Człowieka zawsze pcha ciąg do tego, co nieodkryte; ma on nawet specjalny neuroprzekaźnik – dopaminę, która działa jako chemiczny motywator do zdobywania informacji. Mózg nieustannie potrzebuje strumienia nowych danych, a nawet jeśli dane te nie są niezbędne do przetrwania, mechanizm ten istnieje i szkoda go nie wykorzystać.
W poniższym artykule chciałbym podsumować naukowo-fantastyczne sposoby podróżowania do odległych gwiazd i galaktyk, dostępne obecnie w ramach naukowych teorii i hipotez.
W obliczu kosmosu większość ludzkich działań wydaje się nieistotna, wręcz błaha. Carl Sagan, 1980 r.
Każdy człowiek chociaż raz w życiu patrzył w górę, w ciepły letni wieczór, obserwując gwiazdy. Głębokość kosmosu przyciąga i budzi podziw, niektórych na chwilę, a innych na całe życie.
Co tam jest? Czy jest tam życie? Jakie cuda mogą być na tych niezliczonych światach?
Oczywiście, jedynym sposobem, by się tam dostać i się przekonać, jest przemieszczenie się przez czasoprzestrzeń do tych odległych gwiazd, planet, mgławic, a nawet – GALAKTYK.
Ale niestety – czas nie jest odpowiedni. Jedynym miejscem, do którego dotarły nasze technologie podróży, jest niedaleko poza granicami Układu Słonecznego, dzięki automatycznym sondom projektu „Voyager”, z których został wystrzelony w 1977 roku!
Ale aby poważnie mówić o innych światach, potrzebujemy prędkości przynajmniej równej prędkości światła, a w idealnym przypadku – nadświetlnej.
Co przeszkadza?
Tu wszystko jest proste – to tylko prawa fizyki, a konkretnie fundamentalne.
Prawo przyczynowości
Istota jest taka, że skutek nie może wyprzedzać przyczyny. Nikt nigdy nie zaobserwował, by na przykład najpierw martwa kaczka upadła, a potem strzelił myśliwy. Przy prędkościach przekraczających C kolejność zdarzeń staje się odwrotna, taśma czasu cofa się. Można to łatwo zobaczyć w oparciu o następujące proste rozumowanie.
Załóżmy, że znajdujemy się na jakimś statku kosmicznym, poruszającym się szybciej niż światło. Wtedy stopniowo doganialibyśmy światło emitowane przez źródło w coraz wcześniejszych momentach czasu. Najpierw dogonilibyśmy fotony, które, powiedzmy, zostały wyemitowane wczoraj, potem – te, które zostały wyemitowane przedwczoraj, potem – te sprzed tygodnia, miesiąca, roku i tak dalej. Gdyby źródłem światła było lustro odbijające życie, najpierw zobaczylibyśmy wydarzenia z wczoraj, później z przedwczoraj i tak dalej. Moglibyśmy zobaczyć, powiedzmy, starca, który stopniowo przeistacza się w osobę w średnim wieku, potem w młodego, w chłopca, w dziecko… To znaczy czas cofałby się, my poruszaliśmy się z teraźniejszości w przeszłość. Przyczyny i skutki zamieniłyby się miejscami.
Ograniczenia starca Alberta
Oprócz problemu przyczynowości, natura postawiła jeszcze bardziej rygorystyczne warunki: niemożliwe jest poruszanie się nie tylko z prędkością nadświetlną, ale także z prędkością równą prędkości światła – można się do niej tylko zbliżać. Z teorii względności wynika, że przy zwiększeniu prędkości poruszania się pojawiają się trzy okoliczności: wzrasta masa poruszającego się obiektu, zmniejsza się jego rozmiar w kierunku ruchu oraz spowalnia upływ czasu dla tego obiektu (z punktu widzenia zewnętrznego „spokojnego” obserwatora). Przy normalnych prędkościach te zmiany są nieznaczne, ale w miarę zbliżania się do prędkości światła stają się coraz bardziej odczuwalne, a w granicy – przy prędkości równej c – masa staje się nieskończona, obiekt całkowicie traci rozmiar w kierunku ruchu a czas na nim zatrzymuje się. Dlatego żaden obiekt materialny nie może osiągnąć prędkości światła. Tylko sam światło ma taką prędkość! (A także „wszechobecna” cząstka – neutrino, która, podobnie jak foton, nie może poruszać się z prędkością mniejszą niż c.
