لماذا محركات الاعوجاج ليست مجرد خيال علمي

المركبة الفضائية من

المركبة الفضائية الأيقونية من Star Trek ، الولايات المتحدة. مشروع. تصوير من Star Trek: The Video Game. (رصيد الصورة: نامكو بانداي)





عالم الفيزياء الفلكية إريك ديفيس هو أحد الرواد في مجال السفر عبر الفضاء بسرعة تفوق سرعة الضوء (FTL). لكن بالنسبة لديفيز ، فإن قدرة البشرية على استكشاف اتساع الفضاء بسرعة الاعوجاج ليست خيالًا علميًا.

فازت دراسة ديفيس الأخيرة ، 'أسرع من الضوء في الفضاء الاعوجاج ، الحالة والخطوات التالية' بجائزة المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والملاحة الفضائية (AIAA) لعام 2013 عن أفضل ورقة للدفع النووي والطيران المستقبلي.

التقى TechNewsDaily مؤخرًا مع ديفيس لمناقشة ورقته البحثية الجديدة ، والتي ظهرت في مجلد مارس / أبريل لمجلة الجمعية البريطانية بين الكواكب وستشكل أساس خطابه القادم في مؤتمر Starship لعام 2013 الذي يعقده Icarus Interstellar في أغسطس. [ أفكار دفع فائقة السرعة للسفر في الفضاء (صور) ]



قال ديفيس ، مشيرًا إلى ورقة بحثية أعدها الفيزيائي ميغيل ألكوبيير عام 1994: 'لقد نُشر دليل مبدأ دفع الاعوجاج الفضائي FTL منذ عقود'. 'تقتصر جميع تقنيات فيزياء الدفع المتقدمة التقليدية على سرعات أقل من سرعة الضوء ... سيؤدي استخدام التفاف الفضاء FTL إلى تقليل وقت ومسافات الطيران بين النجوم بشكل كبير.'

سرعة الالتفاف: التمهيدي

قبل الخوض في دراسة ديفيس ، إليك مراجعة سريعة لـ السفر في الفضاء أسرع من الضوء :



وفقًا لنظرية النسبية الخاصة لأينشتاين ، لا يمكن لجسم ذي كتلة أن يتحرك بسرعة أو أسرع من سرعة الضوء. ومع ذلك ، يعتقد بعض العلماء أن ثغرة في هذه النظرية ستسمح يومًا ما للإنسان بالسفر لسنوات ضوئية في غضون أيام.

في نظريات FTL الحالية ، ليست السفينة هي التي تتحرك - الفضاء نفسه يتحرك. ثبت أن المساحة مرنة. في الواقع ، كان الفضاء يتوسع باطراد منذ الانفجار العظيم.

من خلال تشويه الفضاء المحيط بالسفينة بدلاً من تسريع السفينة نفسها ، فإن محركات الالتواء النظرية هذه لن تكسر أبدًا قواعد النسبية الخاصة لأينشتاين. السفينة نفسها لا تتحرك أبدًا أسرع من الضوء فيما يتعلق بالمساحة المحيطة بها مباشرة.



تدرس ورقة ديفيس النظريتين الأساسيتين لكيفية تحقيق سفر أسرع من الضوء: محركات الاعوجاج والثقوب الدودية.

الفرق بين الاثنين هو الطريقة التي يتم بها التلاعب بالفضاء. مع محرك الاعوجاج ، تتقلص المساحة أمام السفينة بينما تتسع المساحة خلفها ، مما يخلق نوعًا من الموجة التي تنقل السفينة إلى وجهتها.

باستخدام ثقب دودي ، ستنشئ السفينة (أو ربما آلية خارجية) نفقًا عبر الزمكان ، مع مدخل ومخرج مستهدفين. سوف تدخل السفينة الثقب الدودي بسرعة الضوء وتعاود الظهور في مكان مختلف على بعد عدة سنوات ضوئية.

