ما مدى جدوى محرك الاعوجاج؟

من الصعب العيش في عالم نسبي ، حيث حتى أقرب النجوم بعيدة جدًا وسرعة الضوء مطلقة. ليس من المستغرب إذن لماذا تستخدم امتيازات الخيال العلمي بشكل روتيني FTL (أسرع من الضوء) كجهاز رسم. اضغط على زر ، واضغط على دواسة ، وسوف يرسلنا نظام القيادة الرائع هذا - الذي لا يستطيع أحد تفسير أعماله - إلى موقع آخر في وقت الزمكان.

ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ، أصبح المجتمع العلمي متحمسًا ومتشككًا بشكل مفهوم حول الادعاءات القائلة بأن مفهومًا معينًا - Alcubierre Warp Drive - قد يكون ممكنًا في الواقع. كان هذا موضوع عرض تقديمي تم تقديمه في منتدى المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية والطاقة هذا العام ، والذي عقد في الفترة من 19 إلى 22 أغسطس في إنديانابوليس.

أجرى هذا العرض التقديمي جوزيف أغنيو - وهو مهندس جامعي ومساعد أبحاث من جامعة ألاباما في مركز أبحاث الدفع في هانتسفيل (PRC). كجزء من جلسة بعنوان "مستقبل الدفع النووي واختراق الدفع" ، شارك Agnew نتائج الدراسة التي أجراها بعنوان "فحص نظرية الاعوجاج والتكنولوجيا لتحديد حالة الفن والجدوى".

كما أوضح Agnew لمنزل مكتظ ، فإن النظرية الكامنة وراء نظام دفع الالتفاف بسيطة نسبيًا. تم اقتراحه في الأصل من قبل الفيزيائي المكسيكي ميغيل ألكوبيير في عام 1994 ، ينظر الإنسان إلى هذا المفهوم لنظام FTL على أنه حل نظري للغاية (ولكن ربما يكون صالحًا) لمعادلات أينشتاين الميدانية ، والتي تصف كيف يتفاعل المكان والوقت والطاقة في عالمنا.

بعبارات الأشخاص العاديين ، يحقق Alcubierre Drive سفر FTL عن طريق تمدد نسيج الزمكان في موجة ، مما يتسبب في تقلص المساحة التي تسبقها بينما تتسع المساحة خلفها. من الناحية النظرية ، ستكون المركبة الفضائية داخل هذه الموجة قادرة على ركوب "فقاعة الالتفاف" وتحقيق سرعات تتجاوز سرعة الضوء. هذا ما يُعرف بـ "مقياس الكوبيير".

عند تفسيرها في سياق النسبية العامة ، فإن الجزء الداخلي من فقاعة الالتفاف سيشكل الإطار المرجعي بالقصور الذاتي لأي شيء بداخلها. على نفس المنوال ، يمكن أن تظهر مثل هذه الفقاعات في منطقة مسطحة سابقة من الزمكان وتتجاوز سرعة الضوء. نظرًا لأن السفينة لا تتحرك عبر الزمكان (ولكنها تتحرك الزمكان نفسه) ، فلن تنطبق التأثيرات النسبية التقليدية (مثل تمدد الوقت).

باختصار ، يسمح Alcubierre Metric للسفر FTL دون انتهاك قوانين النسبية بالمعنى التقليدي. كما أخبر Agnew مجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني ، فقد استوحى من هذا المفهوم في وقت مبكر من المدرسة الثانوية ويتابعها منذ ذلك الحين:

"لقد بحثت أكثر في الرياضيات والعلوم ، ونتيجة لذلك ، أصبحت مهتمة بالخيال العلمي والنظريات المتقدمة على نطاق أكثر تقنية. لقد بدأت في مشاهدة Star Trek ، السلسلة الأصلية والجيل التالي ، ولاحظت كيف تنبأوا أو ألهموا اختراع الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية ووسائل الراحة الأخرى. فكرت في بعض التقنيات الأخرى ، مثل طوربيدات الفوتونات ، وأطوار الطور ، ومحرك الالتواء ، وحاولت البحث في كل من ما قاله "ستار تريك ساينس" و "ما يعادل علوم العالم الحقيقي" حول ذلك. ثم عثرت على الورقة الأصلية التي كتبها ميغيل ألكوبيير ، وبعد هضمها لبعض الوقت ، بدأت في البحث عن كلمات رئيسية وأوراق أخرى والتعمق في النظرية ".

في حين تم رفض المفهوم بشكل عام لكونه نظريًا تمامًا ومضاربًا للغاية ، فقد كان له حياة جديدة في النفس في السنوات الأخيرة. يرجع الفضل في ذلك إلى حد كبير إلى الدكتور هارولد "سوني" وايت ، رئيس فريق الدفع المتقدم في مختبر فيزياء الدفع المتقدمة التابع لمركز ناسا جونسون للفضاء (المعروف أيضًا باسم "مختبر إيجلووركس").