W ogóle, oprócz tego, co opisano powyżej, problemów jest wiele, na przykład przy prędkości bliskiej światłu, podczas zderzenia obiektu o masie 1 kg z ziarnkiem piasku, uwalnia się taka ilość energii, która pozwala na zamianę 10 tysięcy ton stali w parę w ciągu 1 sekundy. Jeśli porównać to z rzeczywistą masą statku kosmicznego, to moc eksplozji będzie równa lub przekraczać moc procesów jądrowych zachodzących na Słońcu.
Jednak mądry nie wejdzie na górę, mądry omija górę, przecież po to są zasady, aby je łamać… Żartuję, nie możecie złamać zasad, ale science fiction (i parametry naukowe) oferują nam sposoby przemieszczania się, które pozwalają ominąć zasady STO.
Sposoby nadświetlnych przemieszczeń w czasoprzestrzeni
Mosty Einsteina-Rosena
, znane również jako wormhole'y, są prawdopodobnie najbardziej znanymi środkami podróży międzygwiezdnych — i najprawdopodobniej naprawdę istnieją. Ogólna teoria względności Alberta Einsteina przewidziała istnienie wormhole'i, chociaż jak dotąd nie udało się ich odkryć.
Mówiąc prosto, most Einstein-Rosena jest tunelą w przestrzeni, powstałą na skutek zniekształcenia czasoprzestrzeni. Masywne obiekty, takie jak gwiazdy czy czarne dziury, zakrzywiają czas i przestrzeń tak, jak kula do kręgli deformuje trampolinę. Wystarczająco masywny obiekt może tak bardzo wygiąć czasoprzestrzeń, że stworzy połączenie między dwoma punktami, które w normalnym stanie są wystarczająco daleko od siebie.
Wyobraź sobie kartkę papieru i dwa punkty na niej. Musisz dotrzeć z jednego punktu do drugiego, a jeśli będziesz poruszać się wyłącznie po powierzchni papieru, ta "podróż" zajmie pewien czas. Jednakże, jeśli złożysz kartkę tak, aby punkty się zgrały, a następnie przebijesz ją w tym miejscu ołówkiem, używając ołówka jak tunelu (lub mostu), znacząco skrócisz odległość między punktami.
Wejście do wormhole'a często wyobrażane jest jako wejście do tunelu, co ma sens biorąc pod uwagę nazwę. Ale to błędne wyobrażenie. W filmie "Interstellar" ten moment przedstawiono poprawnie — z perspektywy obserwatora w trójwymiarowej przestrzeni, wormhole powinien wyglądać jak kula.
Wormhole'y to kusząca metoda na realizację międzygwiezdnych przemieszczeń, ponieważ nie wymagają przekroczenia prędkości światła. Fizyka mówi nam, że nic nie może poruszać się szybciej niż światło. Jednak z wormhole'ami można pokonywać ogromne międzygwiezdne odległości, nie łamiąc tej zasady.
Silnik warp
Warp, technologia FTL, która obecnie ma stać się rzeczywistością. Warp można śmiało nazwać najbardziej realistycznym sposobem podróżowania szybciej niż prędkość światła spośród wszystkich znanych. Niech na razie pozostanie tylko w formie równań na papierze. Mowa tu o .
Zasada działania wynika z możliwości ominięcia Specjalnej Teorii Względności, postulującej, że nic w przestrzeni nie może poruszać się szybciej niż prędkość światła. Kluczowe jest to, że ten postulat nie dotyczy samej przestrzeni, która może się kurczyć i rozszerzać pod wpływem różnych oddziaływań, na przykład pola grawitacyjnego. Silnik Warp kurczy przestrzeń przed statkiem i rozszerza ją za statkiem, przesuwając bańkę zwykłej przestrzeni razem z statkiem do przodu.
W uniwersum Star Treka takie silniki osiągają dość skromne, według standardów science fiction, prędkości — podróże USS Enterprise były ograniczone do jednego sektora galaktyki blisko Układu Słonecznego (~1500 lat świetlnych), trwały latami i pozostawiły wiele białych plam oraz niezbadanych obszarów.
hiperprzestrzeni
Niedawno pojawiły się szczegółowe dane eksperymentalne z sondy kosmicznej WMAP dotyczące niejednorodności temperatury promieniowania reliktowego, które jest jednym z głównych obiektów obserwacji w badaniu naszego wszechświata. Podczas analizy tych danych odkryto dużą anomalnię w kątowym rozkładzie fluktuacji promieniowania reliktowego na niskich harmonikach. Jednym z wyjaśnień tego zjawiska była teoria, że topologia naszego wszechświata różni się od trójwymiarowej płaszczyzny lub kuli. Rozpatrując topologię naszego wszechświata jako dodekaedr, teoretyczne obliczenia blisko zgadzają się z danymi eksperymentalnymi.
