Romreiser med lysets hastighet: Når blir det en realitet?

Ideen om å reise med lysets hastighet har fascinert ikke bare science fiction-forfattere, men også forskere i mange år. Lys beveger seg med en forbløffende hastighet på 299,792,458 1947 XNUMX meter per sekund. Med denne hastigheten kunne du sirkle rundt jorden mer enn syv ganger på bare ett sekund, og mennesker kunne endelig utforske universet utenfor vårt solsystem. I XNUMX overgikk menneskene først lydhastigheten (som er mye langsommere, forresten), og banet vei for kommersielle fly som Concorde og andre supersoniske fly. Men vil vi noen gang kunne reise med lysets hastighet?

Basert på vår nåværende forståelse av fysikk og grensene for den naturlige verden, er svaret dessverre nei. I følge Albert Einsteins spesiell relativitetsteori, beskrevet av den berømte ligningen E=mc², fungerer lysets hastighet (c) som en slags kosmisk fartsgrense som ikke kan overskrides. Dermed er det fysisk umulig å reise med eller raskere enn lysets hastighet, spesielt for alt som har masse, som romfartøy og mennesker.

Selv for veldig små ting, for eksempel subatomære partikler, utgjør mengden energi (E) som kreves for å nærme seg lysets hastighet en betydelig utfordring. Large Hadron Collider (LHC), den største og kraftigste partikkelakseleratoren på jorden, har akselerert protoner så nærme lysets hastighet som mulig. Imidlertid vil selv et lite proton kreve nesten uendelig energi for å nå lysets hastighet, og mennesker har ennå ikke funnet ut hva "nesten uendelig energi" faktisk betyr.

Imidlertid er fysikere og entusiaster sikre på at det ikke er noen grunnleggende fysikklov som forbyr mennesker å reise gjennom verdensrommet – det er bare veldig, veldig vanskelig. Så i dag, la oss diskutere noen potensielle metoder for interstellar reise, fra de minste til de mest plausible, sett av eksperter på området.

Les også: Er støyreduserende hodetelefoner skadelige? Innsikt fra audiologer

Reiser raskere enn lysets hastighet

Du vil aldri kunne reise raskere enn lysets hastighet. I det minste er det det vi forstår takket være Einsteins teori om spesiell relativitet – en revolusjonær teori som smeltet sammen rom og tid, og gjorde dem sammenkoblet. Selv om det er lett å si at fremtidige fremskritt innen fysikk kan overvinne denne begrensningen, kan implementering av et slikt konsept i praksis være mye mer komplekst.

Spesiell relativitetsteori er en av de mest grundig testede teoriene i all fysikk. Dette er fordi det ikke bare er en teori; det er en meta-teori. Det er et sett med instruksjoner som hjelper oss å bygge andre fysiske teorier. Spesiell relativitetsteori lærer oss hvordan rom og tid er grunnleggende sammenkoblet. Arten av denne forbindelsen setter lyshastigheten som en grunnleggende hastighetsgrense. Det handler ikke bare om lys eller til og med bevegelse; det handler om kausalitet i seg selv.

Denne teorien legger grunnlaget for forbindelsen mellom fortid, nåtid og fremtid. Med andre ord, å reise raskere enn lyset kan tillate tidsreiser, noe som virker umulig i universet vårt. Siden alle andre moderne fysiske teorier er bygget på relativitetsteori, tester vi også relativitetsteorien hver gang vi tester en av dem. Selv om vi kan ta feil om den grunnleggende strukturen til rom-tid, er det usannsynlig at lyshastighetsgrensen vil bli veltet.

Les også: Use It or Lose It: How AI is Changing Human Thinking

ormehull

Lyshastighetsgrensen er også knyttet til den tilsynelatende umuligheten av ormehull. Ormehull er snarveier i verdensrommet som forbinder to punkter i universet. Disse merkelige objektene er en naturlig prediksjon av Einsteins generelle relativitetsteori, som forklarer hvordan tyngdekraften oppstår fra krumningen og forvrengningen av rom-tid.

Generell relativitet tillater ormehull ved å forvrenge rom-tid på en veldig særegen måte. Imidlertid er det et lite forbehold: disse objektene er katastrofalt ustabile. I det øyeblikket noe, til og med et enkelt foton, prøver å passere gjennom halsen på et ormehull, rives det umiddelbart fra hverandre. Den eneste kjente måten å stabilisere et ormehull på er ved å introdusere en tråd av eksotisk materiale i det. Denne materien har negativ masse, som, i likhet med tidsreiser, ser ut til å være forbudt i vårt univers.