يصف ديفيس في ورقته البحثية مدخل الثقب الدودي بأنه 'كرة تحتوي على صورة معكوسة لكون آخر كامل أو منطقة نائية داخل كوننا ، منكمشة ومشوهة بشكل لا يصدق'.

عشاق الخيال العلمي ، لمحركات الاعوجاج ، يفكرون ستار تريك 'و' فوتثرما '. بالنسبة إلى الثقوب الدودية ، فكر في Stargate.

[أنظر أيضا: محرك الاعوجاج والناقلات: كيف تعمل تقنية 'ستار تريك' (رسم بياني) ]

المرآة ، المرآة على الهيكل

السؤال التالي هو: كيف نخلق هذه التشوهات في الزمكان التي تسمح للسفن بالسفر أسرع من الضوء؟ يُعتقد - ويبدو أن بعض التجارب الأولية تؤكد - أن إنتاج كميات مستهدفة مما يسمى 'الطاقة السلبية' من شأنه أن يحقق التأثير المطلوب.

تم إنتاج الطاقة السلبية في المختبر من خلال ما يسمى بتأثير كازيمير. تدور هذه الظاهرة حول فكرة أن الفراغ ، على عكس تصويره في الفيزياء الكلاسيكية ، ليس فارغًا. وفقًا لنظرية الكم ، فإن الفراغ مليء بالتقلبات الكهرومغناطيسية. يمكن أن يؤدي تشويه هذه التقلبات إلى توليد طاقة سلبية.

وفقًا لديفيز ، فإن إحدى أكثر الطرق الواعدة لتوليد الطاقة السلبية هي Ford-Svaiter مرآة . هذا جهاز نظري من شأنه أن يركز كل تقلبات الفراغ الكمومي على الخط البؤري للمرآة.

قال ديفيس: 'عندما تكون هذه التقلبات محصورة هناك ، يكون لها طاقة سلبية'. يمكن أن يكون لديك أنواع من الطاقة السلبية التي يمكن أن تصنع ثقبًا دوديًا يمكنك أن تضع فيه أي شخص من خلاله ، وإذا صنعت مرآة أكبر ، ضع مركبة فضائية من خلالها. [المرآة] قابلة للتطوير ... هذا هو جمالها.

وصف ديفيس التكوين النظري لمرايا Ford-Svaiter التي يمكن أن تتيح رحلات الفضاء FTL: `` بالنسبة لثقب دودي يمكن اجتيازه ، يجب أن تكون مرايا Ford-Svaiter منفصلة [مرتبة] في مصفوفة لإنشاء الثقب الدودي ثم سفينة بها مرايا متصلة إليها لتمديد الثقب الدودي إلى نجم الوجهة.

القلق هناك هو كيفية استهداف مخرج الثقب الدودي.

قال ديفيس: 'لا نعرف إجابة هذا السؤال حتى الآن'. 'نظرية النسبية العامة لأينشتاين لا تجيب عليها.'

أوضح ديفيس أن هذا هو الفرق بين مجالات الفيزياء والهندسة. وفقًا لفهمنا الحالي للفيزياء ، من الممكن استهداف مخرج الثقب الدودي ، لكن المهندسين لم يتوصلوا بعد إلى كيفية تحقيق ذلك. [أنظر أيضا: ناسا تتحول إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد للمركبات الفضائية ذاتية البناء ]

'على الشاشة ، رقم واحد'.

هناك مشكلة أخرى تم تناولها في ورقة ديفيس وهي كيفية التنقل في مركبة فضائية من طراز FTL.

'إذا كنت في ثقب دودي ، فأنت لا تسير بسرعة أكبر من الضوء - فأنت تسير بسرعات عادية ، لكن تصورك وتنقلاتك النجمية قد اختفت جميعًا [لأن] ... لا توجد نجوم للتنقل بها.'

قال ديفيس إن الصورة الأيقونية للنجوم المتلألئة على شاشة عرض سفينة الفضاء التي اشتهرت بامتيازات مثل 'Star Trek' و 'Star Wars' ليست دقيقة. 'يتشوه الضوء الذي يمر عبر الثقب الدودي ... سيكون لديك عرض مرئي غريب للغاية.'

