Διαστημικό ταξίδι με την ταχύτητα του φωτός: Πότε θα γίνει πραγματικότητα;

Η ιδέα του ταξιδιού με την ταχύτητα του φωτός έχει γοητεύσει όχι μόνο τους συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας αλλά και τους επιστήμονες εδώ και πολλά χρόνια. Το φως ταξιδεύει με εκπληκτική ταχύτητα 299,792,458 μέτρων το δευτερόλεπτο. Με αυτή την ταχύτητα, θα μπορούσατε να κάνετε κύκλους γύρω από τη Γη περισσότερες από επτά φορές σε ένα μόνο δευτερόλεπτο και οι άνθρωποι θα μπορούσαν τελικά να εξερευνήσουν το σύμπαν πέρα ​​από το ηλιακό μας σύστημα. Το 1947, οι άνθρωποι ξεπέρασαν για πρώτη φορά την ταχύτητα του ήχου (η οποία είναι πολύ πιο αργή, παρεμπιπτόντως), ανοίγοντας το δρόμο για εμπορικά αεροσκάφη όπως το Concorde και άλλα υπερηχητικά αεροπλάνα. Θα μπορέσουμε όμως ποτέ να ταξιδέψουμε με την ταχύτητα του φωτός;

Με βάση την τρέχουσα κατανόησή μας για τη φυσική και τα όρια του φυσικού κόσμου, η απάντηση είναι δυστυχώς όχι. Σύμφωνα με τον Άλμπερτ Αϊνστάιν ειδική θεωρία της σχετικότητας, που περιγράφεται από τη διάσημη εξίσωση E=mc², η ταχύτητα του φωτός (c) λειτουργεί ως ένα είδος κοσμικού ορίου ταχύτητας που δεν μπορεί να ξεπεραστεί. Έτσι, το ταξίδι με ή μεγαλύτερη ταχύτητα από την ταχύτητα του φωτός είναι φυσικά αδύνατο, ειδικά για οτιδήποτε έχει μάζα, όπως τα διαστημόπλοια και οι άνθρωποι.

Ακόμη και για πολύ μικροσκοπικά πράγματα, όπως τα υποατομικά σωματίδια, η ποσότητα ενέργειας (Ε) που απαιτείται για την προσέγγιση της ταχύτητας του φωτός αποτελεί σημαντική πρόκληση. Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC), ο μεγαλύτερος και πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων στη Γη, έχει επιταχύνει πρωτόνια όσο το δυνατόν πιο κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Ωστόσο, ακόμη και ένα μικροσκοπικό πρωτόνιο θα απαιτούσε σχεδόν άπειρη ενέργεια για να φτάσει την ταχύτητα του φωτός, και οι άνθρωποι δεν έχουν ακόμη καταλάβει τι σημαίνει στην πραγματικότητα «σχεδόν άπειρη ενέργεια».

Ωστόσο, οι φυσικοί και οι λάτρεις είναι βέβαιοι ότι δεν υπάρχει θεμελιώδης νόμος της φυσικής που να απαγορεύει στους ανθρώπους να ταξιδεύουν στο διάστημα – είναι απλώς πολύ, πολύ δύσκολο. Έτσι, σήμερα, ας συζητήσουμε μερικές πιθανές μεθόδους για διαστρικό ταξίδι, από το λιγότερο έως το πιο εύλογο, όπως φαίνεται από ειδικούς στον τομέα.

Διαβάστε επίσης: Είναι επιβλαβή τα ακουστικά ακύρωσης θορύβου; Πληροφορίες από Ακουολόγους

Ταξιδεύοντας πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός

Ποτέ δεν θα μπορέσετε να ταξιδέψετε πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός. Τουλάχιστον, αυτό καταλαβαίνουμε χάρη στη θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν – μια επαναστατική θεωρία που συνδύασε χώρο και χρόνο, κάνοντάς τα διασυνδεδεμένα. Αν και είναι εύκολο να πούμε ότι οι μελλοντικές εξελίξεις στη φυσική θα μπορούσαν να ξεπεράσουν αυτόν τον περιορισμό, η εφαρμογή μιας τέτοιας ιδέας στην πράξη θα μπορούσε να είναι πολύ πιο περίπλοκη.

