De mens wordt altijd gedreven door de drang naar het onbekende, hij heeft zelfs een speciale neuromediator - dopamine, die als chemische motivator fungeert voor het verkrijgen van informatie. De hersenen hebben constant een stroom van nieuwe gegevens nodig en zelfs als deze gegevens niet noodzakelijk zijn voor overleving - zo is het nu eenmaal gegaan dat dit mechanisme bestaat en het zou zonde zijn om het niet te gebruiken.
In het onderstaande artikel wil ik een samenvatting geven van de wetenschappelijk-fictieve manieren om naar verre sterren en sterrenstelsels te reizen, die momenteel beschikbaar zijn binnen de kaders van wetenschappelijke theorieƫn en hypothesen.
Tegenover de kosmos lijken de meeste menselijke zaken onbeduidend, zelfs triviaal. Carl Sagan, 1980.
Iedereen heeft wel eens in zijn leven omhoog gekeken op een warme zomeravond en naar de sterren gestaard. De diepte van de kosmos trekt aan en roept ontzag op, bij sommigen maar kort, en bij anderen voor de rest van hun leven.
Wat is daarboven? Is er leven? En welke wonderen kunnen er zijn op deze ontelbare werelden?
De enige manier om daarheen te gaan en het uit te vinden, is door zich door de ruimte-tijd te verplaatsen naar deze verre sterren, planeten, nevels en zelfs ā GALAXIES.
Maar helaas ā de tijd is niet daarvoor. De enige plaats tot waar onze verplaatsingstechnologie heeft gereikt, is net voorbij de grenzen van ons zonnestelsel, dankzij de automatische sondes van het Voyager-project, waarvan in 1977 werd gelanceerd!
Maar om serieus te spreken over andere werelden, hebben we een snelheid nodig die minimaal gelijk is aan de snelheid van het licht, en idealiter ā sneller dan het licht.
Wat houdt ons tegen?
Het is heel eenvoudig - het zijn gewoon de natuurwetten, en dan vooral de fundamentele.
De wet van causaliteit
De essentie is dat het gevolg de oorzaak niet kan voorafgaan. Niemand heeft ooit gezien dat bijvoorbeeld eerst een eend dood op de grond viel en daarna de jager schoot. Bij snelheden die hoger zijn dan C, wordt de volgorde van gebeurtenissen omgekeerd, de tijdscassette loopt achteruit. Dit is eenvoudig te begrijpen uit de volgende redenering.
Laten we aannemen dat we ons op een ruimteschip bevinden dat sneller dan het licht beweegt. Dan zouden we geleidelijk de lichtdeeltjes inhalen die door een bron zijn uitgezonden, steeds verder terug in de tijd. Eerst zouden we de fotonen die gisteren zijn uitgezonden inhalen, daarna die van eergisteren, dan van een week, een maand, een jaar geleden, enzovoort. Als de lichtbron een spiegel was die het leven weerspiegelt, zouden we eerst de gebeurtenissen van gisteren zien, dan van eergisteren, enzovoort. We zouden bijvoorbeeld een oude man kunnen zien die geleidelijk verandert in een man van middelbare leeftijd, daarna in een jongere, in een tiener, in een kindā¦ Dat wil zeggen, de tijd zou achteruit draaien, we zouden van het heden naar het verleden bewegen. Oorzaken en gevolgen zouden van plaats wisselen.
Beperkingen van de oude Albert
Naast het probleem van de causaliteit heeft de natuur nog strengere voorwaarden gesteld: het is niet alleen onbereikbaar om sneller dan het licht te bewegen, maar ook om met de lichtsnelheid zelf te bewegen; men kan daar alleen maar dichtbij komen. Uit de relativiteitstheorie volgt dat bij toename van de snelheid van de beweging drie omstandigheden ontstaan: de massa van het bewegende object neemt toe, de grootte ervan in de bewegingsrichting neemt af en de tijd op dat object (vanuit het perspectief van een externe 'stilstaande' waarnemer) vertraagt. Bij gewone snelheden zijn deze veranderingen verwaarloosbaar, maar naarmate men de snelheid van het licht nadert, worden ze steeds voelbaarder en in de limiet ā bij een snelheid gelijk aan c ā wordt de massa oneindig groot, verliest het object volledig zijn grootte in de bewegingsrichting en de tijd stopt voor dat object.Daarom kan geen enkel materieel lichaam de lichtsnelheid bereiken. Alleen licht zelf heeft die snelheid! (En ook de 'doordringende' deeltjes ā neutrino's, die net als fotonen niet met een snelheid kunnen bewegen die minder is dan c.)
