Hvorfor Warp Drives ikke bare er science fiction

Starship Fra

Det ikoniske stjerneskipet fra 'Star Trek', U.S.S. Bedriften. Skildring fra Star Trek: Videospillet. (Bildekreditt: Namco Bandai)





Astrofysiker Eric Davis er en av lederne innen hurtigere enn lys (FTL) romfart. Men for Davis er ikke menneskehetens potensial til å utforske verdensrommet med kjedehastighet ikke science fiction.

Davis 'siste studie,' Faster-Than-Light Space Warps, Status and Next Steps 'vant American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) 2013 beste papirpris for kjernefysisk og fremtidig flydrift.

TechNewsDaily tok nylig kontakt med Davis for å diskutere hans nye papir, som dukket opp i mars/april -bindet til Journal of the British Interplanetary Society og vil danne grunnlaget for hans kommende tale på Icarus Interstellars Starship Congress 2013 i august. [ Super-raske fremdriftsideer for romfart (bilder) ]



'Prinsippsbeviset for FTL romdrepsdrift ble publisert for flere tiår siden,' sa Davis, med henvisning til et papir fra 1994 av fysikeren Miguel Alcubierre. 'Alle konvensjonelle avanserte fremdriftsfysikkteknologier er begrenset til hastigheter under lysets hastighet ... Ved å bruke en FTL -romvridning vil drastisk redusere tid og avstander for interstellar flyging.'

Warp speed: en primer

Før du går inn i Davis 'studie, her er en rask gjennomgang av hurtigere romferder enn lys :



I følge Einsteins teori om spesiell relativitet kan et objekt med masse ikke gå like fort eller raskere enn lysets hastighet. Noen forskere tror imidlertid at et smutthull i denne teorien en gang vil tillate mennesker å reise lysår i løpet av få dager.

I dagens FTL -teorier er det ikke skipet som beveger seg - selve rommet beveger seg. Det er fastslått at plassen er fleksibel; Faktisk har rommet vokst jevnt og trutt siden Big Bang.

Ved å forvride plassen rundt skipet i stedet for å akselerere selve skipet, ville disse teoretiske varpdriftene aldri bryte Einsteins spesielle relativitetsregler. Selve skipet går aldri raskere enn lys med hensyn til plassen umiddelbart rundt det.



Davis 'artikkel undersøker de to prinsippteoriene for hvordan du kan oppnå raskere reise enn lys: kjededrev og ormhull.

Forskjellen mellom de to er måten rom manipuleres på. Med en warp -stasjon , plass foran fartøyet trekkes sammen mens plassen bak det utvides, og skaper en slags bølge som bringer fartøyet til målet.

Med et ormhull ville skipet (eller kanskje en utvendig mekanisme) lage en tunnel gjennom romtiden, med en målrettet inngang og utgang. Skipet ville gå inn i ormhullet ved sublighthastigheter og dukke opp igjen på et annet sted mange lysår unna.

I sitt papir beskriver Davis en ormhullsinngang som 'en sfære som inneholdt speilbildet av et helt annet univers eller en avsidesliggende region i vårt univers, utrolig krympet og forvrengt.'

Sci-fi-fans, for warp-stasjoner, tenk ' Star Trek 'og' Futurama. ' For ormehull, tenk 'Stargate.'

[Se også: Warp Drive and Transporters: How 'Star Trek' Technology Works (infographic) ]

Speil, speil på skroget

Det neste spørsmålet er: hvordan lage disse forvrengningene i romtiden som gjør at fartøyer kan reise raskere enn lys? Det antas - og visse foreløpige eksperimenter ser ut til å bekrefte - at å produsere målrettede mengder av det som kalles 'negativ energi' ville oppnå ønsket effekt.

Negativ energi har blitt produsert i et laboratorium via det som kalles Casimir -effekten. Dette fenomenet dreier seg om ideen om at vakuum, i motsetning til skildringen i klassisk fysikk, ikke er tomt. I følge kvanteteorien er vakuum fullt av elektromagnetiske svingninger. Forvrengning av disse svingningene kan skape negativ energi.

I følge Davis kalles en av de mest lovende metodene for å skape negativ energi Ford-Svaiter speil . Dette er en teoretisk enhet som vil fokusere alle kvantevakuumfluktuasjonene på speilets fokuslinje.