Η ειδική σχετικότητα είναι μια από τις πιο διεξοδικά δοκιμασμένες θεωρίες σε όλη τη φυσική. Αυτό συμβαίνει επειδή δεν είναι απλώς μια θεωρία. είναι ένα meta-θεωρία. Είναι ένα σύνολο οδηγιών που μας βοηθούν να οικοδομήσουμε άλλες φυσικές θεωρίες. Η ειδική σχετικότητα μας διδάσκει πώς ο χώρος και ο χρόνος συνδέονται θεμελιωδώς. Η φύση αυτής της σύνδεσης θέτει την ταχύτητα του φωτός ως θεμελιώδες όριο ταχύτητας. Δεν είναι μόνο το φως ή ακόμα και η κίνηση. πρόκειται για την ίδια την αιτιότητα.

Αυτή η θεωρία θέτει τα θεμέλια για τη σύνδεση μεταξύ του παρελθόντος, του παρόντος και του μέλλοντος. Με άλλα λόγια, το να ταξιδεύουμε πιο γρήγορα από το φως θα μπορούσε να επιτρέψει ένα ταξίδι στο χρόνο, κάτι που φαίνεται αδύνατο στο σύμπαν μας. Δεδομένου ότι όλες οι άλλες σύγχρονες φυσικές θεωρίες βασίζονται στη σχετικότητα, κάθε φορά που δοκιμάζουμε μία από αυτές, δοκιμάζουμε επίσης τη θεωρία της σχετικότητας. Ενώ μπορεί να κάνουμε λάθος σχετικά με τη θεμελιώδη δομή του χωροχρόνου, το όριο ταχύτητας φωτός είναι απίθανο να ανατραπεί.

Διαβάστε επίσης: Χρησιμοποιήστε το ή χάστε το: Πώς η τεχνητή νοημοσύνη αλλάζει την ανθρώπινη σκέψη

Σκουληκότρυπες

Το όριο ταχύτητας φωτός συνδέεται επίσης με τη φαινομενική αδυναμία των σκουληκότρυπων. Οι σκουληκότρυπες είναι συντομεύσεις στο διάστημα που συνδέουν οποιαδήποτε δύο σημεία στο σύμπαν. Αυτά τα παράξενα αντικείμενα είναι μια φυσική πρόβλεψη της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία εξηγεί πώς η βαρύτητα προκύπτει από την καμπυλότητα και την παραμόρφωση του χωροχρόνου.

Η γενική σχετικότητα επιτρέπει τη δημιουργία σκουληκότρυπων παραμορφώνοντας τον χωροχρόνο με έναν πολύ περίεργο τρόπο. Ωστόσο, υπάρχει μια μικρή προειδοποίηση: αυτά τα αντικείμενα είναι καταστροφικά ασταθή. Τη στιγμή που οτιδήποτε, ακόμη και ένα μόνο φωτόνιο, προσπαθεί να περάσει από το λαιμό μιας σκουληκότρυπας, αμέσως σκίζεται. Ο μόνος γνωστός τρόπος για να σταθεροποιηθεί μια σκουληκότρυπα είναι η εισαγωγή ενός νήματος εξωτικής ύλης σε αυτήν. Αυτή η ύλη έχει αρνητική μάζα, η οποία, όπως και το ταξίδι στο χρόνο, φαίνεται να είναι απαγορευμένη στο σύμπαν μας.

Είναι απολύτως πιθανό οι μελλοντικοί μας απόγονοι να ανακαλύψουν έναν εναλλακτικό τρόπο για να σταθεροποιήσουν τις σκουληκότρυπες και να κάνουν τα διαστρικά ταξίδια πραγματικότητα. Ωστόσο, ο χρόνος που μπορεί να χρειαστεί για να αποκαλυφθούν οι απαραίτητες ανακαλύψεις στη φυσική θα μπορούσε να αποδειχθεί μεγαλύτερος από το ταξίδι προς τα ίδια τα αστέρια.

Διαβάστε επίσης: 6 συναρπαστικά γεγονότα για τα βαρυτικά κύματα και το LIGO

Καράβια γενεών

Ενώ η αποστολή ενός διαστημικού σκάφους σε άλλο αστέρι μπορεί να μην αποτελεί θεμελιώδες πρόβλημα φυσικής, παρουσιάζει πολλές μηχανικές προκλήσεις. Μία από τις συναρπαστικές ιδέες για τα διαστρικά ταξίδια περιλαμβάνει τη δημιουργία πλοίων γενιάς—μεγάλων, αργοκίνητων σκαφών όπου οι περισσότεροι επιβάτες δεν θα ζούσαν για να φτάσουν στον προορισμό τους. Αντίθετα, θα ζούσαν για γενιές σε μια αυτοσυντηρούμενη πόλη-πλοίο, η οποία τελικά θα έφτανε σε ένα άλλο αστέρι.