هذا لأن الطاقة السلبية ضرورية لإنشاء أ محرك دودي أو الاعوجاج يخلق جاذبية طاردة تشوه الضوء حول السفينة.

لذلك فإن السفن التي تتحرك بسرعة تفوق سرعة الضوء لن تكون قادرة على مراقبة محيطها لحساب موقعها. سيتعين على رواد الفضاء الاعتماد على برامج الكمبيوتر المتطورة لحساب موقعهم المحتمل. قال ديفيس: 'سوف تحتاج إلى شيء في ترتيب كمبيوتر عملاق مجهز بمعالجة موازية'. 'سيضطر [الكمبيوتر] إلى القيام بكل الاكتشافات ... [باستخدام] بيانات الإدخال من الموضع الأخير والتقدير.'

يعد هذا مصدر قلق أكبر لمحركات الالتواء ، والتي تعيد تشكيل الفضاء بشكل نشط أثناء سفرها ، ولكن ليس بنفس القدر مع الثقوب الدودية التي يمكن عبورها ، والتي من المحتمل أن يتم تحديد مداخلها ومخارجها مسبقًا قبل الرحلة. قال ديفيس: `` لا يمكنك السير إلا في اتجاه واحد عبر الثقب الدودي ، لذا فليس الأمر كما لو كنت ستضيع.

من المهم أيضًا أن يكون الكمبيوتر قادرًا على إنتاج نوع من ملفات التمثيل المرئي لخطة طيرانها وموقعها المكاني. سيتم بعد ذلك تقديم هذه الصور وعرضها في قمرة القيادة أو الجسر الخاص بالسفينة الفضائية ليراها الطاقم ويدرسها. قال ديفيس: 'سيساعد ذلك الحاجة النفسية للإنسان لفهم كيف ستبدو تغيرات مواقع النجوم في الوقت الفعلي'.

حيث لم يذهب أحد من قبل

في صميم ورقة ديفيس يوجد المبدأ - المدعوم بنظرية علمية صارمة - أن السفر بسرعة أكبر من الضوء هو احتمال حقيقي وحتى ملموس. يقترح القسم الأخير من الورقة تسع 'خطوات تالية' من شأنها دفع المجال نحو نماذج أولية هندسية واختبارات عملية أخرى لنظريات أسرع من الضوء.

تتضمن هذه الخطوات إنشاء محاكاة حاسوبية لنمذجة هيكل وتأثيرات الاعوجاج في الفضاء. يدعو ديفيس أيضًا إلى مزيد من الاستكشاف الدقيق لمرآة Ford-Svaiter ، والتي لا تزال أداة نظرية إلى حد كبير. المرآة هي مجرد طريقة واحدة ممكنة لتوليد الطاقة السلبية ؛ هناك حاجة إلى مزيد من الدراسة لتحديد ما إذا كانت هناك أي طرق عملية أخرى لتحقيق نفس التأثير. [أنظر أيضا: تهدف `` SpaceLiner '' التي تفوق سرعتها سرعة الصوت إلى نقل الركاب في عام 2050 ]

يصف ديفيس في ورقته البحثية تطوير وتنفيذ السفر إلى الفضاء بأنه `` شاق تقنيًا '' ، ولكن في المحادثة ، قال إنه ليس لديه شك في أن السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء سيكون يومًا ما ممكنًا ، ولكنه ضروري.

تتعرض الأرض لكوارث طبيعية وخارجية وكوارث بيئية ، لذا فإن الحياة هشة للغاية ، بينما الكواكب في النظام الشمسي ليست مضيافة جدًا لحياة الإنسان. لذلك نحن بحاجة إلى استكشاف كواكب خارج المجموعة الشمسية لمنازل بديلة.

'هذا كله جزء من نمو وتطور الجنس البشري.'

بريد الالكتروني jscharr@technewsdaily.com أو اتبعها تضمين التغريدة . تابعنا تضمين التغريدة ، تشغيل موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك أو على + Google .