מטייל בחלל ובזמן

אדם מונע תמיד על ידי השתוקקות אל הלא נודע, יש לו אפילו נוירוטרנסמיטר מיוחד - דופמין, שהוא מניע כימי להשגת מידע. המוח זקוק כל הזמן לזרם של נתונים חדשים, וגם אם הנתונים הללו אינם נחוצים לצורך הישרדות, במקרה יש מנגנון וזה יהיה חטא לא להשתמש בו.

במאמר שלהלן, ברצוני לשרטט את שיטות המדע הבדיוני לטיול לכוכבים וגלקסיות רחוקות הזמינות כיום במסגרת תיאוריות והשערות מדעיות.

מול החלל, רוב העניינים האנושיים נראים חסרי משמעות, אפילו טריוויאליים. קרל סייגן, 1980

כל אדם לפחות פעם אחת בחייו הרים את ראשו בערב קיץ חם וצפה בכוכבים. עומק המרחב מושך ומעורר יראה, אצל חלקם, שוב, לזמן קצר, ואחרים לכל החיים.

מה יש שם? יש שם חיים? ואיזה ניסים יכולים להיות על אינספור העולמות האלה?

כמובן, הדרך היחידה ללכת לשם ולגלות היא לנסוע דרך המרחב-זמן אל הכוכבים הרחוקים האלה, כוכבי הלכת, ערפיליות ואפילו גלקסיות.

אבל אוי ואבוי - הזמן לא מתאים. המקום היחיד אליו הגיעו טכנולוגיות הנסיעות שלנו הוא לא הרחק מעבר למערכת השמש, הודות לגישושים האוטומטיים של פרויקט וויאג'ר, שלו וויאג'ר-1 הושק בשנת 1977!

אבל כדי לדבר ברצינות על עולמות אחרים, אנחנו צריכים מהירות שווה לפחות למהירות האור, ובאופן אידיאלי על-לומינלי.

מה מונע?

הכל פשוט כאן - רק חוקי הפיזיקה, והיסודיים.

חוק הסיבתיות

הנקודה היא שההשפעה אינה יכולה להקדים את הסיבה. איש מעולם לא הבחין בכך, למשל, ברווז נפל תחילה מת ואז הצייד ירה. במהירויות העולות על C, רצף האירועים הופך הפוך, קלטת הזמן מתגלגלת אחורה. קל לאמת זאת מהנימוק הפשוט הבא.

הבה נניח שאנו נמצאים על סוג של חללית הנעה מהר יותר מהאור. ואז היינו מדביקים בהדרגה את האור שפולט המקור בזמנים מוקדמים יותר ויותר. ראשית, היינו מדביקים את הפוטונים שנפלטו, נניח, אתמול, אחר כך אלו שנפלטו שלשום, אחר כך שבוע, חודש, שנה, וכן הלאה. אם מקור האור היה מראה המשקפת חיים, אז היינו רואים תחילה את אירועי האתמול, אחר כך שלשום, וכן הלאה. יכולנו לראות, נניח, זקן שהופך בהדרגה לגבר בגיל העמידה, אחר כך לגבר צעיר, לנער, לילד... כלומר, הזמן היה חוזר אחורה, היינו עוברים מההווה אל העבר. סיבות ותוצאות יחליפו אז מקום.

ההגבלות של אלברט הזקן

(תורת היחסות המיוחדת)

בנוסף לבעיית הסיבתיות, הטבע הציב תנאים מחמירים עוד יותר: תנועה לא רק במהירות על-לומינלית אינה ניתנת להשגה, אלא גם במהירות השווה למהירות האור - ניתן להשיגה רק גִישָׁה. מתורת היחסות עולה כי מתי הגברת מהירות נוצרות שלוש נסיבות: מסה עולה עצם נע, גודלו יורד בכיוון התנועה ו הזמן מאט על אובייקט זה (מנקודת מבטו של צופה "נח" חיצוני). במהירויות רגילות השינויים הללו זניחים, אך ככל שהם מתקרבים למהירות האור הם הופכים בולטים יותר ויותר, ובמגבלה - במהירות השווה ל-C - המסה הופכת גדול לאין שיעור, האובייקט מאבד לחלוטין את גודלו בכיוון התנועה ו זמן על זה מפסיק. לכן, אף גוף חומרי לא יכול להגיע למהירות האור. רק לאור עצמו יש מהירות כזו! (וגם חלקיק "חודר הכל" - ניטרינו, שכמו פוטון, אינו יכול לנוע במהירות נמוכה מ-C.