Τεχνικά, η ανθρωπότητα είναι ήδη ένα διαστρικό είδος. Πριν από πολλά χρόνια, το διαστημόπλοιο Voyager 1 διέσχισε την ηλιόπαυση, τα όρια του Ηλιακού μας Συστήματος, και εισήλθε στο διαστρικό διάστημα. Τα καλά νέα είναι ότι χρειάστηκαν μόνο μερικές δεκαετίες για να επιτευχθεί αυτό το κατόρθωμα. Τα κακά νέα, ωστόσο, είναι ότι αυτό είναι μόνο η αρχή. Ακόμη και με απίστευτη ταχύτητα άνω των 57,940 km/h, αν το Voyager 1 κατευθυνόταν προς τον Proxima Centauri (αν και δεν είναι), το πλησιέστερο γειτονικό μας αστέρι σε απόσταση περίπου 4.2 ετών φωτός, θα χρειαζόταν το διαστημόπλοιο περίπου 40,000 χρόνια για να φτάσει στον προορισμό του. Αυτό το χρονικό διάστημα προηγείται της ανάπτυξης των πρώτων πόλεων και της εμφάνισης της γεωργίας. Τα καλά νέα, ωστόσο, είναι ότι το Parker Solar Probe, χάρη στους ελιγμούς υποβοήθησης βαρύτητας, κατέχει αυτή τη στιγμή την υψηλότερη ταχύτητα των 700,000 km/h. Αν κατευθυνόταν προς τον Εγγύς Κενταύρου, θα χρειαζόταν περίπου 6,500 χρόνια για να φτάσει. Η πρόοδος είναι εμφανής.

Έτσι, ένα «πλοίο γενιάς» δεν είναι απλώς μια χούφτα γενιών, αλλά εκατοντάδες από αυτές, που όλες χρειάζονται να ζήσουν αυτάρκεις στο κενό ανάμεσα στα αστέρια, χωρίς πρόσθετες πηγές νερού, καυσίμων, τροφής ή ανταλλακτικών. Γιατί ακόμη και 6,500 χρόνια είναι ένα τεράστιο χρονικό διάστημα.

Διαβάστε επίσης: Ολα για Microsoft'S Majorana 1 Κβαντικός Επεξεργαστής: Ανακάλυψη ή Εξέλιξη;

Ένα πολύ, πολύ γρήγορο πλοίο

Άλλοι λάτρεις υποστηρίζουν ότι για να φτάσετε σε άλλα αστέρια πιο γρήγορα, δεν χρειάζεστε ένα γιγάντιο, δυσκίνητο πλοίο. Αντίθετα, θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερο. Με αυτόν τον τρόπο, οι πύραυλοι ή άλλα είδη καυσίμων μπορούν να επιτύχουν υψηλότερες ταχύτητες, συντομεύοντας το ταξίδι. Επιπλέον, η θεωρία της σχετικότητας βοηθά στις υψηλές ταχύτητες. Λόγω της σταθερότητας της ταχύτητας του φωτός, η κίνηση στο χώρο διαφέρει από την κίνηση στο χρόνο. Όσο πιο γρήγορα ένα αντικείμενο κινείται στο χώρο, τόσο πιο αργά κινείται στο χρόνο. Καθώς η ταχύτητα πλησιάζει αυτή του φωτός, ένα έτος για τον ταξιδιώτη θα μπορούσε να συρρικνωθεί σε μήνες, ημέρες ή και λεπτά.

Δυστυχώς, αυτά τα σχετικιστικά φαινόμενα εμφανίζονται μόνο όταν ένα αντικείμενο φτάσει πάνω από το 90% της ταχύτητας του φωτός, ένα ορόσημο που η ανθρωπότητα δεν έχει ακόμη επιτύχει. Ωστόσο, οι επιταχυντές σωματιδίων επιταχύνουν τακτικά τα σωματίδια σε ταχύτητες σχεδόν φωτός, επομένως αυτό σίγουρα δεν είναι αδύνατο.

Η πρόκληση έγκειται στο γεγονός ότι έχουμε να κάνουμε με μικροσκοπικά σωματίδια, όχι με τεράστια διαστημόπλοια. Για να επιταχυνθεί κάτι στο μέγεθος ενός ανθρώπου στο 90% της ταχύτητας του φωτός, μπορεί να απαιτήσει περισσότερη ενέργεια από αυτή που παράγει ο Ήλιος σε χίλια χρόνια. Αλλά αυτό είναι περισσότερο ένα πρόβλημα μηχανικής παρά ένας θεμελιώδης φυσικός περιορισμός.