'Når disse svingningene er begrenset der, har de en negativ energi,' sa Davis. 'Du kan ha typer negativ energi som kan lage et ormhull som du kan sette en person gjennom, og hvis du lager et større speil, kan du sette et stjerneskip gjennom. [Speilet] er skalerbart ... det er det fine med det. '

Davis beskrev en teoretisk konfigurasjon av Ford-Svaiter-speil som kunne muliggjøre FTL-romfart: 'For et kryssingshull må det være separate Ford-Svaiter-speil [arrangert] i en matrise for å lage ormhullet og deretter et skip med speil festet til den for å utvide ormhullet til destinasjonsstjernen. '

Bekymringen der er hvordan du skal målrette ormhullets utgang.

'Vi vet ikke svaret på det spørsmålet ennå,' sa Davis. 'Einsteins generelle relativitetsteori svarer ikke på det.'

Det er forskjellen mellom fysikk og ingeniørfag, forklarte Davis. Ifølge vår nåværende forståelse av fysikk er det mulig å målrette ormhullets utgang, men ingeniører har ennå ikke funnet ut hvordan de skal oppnå det. [Se også: NASA går til 3D-utskrift for selvbyggende romfartøy ]

'På skjermen, nummer én.'

Et annet problem som tas opp i Davis 'avis er hvordan man navigerer i et FTL -stjerneskip.

'Hvis du er i et ormhull, går du ikke raskere enn lyset - du går i normale hastigheter, men visualiseringen og stjernenavigasjonene er alle borte [fordi] ... det er ingen stjerner å navigere etter.'

Det ikoniske bildet av stjerner som streaker av et romskip -visningsskjerm popularisert av franchiser som 'Star Trek' og 'Star Wars' er rett og slett ikke nøyaktig, sa Davis. 'Lyset som går gjennom ormhullet blir forvrengt ... du kommer til å få en veldig rar visuell visning.'

Dette er fordi den negative energien som er nødvendig for å lage en ormhull eller kjededrev skaper en frastøtende tyngdekraft som forvrenger lys rundt skipet.

Så skip som beveger seg med raskere enn lyshastigheter vil ikke kunne observere omgivelsene for å beregne posisjonen. Astronauter må stole på sofistikerte dataprogrammer for å beregne deres sannsynlige plassering. 'Du trenger noe i størrelsesorden til en superdatamaskin utstyrt med parallell behandling,' sa Davis. '[Datamaskinen] må gjøre alt for å finne ut ... [bruke] inndata fra den siste posisjonen og estimere.'

Dette er mer bekymret for warp -stasjoner, som aktivt omformer plass mens de reiser, men ikke så mye med traversable ormhull, hvis innganger og utganger sannsynligvis vil være forhåndsinnstilte før flyging. 'Du kan bare gå en vei gjennom ormhullet, så det er ikke som om du kommer til å gå deg vill,' sa Davis

Det er også viktig for datamaskinen å kunne produsere noen form for visuell representasjon av flyplanen og den romlige plasseringen. Disse bildene vil deretter bli gjengitt og vist i romskipets cockpit eller bro for mannskapet å se og studere. 'Det vil hjelpe det menneskelige psykologiske behovet for i sanntid å forstå hvordan posisjonsendringene til stjernene kommer til å se ut,' sa Davis.

Hvor ingen har gått før

I hjertet av Davis 'papir er prinsippet-støttet av streng vitenskapelig teori-at hurtigere enn lysreiser er en reell og til og med håndgripelig mulighet. Den siste delen av papiret foreslår ni 'neste trinn' som vil presse feltet mot ingeniørprototyper og andre praktiske tester av teorier som er raskere enn lys.

Disse trinnene inkluderer å lage datasimuleringer for å modellere strukturen og effektene av romvik. Davis krever også en mer grundig utforskning av Ford-Svaiter-speilet, som fremdeles er en stort sett teoretisk enhet. Speilet er bare en mulig måte å generere negativ energi på; ytterligere studier er nødvendig for å avgjøre om det er andre praktiske metoder for å oppnå samme effekt. [Se også: Hypersonisk 'SpaceLiner' tar sikte på å fly passasjerer i 2050 ]

Davis beskriver utviklingen og implementeringen av romskrekk-reiser som 'teknisk skremmende' i avisen hans, men i en samtale sa han at han ikke er i tvil om at raskere enn lys-reiser en dag ikke bare vil være mulig, men også nødvendig.

'Jorden er utsatt for natur- og verdensrommet og økologiske katastrofer, så livet er for skjørt, mens planetene i solsystemet ikke er veldig gjestfrie for menneskeliv. Så vi må utforske ekstrasolare planeter for alternative hjem, sa Davis.

'Dette er en del av veksten og utviklingen av menneskeheten.'

E -post jscharr@technewsdaily.com eller følg henne @JillScharr . Følg oss @TechNewsDaily , på Facebook eller på Google+ .