A. Roman. Negative Energy Seen By Accelerated Observers// Phys.Rev., 2013, vol.87

⁴⁾ Chrisas van den Broekas (Chris van den Broeck, g. 1974 m.) - belgų fizikas teoretikas, Utrechto un-to gravitacinių bangų fizikos profesorius. Jo tyrimų pagrindinis dėmesys skirtas erdvėlaikio su gravitacinėmis bangomis stipraus lauko dinamikai remiantis LIGO ir Virgo stebėjimais (atvedusiais prie gravitacinių bangų atradimo 2016-ais); atskiru atveju, susiliejant kompaktiškoms dvinarėms sistemoms iš neutroninių žvaigždžių ir/arba juodųjų skylių. Taip pat domisi astrofizikos ir kosmologijos klausimais, pvz., tiksliu Visatos parametrų, nusakančių Visatos vystymąsi (kaip kad tamsiosios energijos būsenos lygties), išmatavimu.

Nuorodos:

1. M. Alcubierre. The warp drive: hyper-fast travel within general relativity// Class. Quant. Grav., 11, 1994
2. S. Krasnikov. The quantum inequalities do not forbid spacetime shortcuts// Physical review D, 67, 2003
3. R.J. Low. Speed Limits in General Relativity// Class. Quant. Grav., 16, 1999
4. J. Natario. Warp drive with zero expansion// Class. Quant. Grav., 19, 2002
5. S. Krasnikov. Hyper-fast travel in general relativity// Physical review D, 57, 1998
6. Ch. van Den Broeck. On the (im)possibility of warpbubbles, 18 May 2000
7. D.H. Coule. No Warp Drive// Class. Quant. Grav., 15, 1998
8. L.H. Ford. T.A. Roman. Quantum field theory constrains traversable wormhole geometries// Physical review D, 53, 1996
9. M.J. Pfenning, L.H. Ford. The unphysical nature of 'Warp Drive'// Class. Quant. Grav., 14, 1997
10. Ch. van Den Broeck. A 'warp drive' with more reasonable total energy requirements// Class. Quant. Grav., 16, 1999
11. F. Lobo. M. Visser. Fundamental limitations on 'warp drive' spacetimes// Class. Quant. Grav., 21, 2005
12. W. A. Hiscock. Quantum effects in the Alcubierre warp drive spacetime// Class. Quant. Grav., 21, 2005
13. T.S. Taylor, T.C. Powell. Current Status of Metric Engineering with Implications for the Warp Drive// Conf. thesis, Alabama, Jul.20-23, 2003

Paruošė Cpt.Astera's advisor

Papildomai skaitykite:
Erdvės ratilai
Nusitaikant į žvaigždes
Antigravitacijos paieškos
Ateitis - elektrinės raketos
Ar galima greičiau už šviesą?
Tamsioji materija  ir energija
Duokite mums Alcubierre pavarą
Antigravitacijos paieškų istorija
Naujos galimybės žvaigždėlaivio pavarai
Tarpžvaigždinio skrydžio ir kontakto įvertinimas
Didysis sprogimas ar Didysis atšokimas
M. Agrestas. Senovės kosmonautai
Išilginės bangos ir kelionės laike
Valdomas nuotolinis matymas
Keista Ciolkovskio filosofija
JAV antigravitacinė eskadrilė
Hadronų koliderio kūrėjas
J.Glazkovas. Juodoji tyla
Papildomas matavimas
Lygiagrečios visatos
Kyla ultralengvieji
Holografinė visata
Pasaulis nuostabus
Visatos modeliai
Laiko dvelksmas

Maloniai pasitiksime žinias apie bet kokius Jūsų pastebėtus sunkiai paaiškinamus reiškinius. Juos prašome siųsti el.paštu: san-taka@lithuanian.net arba pateikti šiame puslapyje.

UFO sightings and other phenomenas in/under Lithuanian sky. Please inform us about everything you noticed and find unexplainable in the night sky or even during your night dreams, or in the other fields of life. Review of our site in English

NSO.lt skiltis
Fantastikos puslapis
Vartiklis