Διαβάστε επίσης: Τεκτονικές μετατοπίσεις στην τεχνητή νοημοσύνη: Είναι Microsoft στοίχημα για DeepSeek?

Παραδοσιακή έννοια στημόνι κίνησης

Η παραδοσιακή ιδέα επιστημονικής φαντασίας ενός warp drive περιλαμβάνει τη στρέβλωση του χωροχρόνου με έναν πολύ συγκεκριμένο τρόπο: συμπίεση του μπροστά από το πλοίο και επέκταση του πίσω. Θεωρητικά, αυτό θα επέτρεπε σε ένα διαστημόπλοιο να ταξιδεύει αποτελεσματικά ταχύτερα από το φως χωρίς στην πραγματικότητα να υπερβαίνει το τοπικό όριο ταχύτητας. Ωστόσο, παλαιότερη έρευνα σε αυτήν την ιδέα έχει προτείνει ότι θα χρειάζονταν εξωτικές μορφές ύλης με «αρνητική ενεργειακή πυκνότητα» για να γίνει αυτό δυνατό. Αυτά τα εξωτικά υλικά είναι καθαρά θεωρητικά και δεν έχουν παρατηρηθεί και θέτουν σημαντικές προκλήσεις όσον αφορά τη δημιουργία και τη σταθεροποίησή τους.

Στην καθημερινή μας εμπειρία, η ενέργεια θεωρείται πάντα θετική. Ακόμη και στο κενό, υπάρχει μια μικρή ποσότητα θετικής ενέργειας γνωστή ως «ενέργεια κενού» ή «ενέργεια μηδενικού σημείου». Αυτό προκύπτει από Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg στην κβαντομηχανική, που δηλώνει ότι υπάρχουν πάντα ενεργειακές διακυμάνσεις σε ένα σύστημα, ακόμη και στη χαμηλότερη δυνατή ενεργειακή κατάσταση.

Η ύπαρξη πυκνότητας αρνητικής ενέργειας είναι άκρως εικαστική και προβληματική στο πλαίσιο της γνωστής φυσικής. Οι νόμοι της θερμοδυναμικής και οι ενεργειακές συνθήκες στη γενική σχετικότητα φαίνεται να απαγορεύουν την ύπαρξη μεγάλων ποσοτήτων αρνητικής πυκνότητας ενέργειας. Ορισμένες θεωρίες, όπως η Εφέ Casimir και ορισμένες θεωρίες κβαντικού πεδίου, υποδηλώνουν την παρουσία μικρών ποσοτήτων αρνητικής πυκνότητας ενέργειας κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες. Ωστόσο, αυτές οι επιπτώσεις είναι γενικά πολύ μικρές και περιορίζονται σε μικροσκοπικές κλίμακες.

Εδώ μπαίνει στο παιχνίδι η νέα έρευνα. Ερευνητές στην εφαρμοσμένη φυσική έχουν εντοπίσει μια νέα προσέγγιση που θα μπορούσε μια μέρα να καταστήσει δυνατή την τεχνολογία warp drive. Η ομάδα εισήγαγε την ιδέα ενός «κινητήρα σταθερής ταχύτητας στημόνι», ευθυγραμμισμένη με τις αρχές της σχετικότητας.

Το νέο μοντέλο εξαλείφει την ανάγκη για εξωτική ενέργεια, αντί να χρησιμοποιεί έναν περίπλοκο συνδυασμό παραδοσιακών και νέων μεθόδων βαρύτητας για να δημιουργήσει μια φυσαλίδα στημονιού ικανή να μεταφέρει αντικείμενα με υψηλές ταχύτητες εντός των ορίων της γνωστής φυσικής. «Αυτή η έρευνα αλλάζει την κατανόησή μας για τα warp drives», είπε ο επικεφαλής συγγραφέας Dr. Fuchs. "Με την επίδειξη του πρώτου μοντέλου στο είδος του, δείξαμε ότι οι δίσκοι warp δεν υποβιβάζονται στην επιστημονική φαντασία."