خلال ندوة 100 عام Starship في عام 2011 ، شارك د. وفقًا للدكتور وايت ، كانت نظرية ألكوبيير سليمة ولكنها كانت بحاجة إلى بعض الاختبارات والتطويرات الجادة. منذ ذلك الحين ، قام هو وزملاؤه بهذه الأشياء من خلال مختبر Eagleworks Lab.

على نفس المنوال ، قضى أغنيو الكثير من حياته الأكاديمية الأكاديمية في البحث في النظرية والميكانيكا وراء ميكانيكا الالتواء. تحت إشراف الدكتور جايسون كاسيبري - الأستاذ المشارك في الهندسة الميكانيكية وهندسة الطيران وعضو هيئة التدريس في مركز أبحاث الدفع في UAH - توج عمل Agnew في دراسة تتناول العقبات والفرص الرئيسية التي تقدمها أبحاث ميكانيكا الاعوجاج.

من وجهة نظر Agnew ، فإن أحد أعظمها هو حقيقة أن مفهوم "محرك الاعوجاج" لا يزال لا يؤخذ على محمل الجد في الدوائر العلمية:

“في تجربتي ، يميل ذكر محرك الاعوجاج إلى جلب الضحكات إلى المحادثة لأنها نظرية للغاية ومباشرة عن الخيال العلمي. في الواقع ، غالبًا ما يُقابل بملاحظات مرفوضة ، ويستخدم كمثال على شيء غريب تمامًا ، وهو أمر مفهوم. أعلم أنه في حالتي الخاصة ، قمت في البداية بتجميعها ، عقليًا ، في نفس فئة المفاهيم فائقة السطوع النموذجية ، حيث من الواضح أنها جميعًا تنتهك افتراض "سرعة الضوء هي السرعة القصوى". لم يكن الأمر حتى بحثت في النظرية بعناية أكبر أدركت أنه لم يكن لديها هذه المشاكل. أعتقد أنه سيكون هناك / سيكون هناك اهتمام أكبر عندما يتعمق الأفراد في التقدم الذي تم إحرازه. الطبيعة النظرية للفكرة تاريخيًا هي أيضًا رادع محتمل ، حيث يكون من الصعب جدًا رؤية تقدم كبير عند النظر في المعادلات بدلاً من النتائج الكمية.“

في حين أن المجال لا يزال في مهده ، كان هناك عدد من التطورات الأخيرة التي ساعدت. على سبيل المثال ، اكتشاف موجات الجاذبية التي تحدث بشكل طبيعي (GWSs) من قبل علماء LIGO في عام 2016 ، والتي أكدت على حد سواء التنبؤ الذي قدمه آينشتاين قبل قرن من الزمان ويثبت أن أساس محرك الاعوجاج موجود في الطبيعة. كما أشار Agnew ، ربما يكون هذا هو أهم تطور ، ولكنه ليس التطور الوحيد:

“في السنوات الخمس إلى العشر الماضية أو ما شابه ، كان هناك الكثير من التقدم الممتاز على غرار التنبؤ بالآثار المتوقعة للقيادة ، وتحديد كيف يمكن للمرء أن يجعلها موجودة ، وتعزيز الافتراضات والمفاهيم الأساسية ، والمفضلة الشخصية ، طرق اختبار النظرية في المختبر.

"كان اكتشاف LIGO قبل بضع سنوات ، في رأيي ، قفزة هائلة إلى الأمام في مجال العلوم ، حيث أثبت ، تجريبيًا ، أن الزمكان يمكن أن" يشوه "وينحني في وجود مجالات جاذبية هائلة ، ويتم نشر هذا عبر الكون بطريقة يمكننا قياسه. في السابق ، كان هناك تفاهم على أن هذا هو الحال على الأرجح ، وذلك بفضل آينشتاين ، لكننا نعرف على وجه اليقين الآن ".

وقال أجنيو ، بما أن النظام يعتمد على توسيع وضغط الزمكان ، فإن هذا الاكتشاف أظهر أن بعض هذه الآثار تحدث بشكل طبيعي. وأضاف: "الآن بعد أن علمنا أن التأثير حقيقي ، فإن السؤال التالي ، في رأيي ، هو" كيف ندرسه ، وهل يمكننا توليده بأنفسنا في المختبر؟ " "من الواضح أن شيئًا من هذا القبيل سيكون استثمارًا كبيرًا للوقت والموارد ، ولكنه سيكون مفيدًا للغاية".

بالطبع ، يتطلب مفهوم Warp Drive دعمًا إضافيًا والعديد من التطورات قبل أن يكون البحث التجريبي ممكنًا. وتشمل هذه التطورات من حيث الإطار النظري وكذلك التطورات التكنولوجية. قال Agnew ، إذا تم التعامل مع هذه المشكلات على أنها "حجم عضة" بدلاً من تحدٍ كبير ، فمن المؤكد أنه سيتم إحراز تقدم:

"في الجوهر ، ما هو مطلوب لمحرك الالتواء هو طريقة للتوسع والعقد الزمكان كما تشاء ، وبطريقة محلية ، مثل حول جسم صغير أو سفينة. نحن نعلم على وجه اليقين أن كثافات الطاقة العالية جدًا ، على شكل حقول أو كتلة EM ، على سبيل المثال ، يمكن أن تسبب انحناءًا في الزمكان. ومع ذلك ، فإن الأمر يتطلب كميات هائلة للقيام بذلك من خلال تحليلنا الحالي للمشكلة ".

على الجانب الآخر ، يجب أن تحاول المجالات الفنية تحسين المعدات ومعالجتها قدر الإمكان ، مما يجعل هذه الكثافات العالية من الطاقة أكثر معقولية. أعتقد أن هناك فرصة أنه بمجرد أن يمكن تكرار التأثير على مقياس المختبر ، فإنه سيؤدي إلى فهم أعمق لكيفية عمل الجاذبية ، وقد يفتح الباب لبعض النظريات أو الثغرات التي لم يتم اكتشافها بعد. أفترض أني ألخص ، أكبر عقبة هي الطاقة ، ومع ذلك تأتي العقبات التكنولوجية ، وتحتاج إلى حقول EM أكبر ، ومعدات أكثر حساسية ، إلخ.“

إن الكمية الهائلة من الطاقة الإيجابية والسلبية اللازمة لإنشاء فقاعة الاعوجاج تظل التحدي الأكبر المرتبط بمفهوم ألكوبيير. يعتقد العلماء حاليًا أن الطريقة الوحيدة للحفاظ على كثافة الطاقة السلبية المطلوبة لإنتاج الفقاعة هي من خلال المواد الغريبة. يقدر العلماء أيضًا أن إجمالي متطلبات الطاقة ستكون مساوية لكتلة المشتري.

ومع ذلك ، يمثل هذا انخفاضًا كبيرًا عن تقديرات الطاقة السابقة ، التي ادعت أنها ستأخذ كتلة طاقة تعادل الكون بأكمله. ومع ذلك ، لا تزال كمية المادة الغريبة من كوكب المشتري كبيرة بشكل محظور. في هذا الصدد ، لا يزال يتعين إحراز تقدم كبير لتوسيع نطاق متطلبات الطاقة إلى شيء أكثر واقعية.

الطريقة الوحيدة المنظورة للقيام بذلك هي من خلال المزيد من التقدم في فيزياء الكم وميكانيكا الكم والمواد الفوقية ، كما يقول أجنيو. أما بالنسبة للجانب التقني للأشياء ، فينبغي إحراز مزيد من التقدم في إنشاء الموصلات الفائقة وأجهزة قياس التداخل والمولدات المغناطيسية. وبالطبع ، هناك مسألة التمويل ، والتي تمثل دائمًا تحديًا عندما يتعلق الأمر بالمفاهيم التي تعتبر "موجودة".

لكن كما يقول Agnew ، هذا ليس تحديًا لا يمكن التغلب عليه. وبالنظر إلى التقدم المحرز حتى الآن ، هناك السبب أن تكون إيجابيًا بشأن المستقبل:

“وقد أثبتت النظرية حتى الآن أنها تستحق المتابعة ، وأنه من الأسهل الآن من قبل تقديم أدلة على أنها مشروعة. من حيث المبررات لتخصيص الموارد ، ليس من الصعب أن نرى أن القدرة على الاستكشاف خارج نظامنا الشمسي ، حتى خارج مجرتنا ، ستكون قفزة هائلة للبشرية. ومن المؤكد أن نمو التكنولوجيا الناتج عن دفع حدود البحث سيكون مفيدًا ".

مثل إلكترونيات الطيران ، والبحوث النووية ، واستكشاف الفضاء ، والسيارات الكهربائية ، ومعززات الصواريخ التي يمكن إعادة استخدامها ، يبدو أن Alcubierre Warp Drive هي واحدة من تلك المفاهيم التي يجب أن تحارب طريقها شاقة. ولكن إذا كانت هذه الحالات التاريخية الأخرى أي إشارة ، فقد تمر في نهاية المطاف بنقطة اللاعودة وتبدو فجأة ممكنة تمامًا!

وبالنظر إلى انشغالنا المتزايد بالكواكب الخارجية (مجال انفجار فلكي آخر) ، لا يوجد نقص في الأشخاص الذين يأملون في إرسال بعثات إلى النجوم القريبة للبحث عن الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن. وكما توضح الأمثلة المذكورة بالتأكيد ، في بعض الأحيان ، كل ما يلزم للحصول على الكرة هو دفع جيد ...

الصورة العلوية - "IXS Starship ". الائتمان و ©: مارك راديميكر (2016)