Kuidas lõimeajam töötab? Warp drive: arendus ja testimine. Kuidas kõike praktikas rakendatakse?
USA kaitseluureagentuur avaldas dokumendi võimalusest kasutada tumeenergiat ja manipuleerida lisamõõtmetega lõimeajami loomiseks.
Sellised tehnoloogiad võimaldavad liikuda valguse kiirusest suurema kiirusega, kuid skeptiliste teadlaste sõnul on nende loomine praegu ja ka lähitulevikus võimatu.
Teadlased on teatanud, et arenduse loomiseks kasutatakse tumedat energiat. Mootor suudab ületada valguse kiiruse.
Uudise selle loomisest avaldas Pentagoni luureagentuur. See konkreetne konstruktsioon sai hüüdnimeks lõimemootor. Pentagon peab arengut paljulubaval tasemel, kuna tänu sellele loovad eksperdid laeva, mis võimaldab tal edestada isegi valguse liikumist. Paljud astrofüüsikud usuvad, et tehnoloogial pole samu väljavaateid, mida näevad tulevikumootori autorid. Vaatamata kriitikale usub Pentagon, et valguse kiirusest kiiremini reisimine on võimalik. Esialgu kavatsevad teadlased uurida universumi kiireneva võimenduse saladust. Astrofüüsikud teatavad, et kui peale meie oma on veel mingeid mõõtmeid, siis ülikiiretel kiirustel liikumine pole mingi ime.
Nagu dokumendi autorid kirjutavad, on inimkond lähemal varjatud mõõtmete ja tumeenergia saladuste lahtiharutamisele, mis põhjustab Universumi kiirenenud paisumise. M-teoorias kasutusele võetud lisamõõtmete kasutamine võib aidata luua superluminaalseks tõukejõuks vajalikku eksootilist ainet. Sellisel ainel on negatiivne tihedus.
Mõned teadlased on aga selliste väidete suhtes skeptilised. Näiteks füüsik Sean Carroll usub, et aruanne kasutab üksikuid teoreetilise füüsika tükke, mis on kokku pandud nii, et näib, et neil võib olla praktilisi rakendusi. Kuid lõimeajamite tehnoloogiat ei pruugi kunagi leiutada.
Aastal 1994 pakkus teoreetiline füüsik Miguel Alcubierre välja meetodi aegruumi kõverdamiseks, kasutades lainet, mis surub selle eest kokku ja laiendab seda tagant, luues "mulli". Kuigi hüpoteetiline laev ei saa "mulli" sees liikuda üliluminaalse kiirusega, suudab laine ise ületada Einsteini erirelatiivsusteooria seatud piiri.
Carrolli sõnul on küll teoreetiliselt võimalik ruumi painutada, kuid ei teata, kuidas negatiivse energiaga ainet saada ja kasutada. Maast 4367 valgusaasta kaugusel asuvasse Alpha Centaurisse reisimiseks oleks vaja astronoomiliselt palju sellist ainet, mis on võrreldav sellega, mis vabaneks terve planeedi täieliku hävimise ajal. Kuigi teadlane ei välista, et kauges tulevikus hakatakse superluminaalse liikumise tehnoloogiaid välja töötama, kaldub ta arvama, et need on põhimõtteliselt võimatud.
Illustratsioon teoreetilise Alcubierre Drive'i seadme tekitatud kõveruse väljast. Välja sees asuv kosmoselaev suudab liikuda valguse kiirusest kiiremini tänu selle ees oleva ruumi kanga "kokkusurumisele" ja selle taga oleva ruumi "lahtinemisele"
Aruandes puudutavad selle autorid mitmeid kaasaegsele füüsikale huvipakkuvaid küsimusi. Käsitletud mõistete hulgas on tumeenergia (mille olemasolu ennustas, kuid ei tõestanud üldrelatiivsusteooria isa Albert Einstein), gravitatsioonilained, mis painutavad aegruumi, Casimir-efekt, mis seisneb laenguta juhtimise vastastikuses tõmbes. vaakumis kvantkõikumiste mõju all olevad kehad, aga ka M-teooria, mis räägib mitme lisadimensiooni võimalikust olemasolust, mille valdamist läheb lõimeajami tööks kindlasti vaja.
"Käesolevas artiklis uuritakse võimalust, isegi suurt tõenäosust, et arenenud kosmosetehnoloogiate tulevased arengud hõlmavad mõjusid, mis moonutavad vaakumruumi aluseks olevaid aegruumi struktuure. Seda võib nimetada vaakum- või meetermõõdustikuks.
"See pole kaugeltki lihtsalt väljamõeldud kontseptsioon. Eelretsenseeritud füüsikaväljaannetes on erialakirjandust, mis seda teemat üksikasjalikult uurib.
"Idee seisneb selles, et piisavalt arenenud tehnoloogia suudab suhelda aegruumi mõõtmetega ja saada nende üle otsest kontrolli. See ahvatlev võimalus väärib kindlasti põhjalikumat uurimist,” öeldakse dokumendis.
"Muidugi ei pruugi me väga pikka aega selliste tehnoloogiliste kõrgusteni jõuda, kuid nüüd, 21. sajandi alguses, võime pidada palju muljetavaldavaid füüsilisi nähtusi, mida me usume tõeks."
Samas dokumendis on infograafik, mis selgitab, kui kiireks võiks kosmosereisid muutuda, kui inimkond suudaks liikuda läbi kosmose valguse kiirusest sada korda suurema kiirusega.
Dokumendis on sätestatud ka üldine põhimõte, mille järgi saab neid reise läbi viia. Seega võimaldab dokumendi kohaselt piisava hulga tumeenergia kasutamine kosmoselaeva ees oleva ruumi “kokku suruda” ja selle taga oleva ruumi “lahti voltida”. Olles omamoodi mullis, on laev kaitstud deformatsiooni eest. Laev ise moonutusvälja sees jääb tegelikult liikumatuks – moonutatud ruum, milles see asub, liigub. See võimaldab laeval liikuda valguse kiirusest kiiremini, ilma et see rikuks tehniliselt Einsteini füüsikalist põhimõtet.
Carroll märgib, et mõiste "ei ole täielik jama", kuna selle matemaatilise mudeli töötas välja 1994. aastal Mehhiko füüsik Miguel Alcubierre.
"Te ei saa tõesti liikuda valguse kiirusest kiiremini, kuid võite ette kujutada, et suudate tõhusalt painutada aegruumi, et sellest barjäärist üle saada, " ütleb Carroll.
"See tähendab, et kui soovite näiteks Alpha Centauri külastada, võite väga hästi kasutada aegruumi kõveruse põhimõtet, nii et Alpha Centauri on teile väga lähedal. Piisavalt lähedal, et saaksite sinna jõuda pigem päeva kui kümnete tuhandete aastate pärast. Kas aegruumi kõverus aitab teid selles? Muidugi aitab. Aga kas sa saad hakkama? Ma kahtlen ".
Carrolli arvates süveneb DIA aruanne liiga sügavale analüütikasse.
"See käsitleb lõime, lisamõõtmeid, Casimiri efekti ja tumedat energiat. Kõik need asjad võivad meile kunagi ilmutada. Aga olen veendunud, et sellest kõigest ei saa järgmise aastatuhande jooksul keegi aru, rääkimata sellest, kuidas seda kõike kasutada,” kommenteerib teadlane.
Carroll usub, et oleme lõimemootoritega reaalsusest väga kaugel, sest keegi ei tea tegelikult, mis on tumeenergia (sellest ka nimi "tume", st arusaamatu), rääkimata sellest, kust see tuleb, kuidas seda salvestada, ja veelgi enam. kuidas seda kasutada.
Pealegi on teadlase sõnul selleks, et jõuda Alpha Centauri – meile lähimasse tähesüsteemi, mis asub 4367 valgusaasta kaugusel – paari aasta pärast, kasutades näiteks sajakuupmeetrise mahuga kosmoselaeva. rääkida negatiivse energia astronoomilistest mahtudest.
„Võtke Maa ja muutke kogu selle maht energiaks – täpselt nii palju te vajate. Peate lihtsalt mõistma, et see on negatiivne energia. Praegu pole kellelgi õrna aimugi, kuidas seda teha,” ütleb Carroll.
"Ja me ei räägi tavalistest aatomitest, mis moodustavad Maa ja neid hajutavad, nagu seda tegi Surmatäht. Peame leidma viisi, kuidas nad sellest reaalsusest kustutada."
See energia tuleb siis kuidagi koguda, salvestada ja 100% efektiivsusega ära kasutada.
"See on ebareaalne ülesanne. Siin pole probleem "meil lihtsalt pole selle töö jaoks õigeid transistore". Räägime millestki, mis ei mahu põhimõtteliselt võimalikkuse piiridesse.»
Muide, aruanne ise ütleb, et kõik selle järeldused on spekulatiivsed; Selles tunnistatakse vajadust kasutada „tohutut negatiivset energiat” ja märgitakse, et „tumeda energia olemuse täielik mõistmine võib võtta väga kaua aega”.
Samal ajal viitavad autorid artiklis sellele, et "suure hadronite põrkeseadmega seotud uurimistöö eksperimentaalsed teaduslikud läbimurded, samuti M-teooria edasiarendamine võivad viia kvanthüppeni meie arusaamises sellest ebatavalisest energiavormist ja võib-olla uued otsesed tehnoloogilised uuendused."
Pärast peaaegu kümneaastast tööd ei ole LHC ikka veel leidnud ühtegi tõendit osakeste olemasolust, mis kergitaksid tumeenergia ümbert saladusloori. Ka läbiviidud katsed ei aidanud kaasa M-teooria edasisele arengule.
Isegi kui eeldame, et mingil moel leitakse viis tumeenergia saamiseks, samuti viis selle planeedi mahu söötmiseks laeva lõimemootoritesse, valida sobiv sõidusuund ja isegi sellele minna, siis meie, õigemini need kes lendavad, seisavad silmitsi mitte vähem oluliste probleemidega, mis on eluliselt tähtsad juba enne sellise reisi algust.
Kosmose enda kumeruse tõttu võivad tähtedevahelised reisijad kaotada kontrolli laeva üle isegi lennu alguse hetkel. Inimesed võivad oma eesmärgi saavutamisel ka probleeme kokku puutuda. On võimalus, et Hawkingi kiirgus, mis paikneb oletatavalt mustade aukude servades ja muudes tugevalt gravitatsiooniga painutatud ruumipiirkondades, võib mitte ainult segada lõimevälja tööd, vaid tappa ka mööda lendava laeva reisijaid.
Kosmoselaeva aeglustamine võib saada saatuslikuks ka selle meeskonnale. Lõimest väljuv veesõiduk võib muuta kosmosegaasi ja tolmu, mis on valgusaastate pikkune päritolust sihtkohta, kõrgelt laetud osakeste surmavaks lööklaineks.
«Teadus ei luba mul koheselt välistada lõimereisi võimalust, kuid siiski usun, et see on võimatu. Ma arvan, et kui me füüsikast paremini aru saaksime, siis ütleksime ilma igasuguse kahtluseta, et seda on lihtsalt võimatu teha,” lõpetas Carroll.
20. sajandi alguses šokeeris Berni linnast pärit noor patendiameti töötaja oma uue pakutud pildiga teda ümbritsevast maailmast. Ametniku nimi oli Albert Einstein ja tema idee on tänapäeval laialt tuntud kui relatiivsusteooria. Fakt on see, et sajandivahetusel oli füüsikamaailmas levinud arvamus, et kõik looduse saladused olid üldiselt juba teada ja teadlased pidid lahendama vaid mõned pisiprobleemid.
Relatiivsusteooria pööras sõna otseses mõttes pea peale kõik ideed füüsikaseaduste kohta. Tema peamine saavutus oli ruumi ja aja täpse suhte leidmine. Tänu Albert Einsteinile esitati ja esitatakse füüsikutele neid kahte suurust selgelt seotud ja üksteisest sõltuvatena. Aega ja ruumi konstantne ühendav oli valguse levimiskiiruse püsivus vaakumis. Seesama aga pretendeeris suurimaks võimalikuks kiiruseks looduses. Kuna footonid on massita kvantosakesed, ei suuda ükski positiivse massiga osake (sellest koosnebki meid ümbritsev aine) valguse kiirusele läheneda. Lõppude lõpuks oleks selle kiirenduse jaoks vaja lõpmatut energiat, mis on definitsiooni järgi võimatu. Kuid meile lähimad tähed on mitme valgusaasta kaugusel. Ja paljusid neist on sadu ja tuhandeid. Seega on iga kosmoseaparaat, isegi kõige kiirem, määratud kulutama sajandeid, et ületada
"Võimlemiskiiruse" salvestamine
Füüsikaseadusi ei saa rikkuda, kuid selgub, et need, nagu kõik õiguslikud seadused, jätavad meile lünki, mis võimaldavad neist mööda minna ja loodust ennast üle kavaldada. Ja vastus peitub samas relatiivsusteoorias. Oma ideid arendades õnnestus Einsteinil ja mõnel tema kaasaegsel avastada seos aegruumi ja gravitatsiooni vahel. Lühidalt öeldes seisneb see seos selles, et gravitatsioon painutab aega ja ruumi.
Seega aeglustub tohutu gravitatsioonimõjuga objektide läheduses aja kulg ja ruum ise sõna otseses mõttes kokku tõmbub. Lõimemootor võlgneb oma välimuse just sellele avastusele - nii 20. sajandi teise poole ulmekirjanduses populaarse pildina kui ka kaasaegsete teadlaste paljutõotava ideena. Ruumis on võimatu liikuda valguse kiirusest kiiremini, kuid teoreetiliselt on võimalik ruumi ennast deformeerida nii, et see surutakse kahe objekti vahele. Näiteks ja soovitud täht. Lõimeajam ei suudaks seega kiiresti pikki vahemaid läbida, kuid spetsiaalselt loodud kõverusvälja abil suudaks need samad vahemaad üllatavalt lähedale teha. Muidugi, kuigi see on vaid fantaasia, ei eksisteeri inimtehnoloogias midagi sellist. Warp drive on kõige paremini tuntud teleseriaalidest nagu Star Trek, Stargate, Star Wars jms. Lõppude lõpuks on see fantastiliste lugude kõige olulisem element, mis selgitab nende võimalikkust.
NASA lõimeajam
Sellist tehnoloogiat võiks aga teoreetiliselt tulevikus rakendada. Pealegi on selle valdkonna uuringud juba käimas. Idee pakkus esmakordselt välja 1994. aastal Mehhiko füüsik Miguel Alcubierre. Tegelikult tegi just tema ettepaneku luua mingi mull, mis ümbritseks laeva ja deformeeriks seda ümbritsevat ruumi vajalikul viisil. Praeguste arvutuste põhiprobleemiks on endiselt see, et lõimeajam võib oma tööks vajada liiga palju ja seni saavutamatut energiat. Kuid täna viib NASA läbi palju eksperimente, mille eesmärk on lahendada olulisi probleeme seoses nähtuse võimete ja füüsikaliste omadustega.
2012. aastal esitas füüsik Harold White, kes juhib NASA Lyndon Johnsoni keskuse Advanced Propulsion Physics Laboratory uurimisrühma Eagleworks, projekti lõimega juhitava kosmoselaeva loomiseks. Teoreetiliste arvutuste kohaselt muudab see ühel päeval võimalikuks reisimise ruumis valguse kiirusest kiiremini, mis võimaldab inimestel ajas rännata. Pärast arvukaid teaduslikke vaidlusi unustasid kõik White'i ja tema projekti. Kuid hiljuti tegi füüsik New Yorgis kosmosetehnoloogia arengutele pühendatud teaduskonverentsil ettekande, mainides eelkõige seda, et tema laboris juba rakendatakse imemootorit ja arendatakse samal ajal kõiki puuduvaid. tehnoloogiaid.
Kõik teavad Einsteini teooriat, et valguse kiirus vaakumis on konstantne väärtus ja see on osakeste liikumise ja vastastikmõjude ülekandumise piirav kiirus. Arvestades kosmiliste kauguste suurust ja inimelu piiranguid, muutub süvakosmose uurimine ületamatuks probleemiks. Juba aastaid on mitte ainult ulmekirjanikud, vaid ka maailmakuulsad teadlased otsinud võimalust Einsteini teooriast mööda hiilida. Kuid selgus, et valguse kiirusest kiiremini on võimalik liikuda ilma Einsteini mudelist kaugemale jõudmata.
1994. aastal pakkus Mehhiko teoreetiline füüsik Miguel Alcubierre välja ruumi venitamise tehnoloogial põhineva mootori. Teadlane tunnistas, et tema areng oli inspireeritud populaarsest ulme telesarjast Star Trek. Sellel oli lõimeajam, mis võimaldas sellel liikuda kiiremini kui tähtristleja Enterprise'i valguse kiirus. Fantastilise seadme teoreetiline kontseptsioon langes kokku Alcubierre mootori tegeliku ideega, mis sai maailmakuulsaks.
Idee on suhteliselt lihtne: avakosmos keerleb ümber laeva, samal ajal kui laev ise jääb paigale. Ees olev ruum surutakse vastu laeva ja tagapool, vastupidi, lükatakse sama jõuga tagasi. Seega ei ole laeva kiirus piiratud: ta ei liigu ise, vaid liigub kokkusurutav ja dekompresseeritav ruum. Laeva sees olevatele astronautidele tundub, et midagi ei juhtu. See tähendab, et kõik Einsteini relatiivsusteooria postulaadid on säilinud.
Alcubierre’i arendusest sai omakorda White’i mootori põhiidee. Kolm aastat tagasi õnnestus teadlastel laboritingimustes saada teatud "mullid", mille sees esinevad deformatsioonid ja ruumi moonutused, mis olid aluseks lõimemootori uue versiooni tööle. Sellise "mulli" abil saate moodustada sama ussiaugu, mille kaudu kosmoselaev lendab koheselt mis tahes kaugusele. 2012. aastal lõi White oma uurimistöö kinnituseks koos kolleegidega teadusliku instrumendi White-Juday Warp Field Interferometer, mille abil avastati aegruumi telge deformeerivad “mullid”.
Kuid kui tol ajal teadlased ei teadnud, kuidas seda arengut praktikas rakendada, siis nüüd on nad tänu uusimatele tehnoloogiatele oma eesmärgile lähemal. White’i sõnul suudab tema laev matemaatiliste arvutuste põhjal jõuda Alpha Centaurini kõigest kahe nädalaga, arvestades aega alates hetkest, kui see Maalt startib.
Tänaseks on teadlased juba loonud valguskiirusel reisimiseks mõeldud kosmoselaeva prototüübi – IXS Enterprise. Kosmosesõiduks mõeldud laev asub kahe rõnga vahel, mille eesmärk on moodustada aegruumi deformeeriv “mull”. Tegelikkuses ei lenda laev, millele on paigaldatud lõimeajam, läbi kosmose valgusest kiiremini. Nagu Alcubierre'i sõidu puhul, liigub see universum valguse kiirusega ümber laeva, mis asub "mulli" sees - kunstlikult loodud ussiaugus.
Muide, lõimemootori idee ei tekkinud reaalsusega sideme kaotanud füüsiku hullumeelse fantaasiana: see ilmus täiesti "maapealsete" ioon- ja plasmamootorite väljatöötamise käigus. Muide, see on White’i juhtimisel tegutseva labori põhieesmärk.
NASA jaoks on White'i loomingulised katsed, sealhulgas lõimemootor, suhteliselt odavad - umbes 50 tuhat dollarit, mis organisatsiooni 18 miljardi dollari suuruse aastaeelarve kogusummat arvestades on tühine summa. Üldiselt on NASA palju rohkem keskendunud realistlikumatele projektidele – uue põlvkonna Orioni kosmoselaevade ehitamisele, rahvusvahelises kosmosejaamas töötamisele ja asteroidide püüdmise missiooniks valmistumisele.
NASA juhtkond andis aga White'i rühmale tehnilisi ressursse ja lisatööjõudu. Samuti renoveeriti ja valge käsutusse anti spetsiaalse pneumaatilise paigaldusega labor, mis täielikult summutab seismilisi vibratsioone.
White'i meeskond tegeleb praegu aegruumi väänamise mõju tuvastamisega White-Juday Warp Field Interferometer abil. Seade on ülitundlik, isegi labori lähedalt mööduvate inimeste sammud mõjutavad seda, mistõttu pidid teadlased kolima uude laborisse. Selge see, et lõimemootori rakendamine on veel kaugel, aga hädad on alanud!
"Minu meeskonna uued uurimistulemused muudavad fantastilise lõimeajami projekti usutavaks võimaluseks ja väärib edasist uurimist," ütleb Warp, praeguste uuenduste kohta üksikasjalikult laskumata.
Kunstniku mulje rännakust läbi ussiaugu
Pilt: Wikimedia Commons
NASA ametnikud eitasid lõimede loomist. Agentuuri töötajad vastasid viimastel nädalatel meedias ilmunud kuulujuttudele kirjas Space.com-ile. Väljaandest saate lugeda Lyndon Johnsoni kosmosekeskuse inseneride, aga ka mitmete sõltumatute ekspertide arvamust.
Nagu tööstuse valvekoer NASASpaceFlight.com varem teatas, katsetasid NASA Eagleworksi labori insenerid uut EmDrive elektromagnetmootorit edukalt vaakumis ja suutsid isegi mõõta selle tõukejõudu. Selle seadme, mida paljud uudisteväljaanded on kutsunud lõimeajamiks, eripäraks on liikuvate osade või põlemiskambri puudumine. Kontseptsiooni välja töötanud teoreetiliste füüsikute sõnul toimub mootori töö ainult tänu selle tekitatud elektromagnetlainete vastastikmõjule lainejuhi otsplaatidega, milles need levivad. Oluline on märkida, et veojõu tekkimise mehhanism pole teada.
EmDrive mootori välimus
EM Drive'i SPR, Ltd
CNET teatab, et EmDrive võimaldab kiiret reisimist päikesesüsteemis, eriti seda, et lend Maa ja Kuu vahel võib kesta vaid neli tundi ning reis meie lähima tähe Alpha Centauri juurde võtab aega vähem kui 100 aastat.
Kuid sellised avaldused on ennatlikud, väidavad NASA esindajad, vastates Space.com-i päringule. Hoolimata asjaolust, et insenerid näitasid EmDrive'i prototüübi loomise võimalust, pole nende eksperiment veel olulisi tulemusi toonud. "NASA ei tööta välja lõimeajamit," lisavad agentuuri esindajad.
Lewise ja Clarki kolledži (Portland) füüsika- ja astronoomiaprofessori Ethan Siegeli sõnul on katses täheldatud tõukejõu väärtused (suurusjärgus 30-50 mikronjuutonit) vaid 3 korda suuremad kui seadme mõõtmisviga. . See ei võimalda neid mõõtmisi piisavalt usaldusväärseks pidada, kuid asjatundja märgib, et oluliseks punktiks oli seadme katsetamine erinevates suundades, et tasandada võimalikku interaktsiooni Maa magnetväljaga. Vähem oluliseks ei pea ta asjaolu, et seadet katsetati vaakumis - atmosfääritingimustes võis täheldada füüsikale tuntud tõrjumist gaasimolekulidest. Lisaks märgib Siegel, et katsete ja nende tulemuste üksikasjad ei ole veel eelretsenseeritud ega avaldatud teadusajakirjas – see tingimus on vajalik, et teadusringkond saaks avastuse ära tunda.
Möödunud aasta septembris kogunes mitusada teadlast, inseneri ja kosmosehuvilist ühe katuse alla Houstoni kesklinnas asuvasse hotelli Hyatt. Koosoleku põhjus - teine avalik koosolek 100-aastane tähelaev. Agentuur ise rahastab seda kõrgtehnoloogilist pidu DARPA, ja seda juhib endine astronaut Mae Jemison. Eesmärk on lihtne: "teha järgmise 100 aasta jooksul reaalsuseks inimese lend meie päikesesüsteemist kaugemale teise tähe juurde." Intrigeeriv? Teid ootab põnev lugu.
Enamik konverentsil viibijatest nõustub, et mehitatud kosmoseuuringute areng on masendavalt aeglane. Vaatamata miljarditele dollaritele, mida on viimase 20–30 aasta jooksul kulutatud, ei ole kosmoseagentuurid 60. aastate vaatenurgast kuigi palju edasi arenenud. Mida, muide, ei jätnud Elon Musk ära kasutamata, kui ta asutas oma kosmoseagentuuri SpaceX. 100 Year Starship plaanib kiirendada teisele tähele lendamise protsessi, kiirendades paljutõotavate tehnoloogiate väljatöötamist. Noh, paneme kinni.
Konverentsi oodatuimate ettekannete hulgas oli NASA Harold "Sonny" White'i esitletud "Warp Field Mechanics 102". Kosmoseagentuuri veteran töötab Hyatti lähedal asuvas Johnsoni kosmosekeskuses (JSC) spetsiaalse tõukejõuprogrammi kallal. Kuueliikmelise meeskonnaga kirjeldas White hiljuti NASA kosmosereiside tuleviku eesmärke. Uues esitluses oli palju: alates kõikvõimalikest lennuprojektidest ja keemiarakettide täiustamisest kuni võimsate antiainel ja tuumaenergial põhinevate mootoriteni. Kõige huvitavam oli aga see: lõime ajam. Või lõime mootor. Nimetage seda, kuidas soovite, kuid lõime on endiselt paljude jaoks - Star Treki fännidest Star Crafti fännideni.
Heidame veidi valgust: lõimeajam võib teha võimalikuks kergest kiirema reisimise. Muidugi ütlete, et see on võimatu, sest see on vastuolus Einsteini üldise relatiivsusteooriaga. Valge arvab, et mitte. Poole tunni jooksul, mis talle sümpoosionil oli ette nähtud, rääkis ta potentsiaalse lõime tõukejõu füüsikast, kasutades selliseid mõisteid nagu Alcubierre mullid Ja hüperdimensioonilised kõikumised. Ta märkis ka, et tema teoreetilised arvutused sillutasid teed lõime tõukejõule ja ta alustas oma NASA laboris füüsilisi katseid, mida ta nimetas. Eagleworks.
Nagu olete juba kahtlustama hakanud, saab töötavast lõimeajamist kosmosereiside ajaloos sõna number üks. Me mitte ainult ei jõua plaanipäraselt Marsile kiiremini kui pooleteise aastaga, vaid jõuame ka päikesesüsteemist kaugemale ja võib-olla isegi Voyageri jõuallika välja vahetada. Reis kaasaegse kosmoselaevaga meie lähima tähe Alpha Centauri juurde kestaks 75 000 aastat. Kui aga laev on varustatud lõimeajamiga, võtab kõik White’i sõnul aega kaks nädalat.
Seoses süstikutegevuse lõpetamise ja erasektorite kasvava aktiivsusega Maa-lähedaste lendude vallas teatab NASA, et keskendub julgetele rünnakutele kaugemale kosmosesse, palju kaugemale kui üsna igav Kuu kaevamine. Kuid ilma põhimõtteliselt uute mootoriteta on sellistest rünnakutest vähe kasu. Paar päeva pärast 100-aastase tähelaeva kohtumist kordas NASA juht Charles Bolden White'i sõnu:
"Ühel päeval tahame saavutada kõveruskiiruse. Me tahame liikuda valguse kiirusest kiiremini ja mitte peatuda Marsil."
Star Trek
Füüsik Miguel Alcubierre töötas pärast Star Treki episoodi vaatamist välja lõimesõidu mudeli.
Mõistet "lõimeajam" kasutati esmakordselt aastal 1966, kui Gene Roddenberry käivitas Star Treki. Järgmised kolmkümmend aastat eksisteeris lõime ulmekirjanduses vaid ühe püsivaima mõistena. Kuid ühel päeval jäi see episood silma füüsikule nimega Miguel Alcubierre. Seejärel töötas ta üldrelatiivsusteooria valdkonnas ja imestas: mida on vaja lõimeketta loomiseks? Ta avaldas oma teose 1994. aastal.
Alcubierre kujutas kosmoses ette mulli. Mulli esiosas aegruum tõmbub kokku, mulli tagaosas aga aegruum laieneb (nagu Suure Paugu ajal). Lõimel on laevale vähe mõju, nagu tavalisel lainel, hoolimata sellest, et mulliväli on segadus. Põhimõtteliselt võib lõimemull liikuda nii kiiresti kui tahab: Einsteini teooria ennustatud valguskiiruse piiramine mõjutab ainult aegruumi, mitte aga aegruumi enda moonutusi. Mullis, nagu Alcubierre ennustas, jääb aegruum muutumatuks ning kosmoserändurid ise jäävad terveks.
Warp drive suudab saata reisijaid mitte ainult Maa orbiidist kaugemale, vaid ka kogu päikesesüsteemi. Einsteini üldrelatiivsusteooria võrrandid on ühest küljest väga keerulised – arvutades, kuidas mateeria aegruumi painutab –, kuid teistpidi üsna lihtsad. Neid kasutades sai Alcubierre välja, milline ainejaotus oli vajalik lõimemulli loomiseks. Kuid probleem on selles, et lahendus paljastas mateeria kummalise vormi - negatiivne energia.
Primitiivse seletuse kohaselt on gravitatsioon kahe objekti vaheline tõmbejõud. Iga objekt, olenemata selle suurusest, tõmbab teda ümbritsevat ainet ligi. Einsteini arusaama kohaselt on see jõud aegruumi kõverus. Negatiivne energia on aga eemaletõukav gravitatsioon. Selle asemel, et aegruumi kokku tõmmata, lükkab negatiivne energia selle lahku. Jämedalt öeldes on Alcubierre'i mootori käitamiseks vaja negatiivset energiat, mis põhjustab laeva taga oleva aegruumi laienemist.
Ja kuigi keegi pole kunagi negatiivset energiat mõõtnud, ennustab kvantmehaanika (paradokside loendisse lisamiseks) selle olemasolu, mis tähendab, et teadlased võivad selle laboris luua. Üks viis selle loomiseks oleks Kasimiri efekt: Kaks paralleelset juhtivat plaati, mis on üksteisele piisavalt lähedal, peaksid tekitama väikese koguse negatiivset energiat. Alcubierre'i mudel varises kokku hetkel, mil oli vaja tohutult negatiivset energiat, palju rohkem, kui suutis luua – teadlaste sõnul.
White ütleb, et on leidnud võimaluse sellest piirangust mööda hiilida. Arvutisimulatsioonis muutis White lõimevälja tugevust ja geomeetriat. Selgus, et teoreetiliselt oli võimalik luua lõimemull, kasutades miljon korda vähem negatiivset energiat, kui Alcubierre oli eeldanud, ja piisavalt, et kosmoseaparaat saaks selle ise toota.
"Võimatust muutus kõik usutavaks."
"Poeg"
Harold "Sonny" White, insenerNASAlõimeajami arendamine laborisEagleworks.
Edasine jutustus on Constantin Kakaesi vaatenurgastPopSci.
Johnsoni kosmosekeskus asub laguunide kõrval, kus Houston annab teed Galvestoni sadamale. Õhus on tunda ülikoolilinnakute lõhna, kus tulevased astronaudid treenivad. Minu külastuse päeval kohtus White minuga hoones Fifteen, väikeses hoones, kus on labürindikujulised koridorid, kontorid ja labor, mis koos moodustavad Eagleworksi. Tal oli seljas polosärk, millele oli tikitud Eagleworksi logo: kotkas sirutas tiibu üle futuristliku tähelaeva.
White ei alustanud oma karjääri liikumislaboris. Ta õppis masinaehitust ja liitus agentuuriga 2004. aastal töövõtjana robootikarühmas, mida ta on töötanud alates 2000. aastast. Lõpuks võttis ta plasmafüüsika doktorikraadi kallal töötades ISS-i robotkäe juhtimise üle. Alles 2009. aastal hakkas White uurima mootoreid, mille vastu oli ta juba pikka aega huvi tundnud, ja tema tööst NASAs ei saanud asja.
"Poeg on ainulaadne inimene," ütles tema ülemus John Applewhite, kes juhib Johnsoni keskuse jõusüsteemide osakonda. "Ta on kindlasti visionäär, kuid ta on ka insener. Ta suudab muuta oma kujutlusvõime kasulikuks tehniliseks tooteks."
Pärast Applewhite'i grupiga liitumist taotles White luba avada oma laboratoorium, mis on pühendatud täiustatud mootoritele. Valisin logo ja asusin tööle.
White juhatas mind oma kontorisse, mida ta jagab kolleegiga, kes otsib Kuul vett (ja leidis selle ilmselt Marsil), ning viis mu siis Eagleworksi. Kõndimise ajal rääkis ta mulle labori avamisega seotud raskustest, mida ta kirjeldas kui "pikka ja tüütut protsessi, et leida täiustatud mootorid, mis aitavad inimestel kosmost uurida." Ta räägib kerge tõmbega, mis on paljude lõunas veedetud aastate tulemus, algul Alabamas kolledžis ja seejärel 13 aastat Texases.
Valge näitab mulle seadmeid ja juhib mu tähelepanu selle kesksele elemendile – kvantvaakumplasmamootorile (QVA). Seade näeb välja nagu suur punane sametsõõrik, mille juhtmed on tihedalt ümber südamiku mähitud. See on üks Eagleworksi kahest peamisest arendusest koos lõimeajamiga. Muidugi salastatud. Kui küsisin selle seadme kohta, ütles White, et ta ei saa üksikasju avaldada, peale selle, et selle tehnoloogia arendamine võtab kauem aega kui lõimeajami loomine. NASA 2011. aastal avaldatud aruandes öeldakse, et see kasutab kütuseallikana tühja ruumi kvantkõikumisi (millest Tesla ilmselt rääkis), nii et CVD-l põhinev kosmoseaparaat ei vajaks "bensiini".
White'i lõimekatsed olid koondunud toanurka. Heelium-neoonlaser on paigaldatud väikesele lauale aukudega võre taha koos kiirejaoturi ja must-valge CCD-kaameraga. See on White-Judy Warp Field Interferometer, mis sai nime White'i enda ja Richard Judy järgi, pensionil Johnsoni keskuse kolleegi järgi, kes aitas White'il CCD andmeid analüüsida. Pool laservalgusest läbib rõnga, White'i katseseadme. Teine pool ei ole. Kui rõngas kuidagi ei muutu, märkab White seda CCD andmete põhjal. Kui ruum on moonutatud, on häirete muster täiesti erinev.
Kui seade on aktiveeritud, töötab White'i seadistus täpselt nagu filmis: laser helendab punaselt ja kaks kiirt ristuvad nagu lasermõõgad. Rõnga sees on neli keraamilist baariumtitanaadi kondensaatorit, mida White laeb kuni 23 000 volti pingega. Viimased poolteist aastat on ta seda katset simuleerinud ja inseneri sõnul on "kondensaatorid omandamas võimsat energiapotentsiaali."
Kui aga küsisin, kuidas see kõik tekitaks aegruumi moonutamiseks vajalikku negatiivset energiat, muutus White’i vastus põiklevaks: “See töötab nii... Ma võin öelda, mida ma võin öelda. Ma ei saa teile öelda, mida ma ei saa." Ta viitas mitteavaldamise kokkuleppele, nii et üksikasjad jäid saladuseks. Küsisin, kellega ta sellise lepingu sõlmis, millele tuli vastus:
«Inimesed tulevad ja küsivad igasuguste asjade kohta. Ma lihtsalt ei saa minna üksikasjalikumalt kui ma praegu."
Warp drive
Valge töötab Johnsoni kosmosekeskuses (JSC) Saturn V raketi varjus.
Lõimereisi teooria on intuitiivne – kõverdage aegruumi ja looge liikuv mull. Kuid praktikas on sellel mitmeid olulisi takistusi. Isegi kui White suudab märkimisväärselt vähendada vajalikku negatiivset energiat, kui Alcubierre vajas, jääb seda ikkagi palju rohkem, kui teadlased suudavad luua. Seda väidab Tuftsi ülikooli teoreetiline füüsik Lawrence Ford, kes on viimase 30 aasta jooksul kirjutanud kümneid töid negatiivse energia kohta. Ford ja teised füüsikud ütlevad, et sellel, kui palju negatiivset energiat võib ühte kohta pikaks ajaks koondada, on fundamentaalsed füüsilised piirangud – mitte ainult inseneriprobleemid.
Probleemiks on ka see, et valguse kiirusest kiiremini liikuva lõimemulli tekitamiseks peaksid teadlased laiali laotama negatiivset energiat laeva ümber, sealhulgas selle ette. Valge ei näe selles probleemi. Kui küsisin, vastas ta üsna ebamääraselt, öeldes, et lõimemootor töötab, kuna "vaja on ainult seadet, mis loob kõik vajalikud tingimused." Kuid nende tingimuste loomine laeva ees tähendab negatiivse energia jaotust, mis liigub kiiremini kui valgus, mis rikub üldist relatiivsusteooriat.
Lõpuks on lõimeajam kontseptuaalne probleem. Üldrelatiivsusteooria järgi võrdub valguse kiirusest kiirem reisimine ajas liikumisega. Oleme juba arutanud, kas selline reisimine on põhimõtteliselt võimalik. Öeldes, et lõimeajam on võimalik, ütleb White sisuliselt, et ta suudab luua ajamasina.
Kahtlused levisid nagu öö maa peal.
"Ma ei usu, et ükski tavapärane arusaam füüsikast viitab sellele, mida ta oma katsetes näha tahab," ütleb Ken Olum, Tuftsi ülikooli füüsik, kes osales 2011. aasta 100-aastase tähelaeva koosolekul. Noah Graham, Middlebury kolledži füüsik, kes luges minu palvel läbi kaks White'i artiklit, vastas järgmise märkusega:
"Ma ei näe neis paberites midagi muud teaduslikku peale vanade tööde kokkuvõtete tegemise."
Ka Alcubierre ise, kes on nüüd Mehhiko riikliku autonoomse ülikooli füüsik, kahtleb:
"Isegi kui ma istun laevas ja mul on negatiivne energia, ei saa seda kuidagi viia sinna, kuhu ma vajan," ütles ta telefoni teel. - "See on suurepärane idee. Mulle meeldib, sest ma kirjutasin selle ise. Kuid sellel on mitmeid piiranguid, millega olen aastate jooksul kokku puutunud, ja ma ei tea, kuidas neist mööda hiilida.
Johnsoni keskuse peaväravast vasakul asub küljele pööratud rakett Saturn V. Kõik etapid on eraldatud, et saaksite imetleda raketi sisikonda. Vaid üks kandja paljudest mootoritest on väikeauto mõõtu ja selle külili lebav rakett on jalgpalliväljakust paar meetrit pikem. See räägib palju kosmosereiside keerukusest. Rakett on nüüd nelikümmend aastat vana ja aeg, mil see kasutusele võeti – ja NASA oli osa Ameerika suurest unistusest saata inimene Kuule – on ammu möödas. Täna näeb Johnsoni kosmosekeskus välja nagu koht, kus kunagi külastas suursugusust, kuid mis on kadunud.
Läbimurre mootorite arendamisel võib JSC-s ja NASA-s käivitada uue ajastu, mis kestab palju aastaid ja mille lõppu me kunagi ei näe. 2007. aastal välja lastud sond Dawn uurib ioonidega liikuvat asteroidivööd. 2010. aastal avalikustasid jaapanlased Ikaruse, esimese planeetidevahelise päikesepurjeprojekti, mis on veel üks eksperimentaalne mootorivõimalus. 2016. aastal alustab ISS katsetamist suure tõukejõu plasmasüsteemiga VASIMR. Ja kuigi need süsteemid suudavad ühel päeval astronaute Marsile transportida, ei jõua nad kindlasti Päikesesüsteemist kaugemale. Sellepärast ütleb White, et NASA peab võtma riskantseid projekte.
Warp drive on võib-olla NASA kõige uskumatum tõukejõuprojekt. Teadusringkondade helgemad pead väidavad, et White ei suuda seda ehitada. Eksperdid ütlevad, et see on vastuolus loodus- ja füüsikaseadustega. Vaatamata kõigele sellele toetab NASA seda arengut.
"See, mida ta üritab teha, ei vaja palju rahalisi vahendeid, " ütleb Applewhite. "Ma arvan, et juhtkond on tema töö jätkamisest väga huvitatud. See on praegu vaid teooria, kuid kui see saab reaalsuseks, muutuvad mängureeglid dramaatiliselt.
Jaanuaris pani White kokku oma lõimeinterferomeetri ja viis selle uutesse ruumidesse. Eagleworks on kolinud uude koju, mis on suurem ja "seismiliselt isoleeritud", entusiastlik White. See tähendab, et see on vibratsiooni eest kaitstud. Kuid parim asi uue labori juures on see, et NASA andis White'ile ruumi, kus töötati välja Apollo programm, sama, mis kunagi viis Neil Armstrongi ja Buzz Aldrini Kuule.
Ja sellest sai nii uskumatu läbimurre, et paljud ei usu siiani, et ameeriklased Kuule maandusid.