באופן כללי, בנוסף למה שתואר לעיל, ישנן בעיות רבות, למשל, במהירות כמעט אור, כאשר חפץ במשקל 1 ק"ג מתנגש בגרגר חול, משתחררת כמות כזו של אנרגיה המאפשרת 10 אלף טון פלדה שתומר לקיטור תוך שנייה אחת. אם נשווה זאת למסה האמיתית של ספינת הכוכבים, אזי כוח הפיצוץ יהיה שווה או יעלה על כוחם של התהליכים הגרעיניים המתרחשים על השמש.

אבל אדם חכם לא יעלה להר, אדם חכם יקיף הר, כי החוקים הם שם כדי לשבור אותם... סתם, אתה לא תוכל לעבור על החוקים, אלא מדע בדיוני ( וסיפורת פסאודו-מדעית) מציעה לנו דרכי תנועה המאפשרות לנו לעקוף את עקרונות ה-SRT.

שיטות של מסע על-לומינלי במרחב-זמן

גשרי איינשטיין-רוזן

גשרי איינשטיין-רוזן, המכונה גם חורי תולעת או חורי תולעת, הם אולי האמצעי הידוע ביותר למסע בין כוכבי - וככל הנראה קיימים בפועל. תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין חזתה את קיומם של חורי תולעת, למרות שהם עדיין לא התגלו.

במילים פשוטות, גשר איינשטיין-רוזן הוא מנהרה בחלל הנגרמת על ידי עיוות של מרחב-זמן. עצמים עצומים כמו כוכבים או חורים שחורים מכופפים את הזמן והמרחב כפי שכדור באולינג מכופף טרמפולינה. עצם מסיבי מספיק יכול לכופף את המרחב-זמן עד כדי כך שהוא יוצר חיבור בין שתי נקודות שבדרך כלל מרוחקות למדי.

דמיינו פיסת נייר ועליה שתי נקודות. אתה צריך להגיע מנקודה אחת לאחרת, ואם אתה עובר בקפדנות על פני השטח של הנייר, ה"מסע" הזה ייקח זמן מה. עם זאת, אם נקפל את הסדין כך שהנקודות יתאימו ונחורר אותו במקום הזה עם עיפרון, אז, באמצעות העיפרון כמנהרה (או גשר), נקטין משמעותית את המרחק בין הנקודות.

הכניסה לחור תולעת נחשבה לעתים קרובות ככניסה למנהרה, וזה הגיוני לאור השם. אבל זו תפיסה מוטעית. הסרט "בין כוכבים" מציג את הנקודה הזו בצורה נכונה - מנקודת מבטו של צופה במרחב התלת מימדי, חור תולעת צריך להיראות כמו כדור.

חורי תולעת הם שיטה מפתה להשגת מסע בין כוכבי מכיוון שהם לא מחייבים אותך ללכת מהר יותר מהאור. הפיזיקה אומרת לנו ששום דבר לא יכול לנוע מהר יותר מהאור. אבל עם חורי תולעת אפשר לעבור מרחקים בין כוכביים עצומים מבלי להפר את החוק הזה

כונן עיוות

Warp, טכנולוגיית FTL שיש לה כרגע סיכויים אמיתיים יובא לחיים. ניתן לקרוא לעיוות בקלות שיטת הנסיעה המציאותית ביותר מעל מהירות האור מכל הידועים. תן לזה להישאר רק בצורה של נוסחאות על הנייר לעת עתה. זה על מנוע אלקובייר.

עקרון הפעולה נובע מדרך לעקוף את תורת היחסות המיוחדת, הגורסת ששום דבר בחלל אינו יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור. ה"נתיב" הוא שהנחה זו אינה חלה על החלל עצמו, שיכול להתכווץ ולהימתח מהשפעות שונות, למשל, שדה כבידה, מנוע ה-Warp דוחס את החלל שלפני הספינה ומרחיב אותו מאחורי הספינה, נע הבועה של החלל הרגיל יחד עם הספינה קדימה.

ביקום מסע בין כוכבים, מנועים כאלה מפתחים מהירויות נמוכות למדי לפי תקני מדע בדיוני - מסעותיו של האנטרפרייז הוגבלו למגזר אחד של הגלקסיה ליד מערכת השמש (~1500 שנות אור), ארכו שנים והותירו הרבה נקודות ריקות ולא נחקרו אזורים.

היפר-ספייס

לא כל כך מזמן, ניסוי מפורט נתונים מהחללית WMAP על אי-הומוגניות בטמפרטורה של קרינת הרקע הקוסמית של המיקרוגל, שהיא אחד ממושאי התצפית העיקריים בחקר היקום שלנו. בעת ניתוח הנתונים הללו, התגלתה אנומליה גדולה בהתפלגות הזווית של תנודות CMB בהרמוניות נמוכות. אחד ההסברים לתופעה זו היה התיאוריה לפיה הטופולוגיה של היקום שלנו שונה ממישור או כדור תלת מימדי. כאשר בוחנים את הטופולוגיה של היקום שלנו בצורה של דודקהדרון, חישובים תיאורטיים מתאימים מאוד לנתונים ניסיוניים.