In het algemeen zijn er veel meer problemen dan hierboven beschreven; bijvoorbeeld, bij bijna-lichtsnelheid, bij de botsing van een object met een massa van 1 kg met een zandkorrel, komt er zoveel energie vrij dat het mogelijk is om 10.000 ton staal in een seconde in damp te veranderen. Als we dit vergelijken met de werkelijke massa van het ruimteschip, zou de explosiekracht gelijk zijn of zelfs de kracht van de nucleaire processen die op de zon plaatsvinden overschrijden.
Maar een slimme persoon zal de berg omzeilen, want er zijn wetten die geschonden kunnen worden... Grapje, je kunt de wetten niet schenden, maar sciencefiction (en semi-sciencefiction) biedt ons manieren van verplaatsing aan die ons in staat stellen om de principes van de relativiteitstheorie te omzeilen.
Manieren van sneller-dan-licht verplaatsingen in ruimte-tijd
Einstein-Rosen bruggen
, ook wel bekend als wormgaten, zijn misschien wel de bekendste middelen voor interstellaire reizen ā en waarschijnlijk bestaan ze echt. De algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein voorspelde het bestaan van wormgaten, hoewel ze tot nu toe nog niet zijn ontdekt.
Om het in simpele woorden te zeggen, een Einstein-Rosen brug is een tunnel in de ruimte, veroorzaakt door het vervormen van ruimte-tijd. Massieve objecten, zoals sterren of zwarte gaten, buigen tijd en ruimte, net zoals een bowlingbal een trampoline buigt. Een voldoende massief object kan de ruimte-tijd zo krommen dat het een verbinding creƫert tussen twee punten die normaal gesproken ver uit elkaar liggen.
Stel je een vel papier voor met twee punten erop. Je moet van het ene punt naar het andere komen en als je strikt over het oppervlak van het papier beweegt, zal deze 'reis' enige tijd in beslag nemen. Maar als je het vel zo vouwt dat de punten samenvallen en er met een potlood doorheen prikt, dan verkort je met dat potlood, als het ware een tunnel, de afstand tussen de punten aanzienlijk.
De ingang van een wormgat wordt vaak afgebeeld als de ingang van een tunnel, wat logisch is gezien de naam. Maar dit is een misvatting. In de film 'Interstellar' wordt dit goed weergegeven ā vanuit het perspectief van een waarnemer in de driedimensionale ruimte moet een wormgat eruitzien als een bol.
Wormgaten zijn een verleidelijk middel voor interstellaire verplaatsingen, omdat ze niet vereisen dat je de snelheid van het licht overschrijdt. De natuurkunde zegt ons dat niets sneller dan het licht kan bewegen. Maar met wormgaten kun je enorme interstellaire afstanden overbruggen zonder deze wet te overtreden.
Warp-aandrijving
Warp, de FTL-technologie, die momenteel tot leven komen. Warp kan gerust de meest realistische manier worden genoemd om sneller dan het licht te reizen van alle bekende methoden. Laten we zeggen dat het voorlopig slechts bestaat in de vorm van formules op papier. Het gaat om .
Het werkingsprincipe is afgeleid van de manier waarop de Speciale Relativiteitstheorie kan worden omzeild, die postuleert dat niets in de ruimte sneller kan bewegen dan de snelheid van het licht. De 'paden' zijn dat deze postula niet van toepassing zijn op de ruimte zelf, die kan worden samengedrukt en uitgerekt door verschillende invloeden, zoals een zwaartekrachtveld. De Warp-motor comprimeert de ruimte voor het ruimteschip en breidt deze uit achter het schip, waardoor de bubbel van normale ruimte samen met het schip naar voren beweegt.
In het Star Trek-universum bereiken dergelijke motoren vrij bescheiden snelheden volgens de normen van de sciencefiction ā de reizen van de Enterprise waren beperkt tot Ć©Ć©n sector van de melkweg nabij het zonnestelsel (~1500 lichtjaren), kostten jaren en lieten een heleboel witte plekken en onontdekte gebieden achter.
hyperspace
Recentelijk zijn er gedetailleerde experimentele van het ruimtevaartuig WMAP over de onregelmatigheden in de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling, wat een van de belangrijkste objecten is bij het observeren van ons universum. Bij de analyse van deze gegevens werd een grote anomalie ontdekt in de hoeksverdeling van fluctuaties in de kosmische achtergrondstraling op lage harmonieƫn. Een van de verklaringen voor dit fenomeen was de theorie dat de topologie van ons universum verschilt van een driedimensionale vlak of een bol. Wanneer de topologie van ons universum wordt beschouwd als een dodecahedroon, komen theoretische berekeningen dicht in de buurt van de experimentele gegevens.
Ā«Een topologisch complexe driedimensionale universum kan alleen worden opgebouwd uit kubussen, parallellepipeden en hexagonale prisma's. In het geval van gekromde ruimten beschikt een breder scala aan vormen over dergelijke eigenschappen. De hoekspectra die in het WMAP-experiment zijn verkregen, stemmen het beste overeen met een universummodel in de vorm van een dodecaĆ«der.Ā» Michail Prokhorov, doctor in de fysisch-wiskundige wetenschappen, hoofdonderzoeker van de afdeling Relativistische Astrofysica van het Staats Astronomisch Instituut van Sternberg.
Daarmee wijzen theorieƫn, gebaseerd op praktische gegevens over de kosmische achtergrondstraling, op de mogelijkheid van het bestaan van hyperspace in het universum waarin onze beperkte universum zich bevindt. Echter, zelfs als hyperspace bestaat, is er een speciaal type aandrijving nodig om te bewegen in deze ruimte.
Stel je voor dat je een vallei voor je hebt, en je moet naar een punt achter de vallei. Aangezien je alleen over een vlak oppervlak (in een 2D-ruimte) kunt bewegen, moet je ofwel een obstakel omzeilen of naar beneden in de vallei gaan, het oversteken en daarna weer omhoog klimmen. Als je echter een vliegtuig ter beschikking hebt dat in een 3D-ruimte kan bewegen, dan bereik je waar je moet zijn in een rechte lijn.
In wezen heeft hyperspace een andere metriek dan de gebruikelijke driedimensionale ruimte, en beweging daarin lijkt op beweging in een wormgat, alleen kunnen de tunnels niet Ć©Ć©n, maar meerdere punten verbinden die uitkomen in de gewone driedimensionale ruimte. Bovendien zal de beweging in hyperspace visueel verschillen van die in een wormgat (in tegenstelling tot veelvoorkomende illustraties), aangezien de driedimensionale structuur van het universum de reiziger in de hyperspace-route āomhultā. Ik denk dat als dat mogelijk is, het een werkelijk betoverend gezicht zou zijn ā zichtbare sterren, nevels of hele galactische clusters ā die langzaam uit elkaar trekken en zich uitrekken, waarbij de kleurpalet verandert tijdens de verschuiving in de kosmologische rode zone (?).
Naar mijn mening is het idee van hyperruimteverplaatsing succesvol verfilmd in de film 'Contact' uit 1997 (gebaseerd op de roman van Carl Sagan, de film won de Hugo Award en staat op de 2e plaats in de lijst van de meest geloofwaardige sciencefictionfilms volgens NASA). In de film creƫert een installatie, waarvan de tekeningen zijn verkregen via een signaal van een buitenaardse beschaving dat door de hoofdpersoon is opgevangen, manipulaties met exotische energie en 'doorgeeft' vervolgens een capsule met een persoon door de interne ruimte van de bol. Kennelijk viel de capsule in hyperruimte, in een reeds gecreƫerde 'tunnel'. Het bleek dat er talloze van deze tunnels door het hele heelal zijn en dat ze allemaal zijn gemaakt door een oudere beschaving. Dit is in ieder geval wat een vertegenwoordiger van een ras zei wiens signaal de hoofdpersoon opving. Dat is het, jongens. Persoonlijk vind ik deze film top. Maar zoals de praktijk aantoont, houden niet iedereen ervan.
Niet-materieel teleportatie
We weten dat de meest voorkomende uitleg voor teleportatie is dat het een onmiddellijke verplaatsing van een materieel object in de ruimte over een willekeurige afstand betreft.
In deze context kan ook een wormgat worden gebruikt, maar daar hebben we het al eerder over gehad, dus laten we het hebben over een principieel andere manier.
Wat ons interesseert is de teleportatie van informatie over een stof, tot aan een kwantumfoto van de toestand.
Het proces is ongeveer als volgt: Uw lichaam wordt in punt A door een installatie geplaatst, die u tot op subatomaire deeltjes en hun kwantumtoestand scant, en vervolgens wordt uw kopie gedigitaliseerd. Daarna wordt de kwantumtoestand in Ć©Ć©n stroom via standaard communicatiemiddelen verzonden. Maar hier is een probleem ā er is een verbod op superluminale gegevensoverdracht volgens de speciale relativiteitstheorie. Aan de andere kant, als de wetenschap het bestaan van hypothetische deeltjes kan bewijzen die negatieve of imaginaire rustmassa hebben, zoals tachyonen, kan de informatie over het object met superluminale snelheid worden verzonden. En misschien zelfs met behulp van gravitatiegolven (?). Daarna wordt de persoon in punt B op kwantumniveau gereconstrueerd en voilĆ ā hij is al op de bestemming. Ik laat de overwegingen over de 'ziel', die in installatie A zou zijn vernietigd, achterwege, aangezien ik atheĆÆst ben en dit niet in aanmerking neem (sorry).
Deze methode is goed omdat voor kwantumteleportatie van een materieel object geen ruimte-tijd kromming en enorme hoeveelheden energie nodig zijn. Het probleem is natuurlijk het initiƫle transport van de installatie die het object op locatie B zal reproduceren. Maar het kan op langere manieren worden afgeleverd, niet beperkt tot ƩƩn of enkele mensenlevens.
Massavernietiging
Alle ruimteschepen in het Mass Effect-universum maken op de een of andere manier gebruik van het Nul-element, dat het aangeduide Mass Effect genereert, hetzij door de massa van objecten in de omgeving te verlagen, hetzij door deze te verhogen. Op deze manier kan de Relativiteitstheorie worden omzeild en kan de snelheid van het licht worden overschreden.
Gewone reizen tussen planeten en nabij gelegen sterren worden uitgevoerd met behulp van FTL-motoren, die alleen de massa van het schip kunnen verminderen. Voor interstellaire reizen over lange afstanden worden Mass Relay's gebruikt ā enorme stations die zijn gebouwd rond dichte kernen van het Nul-element. Relay's zijn meestal verbonden met Ć©Ć©n of meerdere andere relay's en kunnen een corridor creĆ«ren waarin massa feitelijk verdwijnt, waardoor het schip bijna onmiddellijk duizenden lichtjaren verderop wordt verplaatst.
Gesloten tijdachtige kringen
De laatste vorm van superluminale beweging die we zullen bekijken, lijkt in eerste instantie de minst wetenschappelijke.
Al 55 jaar verteld de serie 'Doctor Who' over de tijd- en ruimteavonturen van de Doctor en zijn/haar menselijke metgezellen. Welke vervoermiddelen gebruikten ze? Een grote blauwe kist, bekend als de TARDIS (Engels: TARDIS ā Time and Relative Dimension in Space), die hen naar elke plek en elk tijdstip kan brengen dat ze maar willen.
Gebouwd (of liever gezegd, gekweekt) door de oude race van 'Time Lords', zijn TARDIS'en meer magisch dan de 'Mass Effect'-technologie. Zoals de Doctor zelf uitlegde, is zijn vervoermiddel een 'wiebelige tijd-machine'. Het lijkt erop dat er enige vertraging is bij het transporteren in de TARDIS ā dat wil zeggen, het is dichter bij een hyperaandrijving dan bij een teleporter. Maar in wezen verdwijnt de TARDIS hier, vliegt door een 'tijdstorm' en verschijnt daar. Dat is eigenlijk alles wat je echt hoeft te weten.
Of not? It turns out that the TARDIS has even more theoretical basis than hyperspace.
In 2013, physicists Benjamin K. Tippett and David Tsang published a paper proposing theoretical foundations for creating a real time machine, i.e., a way to travel back to one's past. The article was titled āTraversable Achronal Retrograde Domains In Spacetimeā (check out the abbreviation).
Tippett and Tsang describe a time traveler in a bubble of spacetime that enters a (essentially the same as an Einstein-Rosen bridge). Within this curve, the traveler can go anywhere on their own timeline, while inside the bubble, time seems to flow normally.
The two physicists even suggested that timelike curves could be divided and connected, opening up the possibility of traveling not only on your own timeline but anywhere in time and space.
Well, that's everything I could offer you.
Surely I missed something or even bent into the realm of fantasy. So I'm waiting for your versions in the comments.
Bron: habr.com