«Trójwymiarowy wszechświat o skomplikowanej topologii można zbudować tylko na podstawie sześcianów, prostopadłościanów i sześciokątnych pryzmatów. W przypadku zakrzywionej przestrzeni, takie właściwości mają szersza klasa figur. Najlepsze wyniki eksperymentu WMAP potwierdzają model wszechświata o kształcie dodekaedru.» Michał Prochorow, doktor nauk fizyczno-matematycznych, wiodący pracownik naukowy w Katedrze Relatywistycznej Astrofizyki Państwowego Instytutu Astronomicznego im. Sztiernberga.
W związku z tym teorie oparte na praktycznych danych dotyczących promieniowania reliktowego wskazują na możliwość istnienia hipersfery wszechświata, w którym znajduje się nasza ograniczona przestrzeń. Jednak nawet jeśli hipersfera istnieje, potrzebny jest specjalny silnik do poruszania się w tej przestrzeni.
Wyobraź sobie, że przed tobą znajduje się dolina, a ty potrzebujesz dotrzeć do punktu za doliną. Ponieważ możesz poruszać się tylko po płaskiej powierzchni (w przestrzeni dwuwymiarowej), musisz obejść przeszkodę lub zstąpić w dolinę, przejść przez nią, a następnie wspiąć się ponownie. Gdybyś jednak miał samolot, który może poruszać się w przestrzeni trójwymiarowej, dotarłbyś tam, gdzie potrzebujesz, w linii prostej.
Hipersfera zasadniczo ma inną metrykę niż zwykła przestrzeń trójwymiarowa, a ruch w niej przypomina poruszanie się w czarnej dziurze, tylko że tunele mogą łączyć nie jedną, lecz kilka punktów, które wychodzą do zwykłej przestrzeni trzywymiarowej. Co więcej, samo poruszanie się w hipersferze będzie wizualnie różne od poruszania się w czarnej dziurze (wbrew powszechnym ilustracjom), ponieważ trójwymiarowa struktura wszechświata będzie „owijać” podróżnika wewnątrz hipersferycznej trasy. Myślę, że jeśli coś takiego jest możliwe, widok będzie naprawdę fascynujący — widoczne gwiazdy, mgławice czy całe gromady galaktyk — powoli rozprzestrzeniają się i deformują, zmieniając paletę kolorów w miarę przesuwania się w kosmologiczną czerwoną strefę (?).
Moim zdaniem, idea hiperrpożądnego przemieszczania została udanie zekranizowana w filmie „Kontakt” z 1997 roku (na podstawie powieści Carla Sagana, film zdobył nagrodę Hugo i zajął 2. miejsce na liście najbardziej wiarygodnych filmów science fiction według NASA). W nim instalacja, której plany otrzymano w sygnale od pozaziemskiej cywilizacji, uchwyconym przez bohaterkę filmu, tworzyła manipulacje z egzotyczną energią i w rezultacie „przepuszczała” kabinę z człowiekiem przez wewnętrzną przestrzeń sfery. Z tego co widzę, kabina wpadała w hiperrpożądne, do już stworzonego „tunelu”. Okazało się, że tych tuneli w całej galaktyce jest nieskończoność, a wszystkie zostały stworzone przez bardziej starą cywilizację. Tak powiedział przedstawiciel rasy, której sygnał przechwyciła bohaterka filmu. Takie sprawy, chłopaki. Osobiście ten film jest u mnie w czołówce. Ale jak pokazuje praktyka — nie wszystkim się podoba.
Niematerialne teleportowanie
Wiemy, że najczęściej podawane wyjaśnienie teleportacji to natychmiastowe przemieszczanie materialnego obiektu w przestrzeni na dowolną odległość.
W tym kontekście można również użyć czarnych dziur, ale o tym już rozmawialiśmy, więc porozmawiajmy o zasadniczo innej drodze.
Interesuje nas teleportacja informacji o substancji, aż do kwantowego obrazu, stanu.
Proces wygląda mniej więcej tak: Twoje ciało umieszcza się w urządzeniu w punkcie A, które skanuje Cię aż do subatomowych cząstek i ich kwantowego stanu, a następnie cyfryzuje Twoją kopię. Po tym kwantowy stan jest przesyłany jednym strumieniem przez standardowe kanały komunikacyjne. Ale tutaj jest problem — zakaz nadświetlnej transmisji danych, zgodnie z SOT, z drugiej strony, jeśli nauka udowodni istnienie hipotetycznych cząstek posiadających ujemną lub urojoną masę spoczynkową, takich jak tahion, informację o obiekcie można będzie przesyłać z nadświetlną prędkością. A może nawet z wykorzystaniem fal grawitacyjnych (?). Po tym w punkcie B człowiek zostaje odtworzony na kwantowym poziomie i voila — już jest w miejscu docelowym. Rozważania dotyczące „duszy”, zniszczonej w urządzeniu A pomijam, ponieważ jestem ateistą i nie biorę tego pod uwagę (przepraszam).
Ta metoda jest dobra, ponieważ do kwantowej teleportacji materialnego obiektu nie trzeba używać zakrzywienia przestrzeni-czasu ani zużywać ogromnej ilości energii. Oczywiście problemem jest początkowy transport samej instalacji, która będzie reprodukować obiekt w punkcie B. Można ją jednak dostarczyć dłuższymi sposobami, które nie ograniczają się do jednego lub kilku ludzkich żyć.
Zerowanie masy
Wszystkie statki kosmiczne w uniwersum Mass Effect w mniejszym lub większym stopniu korzystają z Zerowego Elementu, który generuje oznaczony Efekt Masy, albo obniżając masę obiektów wokół siebie, albo ją zwiększając. Dzięki temu można zakręcić Teorią Względności i przekroczyć prędkość światła.
Zwykłe podróże między planetami a blisko położonymi gwiazdami odbywają się za pomocą silników FTL, które jedynie zmniejszają masę statku. Do międzygwiezdnych podróży na długie odległości wykorzystuje się Masowe Relve – ogromne stacje, zbudowane wokół gęstych jąder składających się z elementu zero. Relve są zazwyczaj powiązane z jedną lub kilkoma innymi relvami i są w stanie stworzyć korytarz, w którym masa praktycznie zanika, przenosząc statek na tysiące lat świetlnych w niemal błyskawicznym czasie.
Zamknięte krzywe czasopodobne
Ostatnia forma nadświetlnego przemieszczania się, którą rozważymy, na pierwszy rzut oka wydaje się najmniej naukowa.
Przez 55 lat serial „Doctor Who” opowiadał o przygodach w czasie i przestrzeni Doktora oraz jego/jej ludzkich towarzyszy. Jakimi środkami transportu się poruszali? Wielka niebieska budka, znana jako TARDIS (ang. TARDIS — Time and Relative Dimension in Space), która może przenieść ich w dowolne miejsce i czas, jakie tylko zechcą.
Zbudowane (a raczej wyhodowane) przez starożytną rasę „Władców Czasu”, TARDIS-y są bardziej magiczne niż technologia „Mass Effect”. Jak wyjaśnił sam Doktor, jego pojazd to „dziwna, ekscentryczna maszyna do podróży w czasie”. Wygląda na to, że podczas przenoszenia się w TARDIS-ie występuje pewne opóźnienie — to znaczy, że jest bliżej silnika hipernapędowego niż teleportera. W istocie, TARDIS znika tutaj, przelatuje przez „wir czasowy” i pojawia się tam. To wszystko, co naprawdę musisz wiedzieć.
Czy nie? Okazuje się, że TARDIS ma nawet więcej teoretycznych podstaw niż hiperspace.
W 2013 roku fizycy Benjamin K. Tippett i David Tsang opublikowali dokument, który proponuje teoretyczne podstawy stworzenia prawdziwej maszyny czasu, czyli sposobu podróżowania w swoim własnym przeszłości. Artykuł nosił tytuł „Przechodnie Achronalne Retrogradowe Domeny w Czasoprzestrzeni” (zwróć uwagę na akronim).
Tippett i Tsang opisują podróżnika w czasie znajdującego się w bańce czasoprzestrzennej, która wchodzi w (w zasadzie taką samą, jak most Einsteina-Rosena). W obrębie tej krzywej podróżnik może udać się wszędzie w swojej własnej osi czasu, podczas gdy wewnątrz bańki czas zdaje się płynąć normalnie.
Dwaj fizycy nawet zasugerowali, że krzywe czasopodobne mogą być dzielone i łączone, otwierając możliwość podróżowania nie tylko po własnej osi czasu, ale także wszędzie w czasie i przestrzeni.
Chyba to wszystko, co mogłem Ci zaproponować.
Na pewno coś pominąłem lub przesadziłem w kierunku fantastyki. Czekam na Wasze wersje w komentarzach.
Źródło: habr.com