Το θεωρητικό μοντέλο του νέου τύπου φυσαλίδας στημονιού χρησιμοποιεί τόσο παραδοσιακές όσο και καινοτόμες μεθόδους βαρύτητας, που έγιναν δυνατές από το δημοσίως διαθέσιμο εργαλείο τους, το Warp Factory. Αυτή η λύση επιτρέπει τη μεταφορά αντικειμένων σε υψηλές, αλλά υπό φως ταχύτητες, χωρίς την ανάγκη για εξωτικές πηγές ενέργειας. Αυτό επιτυγχάνεται σχεδιάζοντας την κίνηση στημόνι του χωροχρόνου ώστε να συμπεριφέρεται βαρυτικά όπως η συνηθισμένη ύλη, σηματοδοτώντας την πρώτη λύση στο είδος της.

«Αν και ένας τέτοιος σχεδιασμός θα απαιτεί ακόμα σημαντική ποσότητα ενέργειας, δείχνει ότι τα φαινόμενα στημόνι μπορούν να επιτευχθούν χωρίς εξωτικές μορφές ύλης», πρόσθεσε ο Δρ Christopher Helmerich, συν-συγγραφέας της μελέτης. «Αυτά τα ευρήματα ανοίγουν το δρόμο για μελλοντικές μειώσεις στις ενεργειακές απαιτήσεις για κινητήρες στημόνι».

Σε αντίθεση με τα αεροπλάνα ή τους πύραυλους, οι επιβάτες σε ένα στημονικό πλοίο δεν θα αντιμετωπίσουν καμία βαρυτική δύναμη. Αυτό έρχεται σε πλήρη αντίθεση με ορισμένες απεικονίσεις επιστημονικής φαντασίας. Η έρευνα της ομάδας δείχνει πώς θα μπορούσε να κατασκευαστεί ένα τέτοιο πλοίο χρησιμοποιώντας συνηθισμένη ύλη. «Ενώ δεν ετοιμάζουμε βαλίτσες για διαστρικά ταξίδια ακόμα, αυτό το επίτευγμα σηματοδοτεί μια νέα εποχή πιθανοτήτων», εξήγησε ο Gianni Martire, Διευθύνων Σύμβουλος του Τμήματος Εφαρμοσμένης Φυσικής. «Συνεχίζουμε να σημειώνουμε σταθερή πρόοδο καθώς η ανθρωπότητα εισέρχεται στην εποχή των ταξιδιών στημόνι».

Η ομάδα της Εφαρμοσμένης Φυσικής επικεντρώνεται τώρα στην αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, συνεχίζοντας να βελτιώνει τα μοντέλα της και να συνεργάζεται με διάφορους κλάδους και ιδρύματα για να κάνει πραγματικότητα αυτό που κάποτε ήταν φανταστικό όνειρο.

Διαβάστε επίσης: Οι πιο συναρπαστικές καινοτομίες ρομποτικής του 2024

συμπεράσματα

Καθώς βρισκόμαστε στο κατώφλι μιας νέας εποχής στην εξερεύνηση του διαστήματος, η προοπτική δημιουργίας warp drives είναι πιο δελεαστική από ποτέ. Με κάθε νέα ανακάλυψη και ανακάλυψη, πλησιάζουμε ένα βήμα πιο κοντά στα αστέρια και τις απεριόριστες ευκαιρίες που μας περιμένουν στην απέραντη έκταση του διαστήματος. Καθώς η ανθρωπότητα ξεκινά την αναζήτηση για ταξίδια πιο γρήγορα από το φως, χρησιμοποιώντας πιθανώς warp drives, μπορούμε μόνο να φανταστούμε τις απίστευτες περιπέτειες και ανακαλύψεις που μας επιφυλάσσει το Σύμπαν.

Στο μακρινό μέλλον, υποθέτοντας ότι η τρέχουσα κατανόησή μας για τη φυσική ισχύει (τουλάχιστον όσον αφορά τα ταχύτερα από το φως ταξίδια και τις σκουληκότρυπες), η ανθρωπότητα πιθανότατα θα στείλει μόνο μια χούφτα μέτριες αποστολές σε άλλα αστέρια και κατοικήσιμους πλανήτες. Ωστόσο, μέσα στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα, υπάρχουν αμέτρητα μέρη—εκατοντάδες φεγγάρια και χιλιάδες αστεροειδείς—που μια μέρα θα μπορούσαν να ονομαστούν σπίτι. Είναι ένας τεράστιος χώρος, γεμάτος μυστήρια που δεν έχουν ακόμη αποκαλυφθεί.

Δεν υπάρχει μέρος σαν το σπίτι.

Διαβάστε επίσης:

• Biomimicry: Πώς η φύση εμπνέει τους μηχανικούς να καινοτομούν
• Πυρηνικά απόβλητα: Τι είναι και πώς απορρίπτονται