Det er fullt mulig at våre fremtidige etterkommere vil oppdage en alternativ måte å stabilisere ormehull og gjøre interstellar reise til en realitet. Tiden det kan ta å avdekke de nødvendige gjennombruddene innen fysikk kan imidlertid vise seg å være lengre enn selve reisen til stjernene.

Les også: 6 fascinerende fakta om gravitasjonsbølger og LIGO

Skip av generasjoner

Selv om det å sende et romfartøy til en annen stjerne kanskje ikke utgjør et grunnleggende fysikkproblem, byr det på en rekke tekniske utfordringer. En av de fascinerende ideene for interstellar reiser innebærer å lage generasjonsskip – store, saktegående fartøyer der de fleste passasjerer ikke ville bo for å nå målet. I stedet ville de leve i generasjoner ombord på et selvopprettholdende byskip, som til slutt ville nå en annen stjerne.

Teknisk sett er menneskeheten allerede en interstellar art. For mange år siden krysset romfartøyet Voyager 1 heliopausen, grensen til vårt solsystem, og gikk inn i det interstellare rommet. Den gode nyheten er at det bare tok noen tiår før denne bragden ble oppnådd. Den dårlige nyheten er imidlertid at dette bare er begynnelsen. Selv med en utrolig hastighet på over 57,940 1 km/t, hvis Voyager 4.2 var på vei mot Proxima Centauri (selv om den ikke er det), vår nærmeste nabostjerne i en avstand på rundt 40,000 lysår, ville det tatt romfartøyet omtrent 700,000 6,500 år å nå målet. Dette tidsrommet går før utviklingen av de første byene og fremkomsten av landbruket. Den gode nyheten er imidlertid at Parker Solar Probe, takket være tyngdekraftsassistansemanøvrer, for tiden holder den høyeste hastigheten på XNUMX XNUMX km/t. Hvis det var på vei til Proxima Centauri, ville det ta omtrent XNUMX år å komme frem. Fremgangen er tydelig.

Så, et "generasjonsskip" er ikke bare en håndfull generasjoner, men hundrevis av dem, som alle trenger å leve selvforsynt i tomrommet mellom stjernene, uten ytterligere kilder til vann, drivstoff, mat eller reservedeler. For selv 6,500 år er en enorm tidsperiode.

Les også: Alt om Microsoft'S Majorana 1 Kvanteprosessor: Gjennombrudd eller evolusjon?

Et veldig, veldig raskt skip

Andre entusiaster hevder at for å nå andre stjerner raskere, trenger du ikke et gigantisk, tungvint skip. I stedet bør den være så liten som mulig. På denne måten kan raketter eller andre typer drivstoff oppnå høyere hastigheter, og forkorte reisen. I tillegg hjelper relativitetsteorien ved høye hastigheter. På grunn av konstanten til lysets hastighet, er bevegelse i rommet forskjellig fra bevegelse i tid. Jo raskere et objekt beveger seg gjennom rommet, jo saktere beveger det seg gjennom tiden. Når hastigheten nærmer seg lysets, kan et år for den reisende krympe til måneder, dager eller til og med minutter.

Dessverre slår disse relativistiske effektene først inn når et objekt når over 90 % av lysets hastighet, en milepæl menneskeheten ennå ikke har oppnådd. Imidlertid akselererer partikkelakseleratorer regelmessig partikler til nesten lyshastigheter, så dette er absolutt ikke umulig.

Utfordringen ligger i det faktum at vi har å gjøre med bittesmå partikler, ikke massive romfartøyer. For å akselerere noe på størrelse med et menneske til 90 % av lysets hastighet, kan det kreve mer energi enn solen produserer på tusen år. Men dette er mer et ingeniørproblem enn en grunnleggende fysisk begrensning.

Les også: Tektoniske endringer i AI: Is Microsoft Spill på DeepSeek?

Tradisjonelt warp drive konsept

Det tradisjonelle science-fiction-konseptet med en warp-drive innebærer å forvrenge romtiden på en veldig spesifikk måte: å komprimere den foran skipet og utvide den bak. Teoretisk sett vil dette tillate et romfartøy å effektivt reise raskere enn lys uten faktisk å overskride den lokale fartsgrensen. Tidligere forskning på denne ideen har imidlertid antydet at eksotiske former for materie med "negativ energitetthet" ville være nødvendig for å gjøre dette mulig. Disse eksotiske materialene er rent teoretiske og har ikke blitt observert, og de utgjør betydelige utfordringer når det gjelder skapelse og stabilisering.

I vår hverdagserfaring blir energi alltid sett på som positivt. Selv i et vakuum er det en liten mengde positiv energi kjent som "vakuumenergi" eller "nullpunktsenergi." Dette er resultatet av Heisenbergs usikkerhetsprinsipp i kvantemekanikk, som sier at det alltid er energisvingninger i et system, selv i lavest mulig energitilstand.

Eksistensen av negativ energitetthet er svært spekulativ og problematisk innenfor rammen av kjent fysikk. Termodynamikkens lover og energiforholdene i generell relativitet ser ut til å forby eksistensen av store mengder negativ energitetthet. Noen teorier, for eksempel Casimir-effekt og visse kvantefeltteorier, antyder tilstedeværelsen av små mengder negativ energitetthet under spesifikke forhold. Imidlertid er disse effektene generelt svært små og begrenset til mikroskopiske skalaer.

Det er her ny forskning kommer inn. Forskere innen anvendt fysikk har identifisert en ny tilnærming som en dag kan gjøre warp-drivteknologi mulig. Teamet introduserte konseptet med en "konstanthastighets warp-drivmotor", i samsvar med relativitetsprinsippene.

Den nye modellen eliminerer behovet for eksotisk energi, og bruker i stedet en kompleks kombinasjon av tradisjonelle og nye gravitasjonsmetoder for å lage en varpboble som er i stand til å transportere objekter med høye hastigheter innenfor grensene til kjent fysikk. "Denne forskningen endrer vår forståelse av warp-drev," sa hovedforfatter Dr. Fuchs. "Ved å demonstrere den første modellen i sitt slag, har vi vist at warp-drev ikke er henvist til science fiction."

Den teoretiske modellen av den nye typen varpboble bruker både tradisjonelle og innovative gravitasjonsmetoder, muliggjort av deres offentlig tilgjengelige verktøy, Warp Factory. Denne løsningen muliggjør transport av objekter med høye, men underlette hastigheter, uten behov for eksotiske energikilder. Dette oppnås ved å designe spacetime warp-drevet slik at det oppfører seg gravitasjonsmessig som vanlig materie, og markerer den første løsningen i sitt slag.

"Selv om et slikt design fortsatt vil kreve en betydelig mengde energi, viser det at varp-effekter kan oppnås uten eksotiske former for materie," la Dr. Christopher Helmerich, medforfatter av studien. "Disse funnene baner vei for fremtidige reduksjoner i energibehovet for warp-drev."

I motsetning til fly eller raketter, ville passasjerer ombord på et varpskip ikke oppleve noen gravitasjonskrefter. Dette står i sterk kontrast til enkelte science fiction-skildringer. Teamets forskning viser hvordan et slikt skip kan bygges ved bruk av vanlig materie. "Selv om vi ikke pakker for interstellar reise ennå, signaliserer denne prestasjonen en ny æra av muligheter," forklarte Gianni Martire, administrerende direktør ved Institutt for anvendt fysikk. "Vi fortsetter å gjøre jevne fremskritt ettersom menneskeheten går inn i en tidsalder av warp-reiser."

Anvendt fysikk-teamet er nå fokusert på å takle disse utfordringene, fortsetter å avgrense modellene sine og samarbeide med ulike disipliner og institusjoner for å gjøre det som en gang var en fantastisk drøm til virkelighet.

Les også: De mest fascinerende robotinnovasjonene i 2024

Konklusjoner

Mens vi står på terskelen til en ny æra innen romutforskning, er utsiktene til å lage warp-stasjoner mer fristende enn noen gang. Med hver ny oppdagelse og gjennombrudd beveger vi oss ett skritt nærmere stjernene og de grenseløse mulighetene som venter oss i det store verdensrommet. Mens menneskeheten legger ut på søken etter raskere enn lett reise, potensielt ved hjelp av warp-drev, kan vi bare forestille oss de utrolige eventyrene og oppdagelsene universet har i vente for oss.

I en fjern fremtid, forutsatt at vår nåværende forståelse av fysikk holder (i hvert fall når det gjelder raskere enn lys-reiser og ormehull), vil menneskeheten sannsynligvis bare sende en håndfull beskjedne oppdrag til andre stjerner og beboelige planeter. Men innenfor vårt eget solsystem er det utallige steder – hundrevis av måner og tusenvis av asteroider – som en dag kan kalles hjem. Det er et stort rom, fullt av mysterier som ennå ikke er avdekket.

Det er ikke noe sted som hjemme.

Les også:

• Biomimicry: How Nature Inspires Engineers to Innovation
• Kjernefysisk avfall: hva det er og hvordan det blir avhendet