Liikumine läbi ruumi ja aja

Inimest ajendab alati soov tundmatut avastada; tal on isegi spetsiaalne neurotransmitter – dopamiin, mis on keemiline motivatsioon teabe saamiseks. Aju vajab pidevalt uut infovoogu ja isegi kui need andmed ei ole ellujäämiseks vajalikud – niimoodi on lihtsalt juhtunud, et mehhanism on olemas ja oleks patt seda mitte kasutada.

Allolemas artiklis soovin kokku võtta ulmeviise liikumiseks kaugetesse tähtedesse ja galaktikatesse, mis on hetkel teaduslike teooriate ja hüpoteeside raames kergesti kätte saadavad.

Kosmose ees näivad enamiku inimeste teod tähtsusetud, isegi tühised. Carl Sagan, 1980.

Iga inimene on vähemalt korra elus tõstnud oma pea üles, sooja suveõhtul tähti jälgides. Kosmose sügavus kutsub ja tekitab awe, veel mõnel vaid hetkeks, aga mõnel terveks eluks.

Mis seal on? Kas seal on elu? Ja milliseid imesid võib nende arvukate maailmade peal olla?

Muidugi on ainus viis minna sinna ja teada saada – liikuda läbi ruumi-aja nende kaugete tähtede, planeetide, udupäid ja isegi – GALAKTIKE poole.

Kuid kahjuks on aeg vale. Ainus, kuhu meie liikumistehnoloogiad on ulatunud – on vaid natuke kaugemale päikesesüsteemist, tänu automaatsetele sondidele projekti "Voyager" raames, millest Voyager-1 käivitati 1977. aastal!

Aga et tõsiselt rääkida teistest maailmadest, on meil vaja kiirus vähemalt võrreldav valguse kiirusest, ideaaljuhul – ülevalguseline.

Mis takistab?

Siin on kõik lihtne – füüsikaseadused, põhjapanevad.

Põhjuslikkuse seadus

Asi on selles, et tagajärg ei saa eelnevalt tekkida kui põhjus. Keegi pole kunagi näinud, et näiteks kõigepealt kukub surnud pardipoeg ja siis tulistab jahimees. Kiirusel, mis ületab valguse kiirus, muutub sündmuste järjestus vastupidiseks, aja lint keritakse tagasi. Sellest võib kergesti veenduda järgmise lihtsa mõtlemise kaudu.

Kujutage ette, et oleme mingis kosmoselaevas, mis liigub kiiremini kui valgus. Siis hakkaksime me järk-järgult jõudma valgusele, mis on kiiratav allikast järjest varasematel hetkedel. Esmalt jõuaksime me fotonite juurde, mis on kiiratav, ütleme, eile, siis – eelmisel päeval ja nii edasi, nädal, kuu, aasta tagasi ja nii edasi. Kui valguse allikaks oleks peegel, mis peegeldab elu, siis näeksime me esmalt eilseid sündmusi, seejärel üleeilsed ja nii edasi. Me näeksime näiteks vanainimest, kes järk-järgult muutub keskealiseks inimeseks, seejärel nooreks, noorukiks, lapseks... Teisisõnu, aeg pöörduks tagasi, me liikuksime olevikust minevikku. Sel juhul vahetaksid põhjus ja tagajärg omavahel kohti.

Alberti vanaduse piirangud

(Erirelatiivsusteooria)

Lisaks põhjuslikkuse probleemile on loodus esitanud veel rangemaid tingimusi: mitte ainult ei saa saavutada kiirus, mis ületab valgust, vaid ka valgust kiiruseni ei ole võimalik jõuda – vaid sellele saab ainult läheneda. Relatiivsusteooriast tuleneb, et kiirus suurendades liikumise käigus tekivad kolm asjaolu: suureneb liikuva objekti mass , väheneb tema suurus liikumissuunnas ja aeg aeglustub sellel objektil (välise „paigalseisva“ vaatleja vaatepunktist). Tavaliste kiirusete puhul on need muutused tühised, kuid valguse kiiruseni lähenedes muutuvad need järjest märgatavamaks ja lõppkokkuvõttes – kiirusel, mis on võrdne c-ga – muutub mass lõpmatuks, objekt kaotab täielikult suuruse liikumissuunnas ja aega jääb seisma . Seega ei saa ükski materiaaalne keha saavutada valguse kiirus, selle kiirus on ainult valgusel endal! (Nagu ka „kõikjalolev“ osake – neutriino, mis ei saa liikumise ajal liikuda väiksema kiirusena c.Üldiselt, peale ülaltoodud, on palju probleeme, näiteks, ligikaudse valguskiirusel liikumise korral, kui 1 kg massiga objekt põrkub liivatera vastu, vabastatakse nii palju energiat, et see võiks muuta 10 000 tonni terast auruks ühe sekundi jooksul. Kui võrrelda seda tegeliku kosmoselaeva massiga, siis plahvatuse energia on võrdne või isegi ületab tuumareaktsioonide energiat, mis toimub Päikesel.