"יקום תלת-ממדי שטוח מורכב מבחינה טופולוגית יכול להיבנות רק על בסיס קוביות, מקבילים ומנסרות משושות. במקרה של חלל מעוקל, למעמד רחב יותר של דמויות יש תכונות כאלה. יחד עם זאת, הספקטרום הזוויתי הטוב ביותר שהושג בניסוי WMAP תואם את המודל בצורת הדודקהדרון של היקום." מיכאיל פרוחורוב, דוקטור למדעי הפיזיקה והמתמטיקה, חוקר מוביל במחלקה לאסטרופיזיקה רלטיבית במכון האסטרונומי של מדינת שטרנברג.

לפיכך, האפשרות לקיומו של היפר-מרחב של היקום, שבו נמצא היקום המוגבל שלנו, מצוינת על ידי תיאוריות המבוססות על נתונים מעשיים על קרינת רקע מיקרוגל קוסמית. עם זאת, גם אם קיים היפר-מרחב, יש צורך בסוג של מנוע מיוחד כדי לנוע בחלל הזה.

תארו לעצמכם שיש לפניכם עמק, ואתם צריכים להגיע לנקודה מעבר לעמק. מכיוון שאתה יכול לנוע רק על משטח שטוח (במרחב דו מימדי), תצטרך לעקוף מכשול או לרדת לעמק, לחצות אותו ואז לטפס למעלה. אבל אם עומד לרשותכם מטוס שיכול לנוע במרחב תלת מימדי, אז תגיעו לאן שאתם צריכים ללכת בקו ישר.

למעשה, להיפר-חלל יש מדד שונה מהמרחב התלת-ממדי הרגיל והתנועה בו דומה לתנועה בחור תולעת, רק מנהרות יכולות לחבר לא אחת, אלא מספר נקודות בו-זמנית, ונפתחות למרחב תלת-ממדי רגיל. יתרה מכך, התנועה עצמה בהיפר-חלל תהיה שונה מבחינה ויזואלית מתנועה בחור תולעת (בניגוד לאיורים פופולריים), שכן המבנה התלת-ממדי של היקום "יעטוף" את הנוסע בתוך נתיב ההיפר-חלל. אני חושב שאם זה אפשרי, אז המחזה מהפנט באמת - כוכבים גלויים, ערפיליות או צבירי גלקסיות שלמים מתפשטים אט אט ומתמתחים, משנים את פלטת הצבעים כשהם עוברים לאזור האדום הקוסמולוגי (?).

הרעיון של מסע בהיפר-חלל, לדעתי, צולם בהצלחה בסרט "צור קשר" מ-1997. (בהתבסס על הרומן של קרל סייגן, הסרט זכה בפרס הוגו. מקום 2 ברשימת סרטי המדע הבדיוני האמינים ביותר לפי נאס"א). בו, המיצב, שרישומיו התקבלו באות מציוויליזציה מחוץ לכדור הארץ שנתפסה על ידי גיבורת הסרט, יצר מניפולציות באנרגיה אקזוטית וכתוצאה מכך "עבר" את הבקתה עם אדם דרך החלל הפנימי של הכדור. ככל הנראה, התא נפל להיפר-ספייס, לתוך "מנהרה" שכבר נוצרה. כפי שהתברר, יש הרבה מאוד מהמנהרות הללו ברחבי הגלקסיה וכולן נוצרו על ידי ציוויליזציה ישנה יותר. ובכן, זה מדברי נציג הגזע שהאות שלו נתפס על ידי גיבורת הסרט. זהו, חבר'ה. באופן אישי, הסרט הזה נמצא בראש שלי. אבל כפי שמראה בפועל, לא כולם אוהבים את זה.

טלפורטציה לא מהותית

אנו יודעים שההסבר הנפוץ ביותר לטלפורטציה הוא תנועה מיידית של עצם חומרי בחלל למרחק שרירותי.
בהקשר זה, אתה יכול גם להשתמש חור תולעת, אבל כבר דיברנו על זה, אז בואו נדבר על דרך שונה מהותית.

ואנו מעוניינים בטלפורטציה של מידע על חומר, עד לתמונת מצב קוונטית, מצב.

התהליך הוא בערך כדלקמן: הגוף שלך ממוקם בנקודה A, אשר סורקת אותך עד לחלקיקים התת-אטומיים ולמצב הקוונטי שלהם, ולאחר מכן מדגים עותק שלך. לאחר מכן, המצב הקוונטי מועבר בזרם יחיד באמצעות ערוצי תקשורת סטנדרטיים. אבל יש כאן בעיה - זהו איסור על העברת נתונים על-לומינליים, לפי SRT, מצד שני, אם המדע מוכיח את קיומם של חלקיקים היפותטיים עם מסת מנוחה שלילית או דמיונית, כמו טכיון, מידע על האובייקט יכול להיות משודר במהירות על-לומינלית. או אולי אפילו בעזרת גלי כבידה (?). לאחר מכן, בנקודה ב', האדם נוצר מחדש ברמה הקוונטית והרי הוא כבר ביעד. אני משמיט את הנימוק לגבי ה"נשמה" שנהרסה במיצב א', מאחר ואני אתאיסט ולא לוקח זאת בחשבון (סליחה).

שיטה זו טובה מכיוון שלטלפורטציה קוונטית של עצם חומרי אין צורך להשתמש בעקמומיות של מרחב-זמן ולהוציא כמות עצומה של אנרגיה. הבעיה, כמובן, היא המסירה הראשונית של המתקן עצמו, אשר ישחזר את האובייקט בנקודה B. אך ניתן למסור אותו בדרכים ארוכות יותר, לא מוגבלות לחיי אדם אחד או יותר.

מסה מאפסת

כל ספינות החלל ביקום Mass Effect משתמשות ב-Element Zero בדרך זו או אחרת, אשר יוצר את ה- Mass Effect המיועד, או שמקטין את מסת העצמים סביבו או מגדיל אותה. לפיכך, ניתן לסובב את תורת היחסות ולעלות על מהירות האור.

נסיעה קונבנציונלית בין כוכבי לכת וכוכבים סמוכים מתבצעת באמצעות מנועי FTL, אשר יכולים רק להפחית את מסת הספינה. לטיסות בין-כוכביות למרחקים ארוכים משתמשים בממסרי מסה - תחנות ענק הבנויות סביב גרעינים צפופים המורכבים מיסוד אפס. הממסרים קשורים בדרך כלל לממסר אחד או יותר ומסוגלים ליצור מסדרון בו המסה נעלמת למעשה, ומעבירה את הספינה כמעט מיידית אלפי שנות אור.

עקומות דמויות זמן סגורות

הצורה האחרונה של מסע על-לומינלי שנשקול, נראית במבט ראשון כפחות מדעית.

במשך 55 שנים, דוקטור הו תיאר את ההרפתקאות על פני זמן ומרחב של הדוקטור וחבריו האנושיים. באילו אמצעי תחבורה הם השתמשו? קופסה כחולה גדולה המכונה TARDIS (TARDIS - זמן וממד יחסי בחלל), שיכולה להעביר אותם לכל מקום ובכל זמן שהם רוצים.

TARDISes, שנבנו (או יותר נכון, גדלו) על ידי הגזע העתיק של אדוני הזמן, הם קסומים יותר מטכנולוגיית Mass Effect. כפי שהדוקטור עצמו הסביר, הרכב שלו הוא "דבר מתנדנד, מתנודד, זמני, זמני". נראה שיש איזשהו עיכוב בעת תנועה ב-TAARDIS - כלומר הוא קרוב יותר להיפר-דרייב מאשר לטלפורטר. אבל בעצם ה-TARDIS נעלם כאן, עף דרך "מערבולת הזמן" ומופיע שם. זה כל מה שאתה באמת צריך לדעת.

או שלא? מסתבר של-TARDIS יש אפילו יותר בסיס תיאורטי מאשר היפר-ספייס.

בשנת 2013 פרסמו הפיזיקאים בנימין ק. טיפט ודיוויד צאנג מאמר המציע את הבסיס התיאורטי ליצירת מכונת זמן אמת, כלומר. דרך לנסוע אל העבר שלך. המאמר נקרא "דומיינים רטרוגרדיים אכרוניים ניתנים למעבר בזמן החלל" (בדוק את ראשי התיבות).

טיפט וצאנג מתארים נוסע בזמן בבועת מרחב-זמן שנכנסת עקומה דמוית זמן סגורה (בעצם זהה לגשר איינשטיין-רוזן). בתוך העקומה הזו, הנוסע יכול ללכת לכל מקום בציר הזמן שלו, בעוד שבתוך הבועה נראה שהזמן ממשיך כרגיל.

שני פיזיקאים אפילו הציעו שניתן לפצל ולחבר עקומות דמויות זמן, מה שפותח את האפשרות לנסוע לא רק בציר הזמן שלך, אלא בכל מקום בזמן ובמרחב.

ובכן, נראה שזה כל מה שיכולתי להציע לך.

אין ספק שפספסתי משהו או אפילו הלכתי רחוק מדי לתחום הפנטזיה. אז אני מחכה לגרסאות שלך בתגובות.

מקור: www.habr.com