Warp Drive

Miguel Alcubierre sidder på sit kontor på institut for Kernefysik på the National Autonomous University of Mexico lidt væk fra centrum af Mexico City. Alcubierre er manden bag Alcubierre warp drive som kan give menneskeheden mulighed for at rejse hurtigere end lyset.

Miguel Alcubierres idé er simpel: ved at skabe en forstyrrelse eller vridning af rumtiden i en boble omkring et rumskib vil man kunne få det til at bevæge sig med overlyshastighed. Einsteins relativitetsteori dikterer ellers, at vi aldrig kan rejse hurtigere end lyset.

Alcubierres forbløffende indsigt er, at vi kan bevæge os hurtigere end lyset og overholde fartgrænsen i universet – samtidigt. Vi gør det ved at få selve universet i en boble rundt om rumskibet til at bevæge sig hurtigere end lyset.

Video: Miguel Alcubierre Moya, PhD. i teoretisk fysik, fortæller om sin originale idé til hvordan man kan lave et rigtigt warp-drive.

Universet kan nemlig godt udvide sig med overlyshastighed, det gjorde det jo da det blev dannet – stort set øjeblikkeligt – i The Big Bang. Man kan også sige, at man udvider rumtiden bag rumskibet, og skrumper den foran, og på den måde lader kræfter forårsaget af ændringer i rumtiden flytte rumskibet hurtigere fremad. Skibet selv bevæger sig altså med normal hastighed, rummet i boblen omkring det med overlyshastighed.

Udvidelsen og sammentrækningen kan kaldes en vridning – et warp - af rumtiden, og Alcubierre har derfor valgt – naturligvis inspireret af Star Trek - at kalde metoden for et warp-drive.

Inde i warp-boblen af lokal rumtid er der helt roligt, og man vil faktisk opleve det som var man ombord på rumskibet Enterprise. Man vil ikke opleve irriterende tidsproblemer, da man jo faktisk ikke rejser specielt hurtigt, og man vil heller ikke opleve problemer med acceleration, da det er rummet, der accelererer – ikke rumskibet. Rummet udenfor vil dog se mærkeligt ud, da man kigger gennem en boble af forvreden rumtid. Med sådan et warp-drive-rumskib kan man principielt set rejse lige så hurtigt som man vil ud i galaksen.

Det lyder jo forjættende – ikke mindst for alle, der kan lide Star Trek. Men er det overhovedet seriøs forskning?

Alcubierre, der i parentes bemærket til daglig er leder af sit universitets kerneforsknings-institut, mener bestemt, at der er tale om seriøs forskning. Det er kompliceret, men problem-stillingen er grundlæggende nok. For at lave et warp-drive må man nemlig forstå universets mest grundlæggende mekanismer og bestanddele.

Det største problem for et warp-drive er, fortæller Alcubierre, at warp-boblen omkring rumskibet skal laves af negativ energi, som stadig er noget man ikke ved ret meget om. Man har ikke registreret det direkte, og man kan ikke lave det for eksempel i en partikelaccelerator – og man skal bruge temmelig meget af det. Alcubierre beregnede oprindeligt, at man skulle bruge astronomiske mængder svarende til galakser. Andre forskere har, siger han, ved at rode med warp-boblens udseende formindsket den nødvendige mængde af negativ energi, så vi kommer ned på noget, der svarer til massen af Jupiter. Men det er altså den negative masse af Jupiter. Endnu ved man dog slet ikke om negativ energi overhovedet eksisterer.

Der er dog håb. I 1997 blev det nemlig opdaget, at universet imod forventning ikke stopper med at udvide sig, men tværtimod accelererer udvidelsen. En opdagelse som i 2011 gav ophavsmændene en nobelpris. Man mener nu, at universet først gik igennem en fase med rolig udvidelse, så kom en voldsom eksplosiv fase, hvor det udvidede sig vildt – the Big Bang. Herefter stoppede udvidelsen næsten i en lang periode, og stjerner og galakser blev skabt. Derefter begyndte det at udvide sig igen – og nu er det altså – via observationer af supernovaer – blevet fastslået, at udvidelsen accelererer.

“Det hele handler om tyngdekraft”, forklarer Alcubierre, “Det er kun i den midterste fase, dér hvor universet ikke udvider sig særligt hurtigt og galakser og solsystemer formes, at det, vi almindeligvis forstår som tyngdekraft – masse der tiltrækker masse – dominerer. I perioderne før og efter den kraftige udvidelse fungerer tyngdekraften ikke helt som vi almindeligvis tror. Her skubber tyngdekraften stof fra hinanden. Den er negativ. Denne negative tyngdekraft er det samme som negativ energi”.

Nu hvor universet accelererer udvidelsen, modvirker den negative energi, at objekter bliver trukket mod hinanden. I stedet skubbes alting væk fra hinanden, så vi til sidst ender i et mørkt og stille univers.