Üldiselt, peale eelnevalt kirjeldatu, on palju probleeme. Näiteks, üksteisega kokkupõrkamisel objektiga, mille mass on 1 kg ja liikumiskiirus on lähedane valguse kiirus, vabastatakse nii palju energiat, et see suudab 10 000 tonni terast aurustamiseks muundada ühe sekundi jooksul. Kui võrrelda seda reaalse kosmoselaeva massiga, siis plahvatuse tugevus oleks võrdne või ületaks päikeses toimuvaid tuumaprotsesside tugevust.

Aga tark inimene ei lähe mäkke, tark inimene möödub mäest, sest seadused on olemas selleks, et neid rikkuda... naljanumber, seadusi te ei saa rikkuda, kuid teaduslik fantaasia (ja teaduslikele ideedele lähedane) pakub meile viise, mis võimaldavad põhimõtteid ületada.

Ülisageduslikud liikumisviisid aja-ruumis

Einsteini-Roseni sild

Einsteini-Roseni sild, tuntud ka kui musta auku või krötovormid, on tõenäoliselt kõige tuntumad vahendid intergalaktiliste reiside jaoks — ja tõenäoliselt tõeliselt olemas. Albert Einsteini üldine suhtelisusteooria ennustas, et mustade aukude olemasolu on võimalik, kuigi neid pole seni avastatud.

Lihtsustatult öeldes on Einsteini-Roseni sild tunnel ruumis, mis on põhjustatud aja-ruumi deformeerimisest. Suured objektid, näiteks tähed või mustad augud, kõverad aega ja ruumi, just nagu bowlingupall kõverdab trambuliini. Piisavalt massiivne objekt suudab aega-ruumi nii palju kõverdada, et loob seose kahe, tavalisest olekust piisavalt kaugel asuva punkti vahel.

Kujutage ette paberilehte ja kahte punkti sellel. Te peate liikuma ühest punktist teise ja kui te liigelda rangelt paberipinnal, siis „reisimine“ võtab aega. Kuid kui te voltida lehte nii, et punktid kattuvad, ja torgata see koht pliiatsiga, siis kasutades pliiatsit kui tunnelit (või silda), vähendame me oluliselt vahemaa punktide vahel.

Sissepääs krötovormisse on sageli esitatud kui sissepääs tunnelisse, mis on loogiline, kui arvestada nime. Kuid see on vale kujutlus. Filmis „Interstellar“ on see moment õigesti näidatud — vaataja jaoks kolmemõõtmelises ruumis peab krötovorm välja nägema nagu sfäär.

Krötovormid on ahvatlev viis intergalaktiliste reiside teostamiseks, kuna need ei nõua, et te ületaksite valguse kiirus. Füüsika ütleb meile, et miski ei saa liikuda kiiremini kui valgus. Kuid krötovormide abil on võimalik ületada tohutuid intergalaktilisi distantse, rikkuvalt seda seadust.

Warp-mootor

Warp, FTL tehnoloogia, mis praegu on reaalsed võimalused saama ellu viidud. Warp võib julgelt nimetada kõige realistlikumaks viisiks liikuda kiiremini kui valgus, mis on tuntud. Olgu see praegu alles ainult paberiformulites. Jutt käib Alcubierre mootori.

Toimimispõhimõte tuleneb sellest, kuidas ületada Erilise Suhteooria, mis postuleerib, et miski ei saa liikuda kiiremini kui valgus. "Radikaalne" on see, et see postulaat ei kehti ruumi enda kohta, mis võib erinevate mõjude, nagu gravitatsiooniväli, tõttu kokku tõmbuda ja laieneda. Warp mootor pigistab ruumi laeva ees ja laiendab seda laeva taga, liigutades tavalise ruumi mulliga laeva edasi.

Star Treki universumis arendavad sellised mootorid üsna tagasihoidlikke kiirusestandardite järgi ulme maailmas — Enterprise’e reisid piirdusid ühe galaktika sektoriga meie Päikesesüsteemi lähedal (~1500 valgusaastat), kestis aastaid ja jättis hulga valgeid laike ja uurimata alasid.

