Is "Warp Drive" van Star Trek mogelijk?

Een van de belangrijkste plot-apparaten in bijna elke "Star Trek"aflevering en film is het vermogen van ruimteschepen om met hoge snelheid en verder te reizen. Dit gebeurt dankzij een voortstuwingssysteem dat bekend staat als warp drive. Het klinkt 'sciencefiction' en dat is het ook: warp drive bestaat niet echt. In theorie zou echter een versie van dit voortstuwingssysteem gemaakt kunnen worden vanuit het idee - gegeven genoeg tijd, geld en materialen.

Misschien is de belangrijkste reden waarom warp drive mogelijk lijkt te zijn, dat het nog niet is weerlegd. Er is dus hoop voor een toekomst met FTL (Sneller dan het licht) reizen, maar niet snel.

In sciencefiction is warp drive het wat schepen in staat stelt de ruimte over te komen door sneller te bewegen dan de lichtsnelheid. Dit is een belangrijk detail, aangezien de lichtsnelheid de kosmische snelheidslimiet is - de ultieme verkeerswet en -barrière van het universum.

Voor zover we weten, kan niets sneller bewegen dan licht. Volgens Einstein's

Toch zijn er twee mazen in de wet. Een daarvan is dat er geen verbod lijkt te zijn om zo dicht mogelijk bij lightspeed te reizen. De tweede is dat wanneer we het hebben over de onmogelijkheid om de lichtsnelheid te bereiken, we het meestal hebben over de voortstuwing van objecten. Het concept van warpaandrijving is echter niet noodzakelijkerwijs uitsluitend gebaseerd op de schepen of objecten zelf die met de snelheid van het licht vliegen, zoals hieronder verder wordt uitgelegd.

Wormgaten maken vaak deel uit van het gesprek over ruimtevaart door het universum. Reis echter via wormgaten zou duidelijk verschillen van het gebruik van warp drive. Terwijl warpaandrijving het verplaatsen met een bepaalde snelheid inhoudt, zijn wormgaten theoretische structuren waarmee ruimteschepen van het ene punt naar het andere kunnen reizen door tunneling door hyperspace. In feite zouden ze schepen een kortere weg laten nemen omdat ze technisch gebonden blijven aan de normale ruimtetijd.

Een positief bijproduct hiervan is dat het ruimteschip ongewenste effecten kan voorkomen, zoals tijdsdilatatie en reacties op massale acceleratie op het menselijk lichaam.

Ons huidige begrip van de fysica en hoe licht reist, sluit objecten uit om een ​​snelheid te bereiken die groter is dan de lichtsnelheid, maar het sluit de mogelijkheid van ruimte zelf reizen met of voorbij die snelheid. Sommige mensen die het probleem hebben onderzocht, beweren zelfs dat in het vroege heelal de ruimtetijd met superluminale snelheid is uitgebreid, al was het maar voor een zeer kort interval.

Als deze hypothesen waar blijken te zijn, kan een warp-drive profiteren van deze maas in de wet, waardoor de kwestie van de voortstuwing van objecten en in plaats daarvan wetenschappers opdragen met de vraag hoe de enorme energie die nodig is om te bewegen kan worden opgewekt ruimte tijd.

Als wetenschappers deze benadering volgen, kan warp drive op deze manier worden bedacht: een warp drive is wat de enorme hoeveelheid energie creëert die de tijdruimte voor het ruimteschip samentrekt en de ruimte-tijd aan de achterkant evenwijdig uitbreidt, waardoor uiteindelijk een kromming ontstaat bubbel. Dit zou ervoor zorgen dat de ruimtetijd door de bel stroomt - het schip blijft stationair naar zijn lokale gebied terwijl de schering met een superluminale progressie naar een nieuwe bestemming gaat.

Aan het eind van de 20e eeuw bewees de Mexicaanse wetenschapper Miguel Alcubierre dat warp drive in feite in overeenstemming was met de wetten die het universum beheersen. Gemotiveerd door zijn fascinatie voor Gene Roddenberry's revolutionaire plotrijder, Alcubierre's ruimteschip ontwerp - bekend als de Alcubierre-aandrijving - berijdt een "golf" van ruimtetijd, net zoals een surfer een golf berijdt op de oceaan.

Ondanks het bewijs van Alcubierre en het feit dat er niets is in ons huidige begrip van theoretisch natuurkunde die de ontwikkeling van een warp drive verbiedt, het idee als geheel is nog steeds in het rijk van speculatie. Onze huidige technologie is er nog niet helemaal en hoewel mensen werken aan manieren om deze enorme prestatie van ruimtevaart te bereiken, zijn er nog veel problemen die nog moeten worden opgelost.

Het creëren en verplaatsen van een kettingbel vereist dat de ruimte ervoor wordt vernietigd, terwijl de ruimte aan de achterkant snel moet groeien. Deze vernietigde ruimte is wat wordt aangeduid als negatieve massa of negatieve energie, een zeer theoretisch type materie dat nog niet is 'gevonden'.

Dat gezegd hebbende, hebben drie theorieën ons dichter bij de realiteit van negatieve massa gebracht. Het Casimir-effect legt bijvoorbeeld een opstelling neer waarin twee parallelle spiegels in een vacuüm zijn geplaatst. Wanneer ze extreem dicht bij elkaar worden bewogen, lijkt het erop dat de energie tussen hen lager is dan de energie om hen heen, waardoor ze negatieve energie creëren, al is het maar in minuscule hoeveelheden.

In 2016 hebben wetenschappers van LIGO (the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) bewezen dat de ruimtetijd kan "kromtrekken" en buigen in de aanwezigheid van enorme zwaartekrachtvelden.

En vanaf 2018 gebruikten wetenschappers van de Universiteit van Rochester lasers om een ​​andere mogelijkheid aan te tonen voor het creëren van negatieve massa.

Hoewel deze ontdekkingen de mensheid dichter bij een functionerende warp-drive brengen, zijn deze kleine hoeveelheden negatieve massa ver verwijderd van de grootte van de negatieve energiedichtheid die nodig zou zijn om 200 keer FTL te reizen (de snelheid die nodig is om de dichtstbijzijnde ster te bereiken in een redelijke hoeveelheid tijd).

Met het ontwerp van Alcubierre in 1994 en andere, leek het erop dat de enorme hoeveelheid energie die nodig was om de de noodzakelijke uitbreiding en inkrimping van de ruimtetijd zou de output van de zon gedurende haar 10 miljard jaar overtreffen levensduur. Verder onderzoek kon echter de hoeveelheid negatieve energie die nodig was verminderen tot die van een gasreuzenplaneet, wat, hoewel een verbetering, nog steeds een uitdaging is om te bedenken.

Een theorie om dit obstakel op te lossen, is het extraheren van de enorme hoeveelheid energie die wordt gecreëerd materie-antimaterie vernietigingen - explosies van dezelfde deeltjes met tegengestelde ladingen - en gebruik het in de "warp core" van het schip.

Zelfs als wetenschappers erin slagen de ruimtetijd rond een bepaald ruimteschip te buigen, zou dit alleen maar leiden tot meer vragen over ruimtevaart.

Wetenschappers theoretiseren dat samen met interstellaire reizen een kettingbel mogelijk een groot aantal deeltjes zou verzamelen, die bij aankomst enorme explosies zouden kunnen veroorzaken. Andere mogelijke problemen die hiermee verband houden, zijn de kwestie van het navigeren door de hele warpbel en de vraag hoe reizigers met de aarde zouden communiceren.

Technisch zijn we nog ver verwijderd van warp drive en interstellaire reizen, maar met de vooruitgang van de technologie en het streven naar innovatie zijn de antwoorden dichterbij dan ooit tevoren. Mensen als Elon Musk en Jeff Bezos die ernaar streven ons een ruimtevarende beschaving te maken, zijn de stimuli die nodig zijn om de code van warp drive te kraken. Voor het eerst in decennia is er een rock-and-roll-achtige opwinding over ruimtevluchten, en dit soort enthousiasme is een ander essentieel stuk in de zoektocht om het universum te verkennen.