Hidup sukar di Alam Semesta yang relativistik, di mana bintang-bintang terdekat juga berada jauh dan kelajuan cahaya adalah mutlak. Tidak hairanlah mengapa francais fiksyen sains secara rutin menggunakan FTL (Faster-than-Light) sebagai alat plot. Tekan butang, tekan pedal, dan sistem pemacu mewah - yang cara kerjanya tidak ada yang dapat dijelaskan - akan menghantar kita ke lokasi lain dalam ruang-waktu.
Namun, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, komuniti ilmiah menjadi sangat senang dan ragu-ragu mengenai tuntutan bahawa konsep tertentu - Alcubierre Warp Drive - mungkin benar-benar dapat dilaksanakan. Ini adalah topik persembahan yang dibuat di American Institute of Aeronautics and Astronautics Propulsion and Energy Forum tahun ini, yang berlangsung dari 19 hingga 22 Ogos di Indianapolis.
Persembahan ini dikendalikan oleh Joseph Agnew - jurutera sarjana dan pembantu penyelidikan dari University of Alabama di Pusat Penyelidikan Propulsion (PRC) Huntsville. Sebagai bagian dari sesi berjudul "Masa Depan Nuklear dan Pemecahan Terobosan", Agnew membagikan hasil penelitian yang dilakukannya berjudul "Pemeriksaan Teori dan Teknologi Warp untuk Menentukan Keadaan Seni dan Kelayakan".
Seperti yang dijelaskan oleh Agnew kepada sebuah rumah yang penuh sesak, teori di sebalik sistem pendorong melengkung agak mudah. Mula-mula dicadangkan oleh ahli fizik Mexico Miguel Alcubierre pada tahun 1994, konsep untuk sistem FTL ini dilihat oleh manusia sebagai penyelesaian yang sangat teoritis (tetapi mungkin sah) terhadap persamaan bidang Einstein, yang menggambarkan bagaimana ruang, masa dan tenaga di Alam Semesta kita berinteraksi.
Dalam istilah awam, Alcubierre Drive mencapai perjalanan FTL dengan meregangkan struktur ruang-waktu dalam gelombang, menyebabkan ruang di depannya berkontraksi sementara ruang di belakangnya mengembang. Secara teori, sebuah kapal angkasa di dalam gelombang ini dapat menunggang "gelembung melengkung" ini dan mencapai halaju melebihi kecepatan cahaya. Inilah yang dikenali sebagai "Alcubierre Metric".
Diinterpretasikan dalam konteks Relativiti Umum, bahagian dalam gelembung melengkung ini akan menjadi kerangka rujukan inersia untuk apa sahaja di dalamnya. Dengan cara yang sama, gelembung seperti itu dapat muncul di kawasan ruang yang sebelumnya rata dan melebihi kelajuan cahaya. Oleh kerana kapal tidak bergerak melalui ruang-waktu (tetapi bergerak ruang-waktu itu sendiri), kesan relativistik konvensional (seperti pelebaran masa) tidak akan berlaku.
Ringkasnya, Metrik Alcubierre memungkinkan perjalanan FTL tanpa melanggar undang-undang relativiti dalam pengertian konvensional. Seperti yang diberitahu oleh Agnew kepada Space Magazine melalui e-mel, dia terinspirasi oleh konsep ini sejak sekolah menengah dan telah mencapainya sejak:
"Saya lebih banyak mempelajari matematik dan sains, dan sebagai hasilnya, saya mulai tertarik dengan fiksyen sains dan teori maju dalam skala yang lebih teknikal. Saya mula menonton Star Trek, siri Original dan The Next Generation, dan melihat bagaimana mereka telah meramalkan atau menginspirasi penemuan telefon bimbit, tablet, dan kemudahan lain. Saya memikirkan beberapa teknologi lain, seperti torpedo foton, phaser, dan pemacu melengkung, dan cuba meneliti apa yang dikatakan oleh 'sains trek bintang' dan 'setara sains dunia nyata' mengenainya. Saya kemudian menemui kertas asli oleh Miguel Alcubierre, dan setelah mencernanya sebentar, saya mula mengejar kata kunci dan kertas lain dan mendalami teori ini. "
Walaupun konsep itu secara umum ditolak karena sepenuhnya teori dan sangat spekulatif, ia telah menghidupkan kehidupan baru dalam beberapa tahun terakhir. Kredit untuk ini sebahagian besarnya diberikan kepada Dr. Harold "Sonny" White, Ketua Pasukan Penggerak Lanjutan di Makmal Fizik Maju Pusat Angkasa Johnson NASA (alias "Makmal Eagleworks").