Hüperruum

Hiljuti ilmusid üksikasjalikud eksperimentaalsed andmeteks WMAP kosmosesondilt temperatuurimustrite ebakõlade kohta, mis on üks peamisi vaatlemisobjekte meie universumi uurimisel. Nende andmete analüüsimisel avastati suur anomaalia reliktse kiirguse fluktuatsioonide nurkade jaotuses madalate harmoonikate osas. Üheks selle nähtuse seletuseks on teooria, et meie universumi topoloogia erineb kolmemõõtmelisest tasapinnast või sfäärist. Kui vaadata meie universumi topoloogiat kui dodekaedrit, siis teoreetilised arvutused vastavad eksperimendiandmetele lähedale.

„Kolmemõõtmelist universumit, mis on topoloogiliselt keeruline, saab ehitada ainult kuupide, parallelepipedide ja kuuepoolsed prismade alusel. Kumeras ruumis on selliste omadustega ulatuslikum kuju. Sellega seoses kattuvad kõige paremini eksperimendi WMAP kaudu saadud nurkade spektrid universumi mudeliga, millel on dodekaedri kuju.” Mihhail Prohorov, füüsika ja matemaatika doktor, juhtiv teadustöötaja Riikliku Sternbergi Astronoomia Instituudi Relatiivitistliku Astrofüüsika osakonnas.

Seega viitavad teooriad, mis põhinevad praktikas saadud andmetel relikti kiirgusest, universumi hüperruumi võimalusele, kus meie piiratud universum asub. Kuid isegi kui hüperruum eksisteerib, on sellel ruumis navigeerimiseks vajalik mingi spetsiaalne mootor.

Kujutage ette, et teie ees on org, ja peate jõudma punktini orgu taha. Kuna saate liikuda ainult tasasel pinnal (2-mõõtmelises ruumis), peate kas takistusest mööda minema või laskuma orgu, ületama selle ja seejärel tõusma. Kui teil aga on käepärast lennuk, mis suudab liikuda 3-mõõtmelises ruumis, jõuate sihtpunkti otse.

Hüperruumil on põhimõtteliselt erinev meetrika tavalisest 3-mõõtmelisest ruumist ning liikumine selles sarnaneb liikumisele kurtide augus, kusjuures tunnelid võivad ühendada mitte ühte, vaid mitut punkti, mis viivad tagasi tavapärasesse 3-mõõtmelisse ruumi. Veelgi enam, hüperruumis liikumine eristub visuaalselt liikumisest musta augu kaudu (vastupidiselt levinud kujutistele), kuna universumi kolmemõõtmeline struktuur „ümbritseb“ rändurit hüperruumi teel. Arvan, et kui see on võimalik, on vaatepilt tõeliselt lummav — nähtavad tähesüsteemid, udukogud või terviklikud galaktilised klastrid — aeglaselt laienevad ja venivad, muutes värvide paletti kosmoloogilise punase nihke käigus (?).

Minu arvates on hüperruumi liikumise idee õnnestunult ekraniseeritud filmis "Kontakt" 1997 (Carl Sagani romaani põhjal, film pälvis Hugo auhinna ja on NASA järgi teisel kohal kõige usaldusväärsemate teaduslike fantaasiafilmide seas). Filmis luuakse seade, mille plaanid saadi signaaliga maaväliselt tsivilisatsioonilt, ja see läbi viib eksotilise energia manipuleerimise ning "läbib" kabiniga inimese sfääri sisemise ruumi. Näib, et kabin kukub hüperruumi, juba loodud "tunneli" sisse. Tundub, et neid tunneleid on kogu galaktikas tohutult ning need on loodud vanema tsivilisatsiooni poolt. Nii ütles filmis esindaja, kelle signaali kangelanna püüdis. Sellised lood, sõbrad. Isiklikult on see film minu topis. Kuid praktika näitab, et see ei meeldi kõigile.

Mittefüüsiline teleporteerimine

Teame, et kõige levinum selgitus teleporteerimise kohta on materiaalsete objektide kohene liikumine ruumis suvalisse kaugusesse.
Selles kontekstis võib kasutada ka musta auku, kuid me oleme sellest juba rääkinud, seega räägime hoopis erinevast teest.

Meid huvitab aine teabe teleporteerimine, kuni kvantfotoni, olekuni.

Protsess käib umbes nii: Teie keha asetatakse seadmesse punktis A, mis skaneerib teid subaatomiliste osakesteni ja nende kvantseisunditeni ning seejärel digitaliseerib teie koopia. Pärast seda edastatakse kvantseisund ühes koonusvoolus standardsete sidekanalite kaudu. Kuid siin on probleem – see on piirang ülevõimeteedastusele vastavalt SDO-le, teisalt, kui teadus tõendab hüpoteetiliste osakeste olemasolu, millel on negatiivne või imaginaarne puhkeseisund, nagu tachyoon, on objekti teavet võimalik edastada ülevõimekiirusel. Võib-olla isegi gravitatsioonilaine abil (?). Pärast seda taastatakse punktis B inimene kvanttasandil ja voilà — ta on juba sihtkohas. Jõuan järeldusele "hingest", mille A seadmes hävitatakse, ma ei räägi, kuna olen ateist ja ei pea seda arvesse (vabandust).

See, et meetod on hea selle poolest, et kvantteleportimiseks materiaalse objekti ei ole vaja kasutada aja-ruumi deformeerimist ega kulutada tohutu hulga energiat. Probleem on muidugi algse seadme kohaletoimetamises, mis hakkab objekti reprodutseerima punktis B. Kuid seda saab tarnida ka pikemate meetoditega, mis ei piira ühte või mitut inimelu.

Massi nullimine

Kõik Mass Effect universumi kosmoselaevad kasutavad mingil moel Null-elementi, mis genereerib nimetatud Massi Efekti, kas vähendades ümbritsevate objektide massi või suurendades seda. Seega on võimalik mängida Suhte Teooriaga ja ületada valguse kiirus.

Tavalised reisid planeetide ja tihedalt paiknevate tähtede vahel toimuvad FTL-mootorite abil, mis suudavad vaid laeva massi vähendada. Kaugete kauguste vaheliste interstellaarsete lendude korral kasutatakse Massi Reljeefe - hiiglaslikke jaamu, mis on ehitatud Null-elementi sisaldavate tihedate ydurite ümber. Reljeefid on tavaliselt seotud ühe või mitme teise reljeefiga ja suudavad luua koridori, kus mass põhimõtteliselt kaob, viies laeva praktiliselt hetkega tuhandete valgusaastate kaugusele.

Sulgud sarnaste ajakäänakute

Viimane ultravalguse liikumise vorm, mida me käsitleme, tundub esmapilgul vähem teaduslik.

55 aastat on sari "Doctor Who" rääkinud Doktori ja tema/tema inimlikest kaaslastest ajas ja ruumis. Milliseid liikumisvahendeid nad kasutasid? Suur sinine telefonikabiin, tuntud kui TARDIS (ingl. k. TARDIS – Time and Relative Dimension in Space), mis suudab neid viia igasse kohta ja igasse aega, mida nad vaid soovivad.

TARDIS'id, mis on ehitatud (või pigem kasvatatud) iidse rassi 'Aegade Meistrite' poolt, on maagilisemad kui Mass Effect tehnoloogia. Nagu doktor ise selgitas, on tema transport "ebamugav ja ajas segane vidin". Tundub, et TARDIS'e liikumisel on mingisugune viivitus - see on lähemal hüpermootorile kui teleportijale. Kuid põhimõtteliselt kaob TARDIS siin, lendab läbi 'aegade keerise' ja ilmub seal. See on kõik, mida tõeliselt teadma pead.

Või mitte? Selgub, et TARDIS-il on isegi rohkem teoreetilist aluspinda kui hüperruumil.

Aastal 2013 avaldasid füüsikud Benjamin K. Tippett ja David Tsang dokumendi, mis pakkus teoreetilisi aluseid reaalse ajamasina loomiseks, st viis, kuidas reisida tagasi oma minevikku. Artikli nimi oli «Traversable Achronal Retrograde Domains In Spacetime» (vaadake lühendit).

Tippett ja Tsang kirjeldavad ajareisijat, kes on aja-ruumi mullis, sisenemas sulgunud aeglikele kõveratele (peaaegu sama nagu Einstein-Roseni sild). Selle kõvera sees võib reisija minna kuhu iganes oma ajaskaalal, samas kui mullis kulgeb aeg näiliselt siiski normaalset tempos.

Kaks füüsikut isegi spekuleerisid, et ajalikud kõverad võivad eralduda ja ühenduda, avades võimaluse reisida mitte ainult oma ajaskaalal, vaid ka igal pool ajas ja ruumis.

Noh, see on kõik, mida ma sain teile pakkuda.

Tõenäoliselt unustasin midagi või isegi venitasin fantaseerimise piire. Ootan teie versioone kommentaarides.

Allikas: habr.com