Illustration: Diagram over Hubble-teleskopet (1981). Opkaldt efter Astronomen Edwin Hubble som gennem observation af fjerne galakser var den første til at slå fast, at universet udvider sig. Credit: Lockheed Missiles and Space Company (Lockheed Martin). Foto: Hubble-teleskopet i operation. Credit: NASA.

Zoom ind på tegningen her (åbner i nyt vindue).

Opdagelsen af universets accelererende udvidelse giver håb til warp-motoren, mener Alcubierre. Udvidelsen kan nemlig skyldes noget, som mest af alt minder om antityngdekraft – en slags dynamisk negativt tyngdefelt. Alternativt kan der være tale om en konstant kraft, der bare altid er der – en kosmologisk konstant. Miguel Alcubierre håber naturligt nok på, at der er tale om et dynamisk felt, som man derfor kan rode med i et warp-laboratorium:

Fysikere med samme håb som Alcubierre kalder det dynamiske felt for “kvintisensen” – en gammel latinsk betegnelse for det fuldkomne femte element, som man troede stjernerne og himlen var lavet af. Man kan også, siger han, kalde det for mørk energi eller negativ energi.

Finder man det femte element ude i universet, vil man altså kunne udnytte det til at lave en warp-boble som et rumskib kunne anvende. Måske vil man kunne genskabe det i en partikelaccelerator, og det ville jo være et skridt på vejen.

Forståelsen af negativ energi er, ifølge Alcubierre, det afgørende kriterium for at begynde en mere fokuseret udforskning af warp-drive.

Op til 71,4% af universets masse-energi sammensætning består af mørk eller negativ energi, mener forskerne. Ca. 24% er såkaldt mørkt stof - en form for masse, som man ikke kan observere direkte, kun se effekterne af. Kun 4,6% består af de atomer, vi almindeligvis opfatter som de vigtigste.

Billedet her viser fordelingen af mørkt stof i centrum af galaksehoben “Abel 1689”. Hoben omfatter ca. 1000 galakser og billiarder af stjerner. Vi kan ikke se det mørke stof direkte, men forskerne kan regne sig frem til, hvor det befinder sig, ved at analysere hvordan lys fra andre galakser bag Abel-hoben bliver bøjet og forstyrret af stof inde i galaksehoben. Analysen afslører, at koncentrationen af mørkt stof er højest i galaksehobens kerne. Abel-hoben ligger 2.2 milliarder lysår fra Jorden. Billedet er lavet på baggrund af optagelser fra Hubble-teleskopet,  juni 2002. Credit: NASA.

Lyndon B. Johnsson Space Center i Houston har fysikeren Harold White for nyligt bygget et laboratorium til påvisning af Alcubierres warp-effekter.

Enlarge

harry-white-model-1
Uddrag af Harold Whites analyse af Alcubierres beregninger.

Harold White har nemlig regnet Alcubierres opstilling igennem og er nået frem til, at man for det første ikke behøver en vild mængde af negativ energi, men en mængde svarende til opsendelsen af en mindre satellit, og at man kan påvise warp-effekter helt uden brug af negativt stof.

I forsøgsopstillingen sammenligner White to laserstråler, hvoraf den ene sendes igennem en særligt designet ring, som angiveligt kan warpe rummet og dermed påvirke fotonerne i laserstrålen.

Billeder:  1: Harold White viser sin forsøgsopstilling på Eagle Works laboratoriet. Credit: NASA . 2: På Icarus Interstellar Concress i august 2013 fremlagde Harold White de første resultater af forskningen. Små udslag i målingen udlagde han som antydninger af, at der måske kunne være målt warp-effekter.

Alcubierre er ret skeptisk overfor forsøg som dette. Det er for tidligt, siger han. Der mangler alt for meget grundforskning. Der er da heller ikke meget konkret nyt i resultaterne fra Harold White, men hvis det kommer, vil vi ganske sikkert høre om dem. White selv taler om et ”Chicago-pile-moment”. Et udtryk, som beskriver effekten af den første kontrollerede kernereaktion i en stak uran i Chicago 1942. Tre år efter den første kernereaktion havde man bygget den første atombombe. Hvor lang tid vil der gå fra vi har gennemført den første vellykkede og kontrollerede warp-drive-test, til vi har det første warp-rumskib klart? Næppe længe.

Længslen efter stjernerne og rumskibe med warp-drive er noget Alcubierre har lært at leve med. Han vil derfor gerne slå én ting fast: han har ikke designet et rumskib:

Miguel Alcubierre publicerede sin originale artikel om warp-drive i 1994. Da var han 28 år og i gang med sin phd. i teoretisk fysik.

Nu er han 48, har fire børn og forsker til dagligt i tyngdebølger fra sammenstød af sorte huller via store distribuerede computer-simulationer.

Måske findes der ikke i dag et stjerneskib med Alcubierres navn på – men hvis vi en dag finder ud af at bygge et, lyder det da egentligt som et udmærket forslag.

Måske endda bedre end ”Enterprise”.

Share this
Share this
Mail this site
read more: