Nie byłoby „Star Treka”, gdyby nie napęd warp. Zdolności statków kosmicznych do poruszania się z prędkościami bliskimi prędkości światła brzmią jak science fiction. A co z podróżami z prędkościami większymi od prędkości światła? Totalne szaleństwo? Niekoniecznie. Czy zatem napęd warp mógłby istnieć w rzeczywistości?
Napęd warp wydaje się być możliwy, bo jeszcze nikt nie udowodnił, że podróże z prędkością nadświetlną (FTL) są niemożliwe. Brzmi jak science fiction? Jeżeli zagłębimy się w meandry fizyki teoretycznej zacznie się robić jeszcze dziwniej. Warto zatem zastanowić się, jak blisko jesteśmy skonstruowania napędu warp?
Czym jest napęd warp?
W science fiction, a szczególnie serii „Star Trek”, napęd warp pozwala statkom kosmicznym poruszać się z prędkością większą niż prędkość światła. To ważne stwierdzenie – na pozór sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem – ponieważ prędkość światła jest kosmicznym ograniczeniem prędkości i ostatecznym prawem ruchu.
Z tego, co wiemy, nic nie może poruszać się szybciej niż światło. Zgodnie z teoriami względności Einsteina, potrzeba nieskończonej ilości energii, aby przyspieszyć obiekt obdarzony masą do prędkości światła. Założenie to nie obowiązuje dla samego światła, bo tworzące je cząstki – fotony – masy nie mają. Skoro do rozpędzenia statku do prędkości światła potrzeba nieskończonej ilości energii, to wydaje się, że przyspieszenie go jeszcze bardziej jest po prostu niemożliwe. Ale czy na pewno?
Istnieją dwie luki, które pozwalają na nagięcie wspomnianego prawa. Jedną z nich jest to, że nie istnieje zakaz podróżowania tak blisko prędkości światła, jak to tylko możliwe. Zgodnie z drugą, w przypadku niemożności osiągnięcia prędkości światła, zwykle mamy na myśli napędy obiektów obdarzonych masą. Koncepcja napędu warp nie opiera się jednak wyłącznie na statkach lub samych obiektach poruszających się z prędkością światła.
Ciekawe możliwości dają tzw. tunele czasoprzestrzenne. Nazywane też mostami Einsteina-Rosena są hipotetycznymi strukturami stanowiącymi rodzaj „skrótu” między co najmniej dwoma obszarami Wszechświatu lub rodzajem bram łączących wszechświaty równoległe. Są one przedmiotem poszukiwań fizyków z całego świata. Niestety, nie odnotowano żadnych obserwacji wskazujących na ich istnienie, chociaż ogólna teoria względności Einsteina to dopuszcza.
Tunele czasoprzestrzenne mogą być lepszym pomysłem na podróże w odległe zakątki Wszechświata niż warp. Nie wymagają tak dużych nakładów energii, a statek nie doświadcza dylatacji czasu. Podróżujący nim hipotetyczni astronauci nie są poddawani niewyobrażalnym przyspieszeniom.
Czytaj też: Dlaczego gwiazdy eksplodują?
Czytaj tez: Dlaczego Mars jest czerwony?
Czytaj też: Czy można uprawiać seks w kosmosie?
Czy napęd warp jest możliwy?
Nasze obecne rozumienie fizyki i sposobu poruszania się światła wyklucza osiąganie przez obiekty prędkości większych od prędkości światła, chociaż nie wyklucza możliwości podróżowania samej przestrzeni z taką prędkością. Niektórzy naukowcy twierdzą, że we wczesnym Wszechświecie czasoprzestrzeń rozszerzała się z prędkością nadświetlną, chociaż przez krótki okres czasu.
Jeżeli hipotezy te okazałyby się prawdziwe, napęd warp mógłby wykorzystywać tę lukę. Wtedy konieczne byłoby nie wytworzenie samego silnika per se, a wygenerowanie ogromnej energii pozwalającej na poruszanie się w bańce czasoprzestrzennej.
Napęd warp to taki, który tworzy ogromne ilości energii pozwalające na skurczenie czasoprzestrzeni przed poruszającym się statkiem, a jednocześnie rozszerza ją z tyłu, tworząc tzw. bańkę warp. Spowodowałoby to kaskadową zmianę czasoprzestrzeni i przemieszczanie się z prędkością nadświetlną, mimo iż sam statek pozostałby nieruchomy.
Pod koniec XX wieku meksykański naukowiec Miguel Alcubierre udowodnił, że napęd warp jest zgodny z prawami rządzącymi Wszechświatem. Zmotywowany wizją wykreowaną przez Gene’a Roddenberry’ego (twórcę „Star Treka”), opracował projekt napędu Alcubierre’a pozwalającego na „ślizganie” się po czasoprzestrzeni, podobnie jak robi to surfer na fali.
Napęd Alcubierre’a ma mocne podstawy fizyczne. Ogólna teoria względności zakłada bowiem, że każdy obiekt posiadający masę zagina przestrzeń wokół siebie i opisuje zachowanie obiektów poruszających się w takiej zakrzywionej przestrzeni. Do stworzenia napędu Alcubierre’a trzeba użyć tzw. materii egzotycznej (o ujemnej masie) lub innego źródła zakrzywienia czasoprzestrzeni przeciwnego do tego, które jest wywoływane przez zwykłą materię.
Problemy ujemnej masy
Pomimo napędu Alcubierre’a i faktu, że w naszym obecnym rozumieniu fizyki teoretycznej nie ma niczego, co uniemożliwiałoby stworzenie napędu warp, cała ta koncepcja nadal pozostaje w sferze spekulacji. Technologia pozwalająca na opracowanie napędu warp wciąż nie istnieje i w najbliższym czasie prawdopodobnie nic się nie zmieni w tej kwestii.
Największym problemem związanym z poruszaniem się z prędkościami FTL i tworzeniem się bańki warp jest fakt, że przestrzeń przed nią musi się unicestwiać, podczas gdy przestrzeń za nią musi się gwałtownie powiększać. Unicestwiona przestrzeń jest tym, co nazywa się ujemną masą lub negatywną energią. To wysoce egzotyczny typ materii, który jeszcze nie został znaleziony.
W 2016 r. naukowcy z LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) udowodnili, że czasoprzestrzeń może tworzyć bańki warp w obecności ogromnych pól grawitacyjnych. Z kolei w 2018 r. uczeni z University of Rochester wykorzystali lasery do zademonstrowania kolejnej możliwości tworzenia ujemnej masy.
Mimo iż te odkrycia przybliżają ludzkość do opracowania funkcjonalnego napędu warp, ilości ujemnej masy są za małe, by rozpędzić się do prędkości 200 FTL, czyli prędkości potrzebnej do dotarcia do najbliższej gwiazdy w rozsądnym czasie.