Semasa Simposium 100 Tahun Starship pada tahun 2011, Dr. White berkongsi beberapa pengiraan terkini Metrik Alcubierre, yang menjadi subjek persembahan yang bertajuk "Warp Field Mechanics 101" (dan kajian dengan nama yang sama). Menurut Dr. White, teori Alcubierre adalah baik tetapi memerlukan beberapa ujian dan pengembangan yang serius. Sejak itu, dia dan rakannya telah melakukan perkara-perkara ini melalui Eagleworks Lab.
Dalam keadaan serupa, Agnew telah menghabiskan banyak kerjaya akademiknya untuk meneliti teori dan mekanik di sebalik mekanik warp. Di bawah bimbingan Dr. Jason Cassibry - seorang profesor kejuruteraan mekanikal dan aeroangkasa dan ahli fakulti Pusat Penyelidikan Propulsion UAH - karya Agnew memuncak dalam sebuah kajian yang menangani rintangan dan peluang utama yang ditunjukkan oleh penyelidikan mekanik warp.
Seperti yang dikatakan oleh Agnew, salah satu yang paling hebat adalah kenyataan bahawa konsep "warp drive" masih tidak dipandang serius dalam kalangan ilmiah:
“Dalam pengalaman saya, penyebutan warp drive cenderung untuk tergelak dalam perbualan kerana begitu teori dan tepat dari fiksyen sains. Sebenarnya, sering kali disambut dengan kata-kata tolak, dan digunakan sebagai contoh sesuatu yang benar-benar aneh, yang dapat difahami. Saya tahu dalam kes saya sendiri, saya pada awalnya telah mengelompokkannya, secara mental, ke dalam kategori yang sama dengan konsep superluminal biasa, kerana jelas semuanya melanggar anggapan ‘speed of light is the ultimate speed’. Tidak sampai saya menggali teori dengan lebih teliti, saya menyedari bahawa ia tidak menghadapi masalah ini. Saya rasa akan ada / akan lebih menarik apabila individu menyelidiki kemajuan yang telah dicapai. Sifat teori secara teori dari idea ini juga mungkin menjadi pencegah, kerana lebih sukar untuk melihat kemajuan yang besar ketika anda melihat persamaan dan bukannya hasil kuantitatif.“
Walaupun bidang ini masih dalam tahap awal, ada beberapa perkembangan terbaru yang telah membantu. Sebagai contoh, penemuan gelombang graviti yang berlaku secara semula jadi (GWSs) oleh saintis LIGO pada tahun 2016, yang kedua-duanya mengesahkan ramalan yang dibuat oleh Einstein satu abad yang lalu dan membuktikan bahawa asas untuk pemacu warp ada di alam semula jadi. Seperti yang ditunjukkan oleh Agnew, ini mungkin merupakan perkembangan yang paling ketara, tetapi bukan satu-satunya:
“Dalam 5-10 tahun kebelakangan ini, ada banyak kemajuan yang sangat baik sepanjang meramalkan kesan jangkaan pemacu, menentukan bagaimana seseorang dapat mewujudkannya, memperkuatkan andaian dan konsep asas, dan, kegemaran peribadi saya , cara menguji teori di makmal.
"Penemuan LIGO beberapa tahun yang lalu adalah, menurut pendapat saya, lompatan besar dalam sains, kerana terbukti, secara eksperimen, ruang-waktu dapat 'melengkung' dan membungkuk di hadapan medan graviti yang sangat besar, dan ini disebarkan di seluruh alam semesta dengan cara yang boleh kita ukur. Sebelum ini, ada pemahaman bahawa ini mungkin berlaku, terima kasih kepada Einstein, tetapi kami tahu pasti sekarang. "
Oleh kerana sistem bergantung pada pengembangan dan pemampatan ruang-waktu, kata Agnew, penemuan ini menunjukkan bahawa beberapa kesan ini berlaku secara semula jadi. "Sekarang kita tahu kesannya nyata, soalan seterusnya, dalam fikiran saya, adalah," bagaimana kita mempelajarinya, dan dapatkah kita menghasilkannya sendiri di makmal? "" Tambahnya. "Jelas, sesuatu seperti itu akan menjadi pelaburan masa dan sumber daya yang besar, tetapi akan bermanfaat secara besar-besaran."
Sudah tentu, konsep Warp Drive memerlukan sokongan tambahan dan banyak kemajuan sebelum penyelidikan eksperimen dapat dilakukan. Ini termasuk kemajuan dari segi kerangka teori dan juga kemajuan teknologi. Sekiranya ini dianggap sebagai masalah "ukuran gigitan" dan bukannya satu cabaran besar, kata Agnew, maka kemajuan pasti dapat dicapai:
"Pada dasarnya, apa yang diperlukan untuk drive warp adalah cara untuk memperluas dan mengontrak jarak waktu sesuka hati, dan dengan cara lokal, seperti di sekitar objek kecil atau kapal. Kita tahu dengan pasti bahawa ketumpatan tenaga yang sangat tinggi, dalam bentuk medan EM atau jisim, misalnya, boleh menyebabkan kelengkungan dalam jangka masa. Walau bagaimanapun, kami memerlukan analisis yang besar untuk analisis masalah ini. "
"Di sisi lain, bidang teknikal harus berusaha memperbaiki peralatan dan memproses sebanyak mungkin, menjadikan kepadatan tenaga tinggi ini lebih masuk akal. Saya yakin ada kemungkinan bahawa kesannya dapat diduplikasi pada skala makmal, ia akan membawa kepada pemahaman yang lebih mendalam tentang bagaimana graviti berfungsi, dan dapat membuka pintu kepada beberapa teori atau celah yang belum ditemui. Saya rasa untuk meringkaskan, rintangan terbesar adalah tenaga, dan dengan itu datang rintangan teknologi, memerlukan medan EM yang lebih besar, peralatan yang lebih sensitif, dll.“
Jumlah tenaga positif dan negatif yang diperlukan untuk membuat gelembung melengkung tetap menjadi cabaran terbesar yang berkaitan dengan konsep Alcubierre. Pada masa ini, saintis percaya bahawa satu-satunya cara untuk mengekalkan ketumpatan tenaga negatif yang diperlukan untuk menghasilkan gelembung adalah melalui bahan eksotik. Para saintis juga menganggarkan bahawa jumlah keperluan tenaga akan setara dengan jisim Musytari.
Walau bagaimanapun, ini menunjukkan penurunan yang ketara dari anggaran tenaga sebelumnya, yang menyatakan bahawa ia memerlukan jisim tenaga yang setara dengan seluruh Alam Semesta. Walaupun begitu, sejumlah benda eksotik Jupiter masih besar. Sehubungan dengan itu, kemajuan yang signifikan masih perlu dibuat untuk meningkatkan keperluan tenaga sehingga menjadi sesuatu yang lebih realistik.
Satu-satunya cara yang dapat diramalkan untuk melakukannya adalah melalui kemajuan dalam fizik kuantum, mekanik kuantum dan metamaterial, kata Agnew. Bagi aspek teknikal, kemajuan lebih lanjut perlu dibuat dalam pembuatan superkonduktor, interferometer, dan penjana magnet. Dan tentu saja, ada masalah pendanaan, yang selalu menjadi tantangan ketika datang ke konsep yang dianggap "diluar sana".
Tetapi seperti yang dinyatakan oleh Agnew, itu bukan cabaran yang tidak dapat diatasi. Mengingat kemajuan yang telah dicapai setakat ini, ada
“Teori ini telah membuktikan sejauh ini wajar diteruskan, dan sekarang lebih mudah daripada sebelumnya untuk memberikan bukti bahawa ia sah. Dari segi justifikasi peruntukan sumber daya, tidak sukar untuk melihat bahawa kemampuan untuk menjelajah di luar Sistem Suria kita, bahkan di luar galaksi kita, akan menjadi lompatan besar bagi umat manusia. Dan pertumbuhan teknologi yang dihasilkan daripada mendorong penyelidikan pasti akan bermanfaat. "
Seperti avionik, penyelidikan nuklear, penerokaan ruang angkasa, kereta elektrik, dan penggalak roket yang dapat digunakan semula, Alcubierre Warp Drive sepertinya ditakdirkan untuk menjadi salah satu konsep yang harus diperjuangkan. Tetapi sekiranya kes-kes sejarah yang lain ini ada petunjuk, akhirnya mungkin tidak akan kembali dan tiba-tiba kelihatan mustahil!
Dan memandangkan keasyikan kita yang berkembang dengan eksoplanet (bidang astronomi lain yang meletup), tidak ada kekurangan orang yang berharap dapat menghantar misi ke bintang-bintang berdekatan untuk mencari planet yang berpotensi dapat dihuni. Dan seperti contoh yang disebutkan di atas jelas menunjukkan, kadang-kadang, semua yang diperlukan untuk membuat bola bergolek adalah tolakan yang baik ...
Gambar teratas - “IXS Starship ”. Kredit dan ©: Mark Rademaker (2016)
