Nó sống khó khăn trong một vũ trụ tương đối tính, nơi mà ngay cả những ngôi sao gần nhất cũng ở rất xa và tốc độ ánh sáng là tuyệt đối. Vậy thì có một chút thắc mắc tại sao các thương hiệu khoa học viễn tưởng thường sử dụng FTL (Faster-than-Light) như một thiết bị cốt truyện. Nhấn một nút, nhấn bàn đạp và hệ thống ổ đĩa ưa thích đó - hoạt động mà không ai có thể giải thích - sẽ đưa chúng ta đến một vị trí khác trong không gian.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, cộng đồng khoa học đã trở nên phấn khích và hoài nghi một cách dễ hiểu về những tuyên bố rằng một khái niệm cụ thể - Alcubierre Warp Drive - có thể thực sự khả thi. Đây là chủ đề của một bài thuyết trình được thực hiện tại Diễn đàn Năng lượng và Sức mạnh Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ năm nay, diễn ra từ ngày 19 đến 22 tháng 8 tại Indianapolis.
Bài thuyết trình này được thực hiện bởi Joseph Agnew - một kỹ sư đại học và trợ lý nghiên cứu từ Đại học Alabama tại Trung tâm nghiên cứu động lực học Huntsville (PRC). Là một phần của phiên thảo luận có tên là Tương lai của hạt nhân và sự thúc đẩy đột phá, Agnew đã chia sẻ kết quả của một nghiên cứu mà ông đã thực hiện với tiêu đề Nhận xét về lý thuyết và công nghệ Warp để xác định trạng thái của nghệ thuật và tính khả thi.
Như Agnew đã giải thích cho một ngôi nhà chật cứng, lý thuyết đằng sau một hệ thống đẩy dọc là tương đối đơn giản. Được đề xuất ban đầu bởi nhà vật lý người Mexico Miguel Alcubierre vào năm 1994, khái niệm về hệ thống FTL này được con người xem là một giải pháp mang tính lý thuyết cao (nhưng có thể hợp lệ) cho các phương trình trường Einstein, mô tả cách thức không gian, thời gian và năng lượng trong Vũ trụ của chúng ta tương tác.
Theo thuật ngữ của giáo dân, Alcubierre Drive đạt được hành trình FTL bằng cách kéo căng thời gian không gian trong một làn sóng, khiến không gian phía trước nó co lại trong khi không gian phía sau nó mở rộng. Về lý thuyết, một tàu vũ trụ bên trong làn sóng này sẽ có thể lái chiếc bong bóng Warp bong bóng này và đạt được vận tốc vượt quá tốc độ ánh sáng. Đây là những gì được biết đến với tên gọi Alc Alcubierre Metric.
Giải thích trong bối cảnh Thuyết tương đối rộng, phần bên trong của bong bóng dọc này sẽ tạo thành khung tham chiếu quán tính cho bất cứ thứ gì bên trong nó. Với cùng một mã thông báo, các bong bóng như vậy có thể xuất hiện trong một vùng không thời gian phẳng trước đây và vượt quá tốc độ ánh sáng. Vì con tàu không di chuyển xuyên không-thời gian (mà tự di chuyển không-thời gian), nên các hiệu ứng tương đối thông thường (như giãn nở thời gian) sẽ không được áp dụng.
Nói tóm lại, Alcubierre Metric cho phép đi lại FTL mà không vi phạm quy luật tương đối theo nghĩa thông thường. Như Agnew đã nói với Tạp chí Không gian qua email, anh đã được truyền cảm hứng từ khái niệm này ngay từ khi còn học trung học và đã theo đuổi nó kể từ đó:
Tôi đã đào sâu vào toán học và khoa học hơn, và kết quả là, bắt đầu quan tâm đến khoa học viễn tưởng và các lý thuyết tiên tiến ở quy mô kỹ thuật hơn. Tôi bắt đầu xem Star Trek, loạt phim gốc và Thế hệ tiếp theo, và nhận thấy cách họ dự đoán hoặc truyền cảm hứng cho việc phát minh ra điện thoại di động, máy tính bảng và các tiện nghi khác. Tôi đã nghĩ về một số công nghệ khác, chẳng hạn như ngư lôi photon, phasers và ổ đĩa dọc, và cố gắng nghiên cứu cả những gì mà khoa học trek star ngôi sao và tương đương khoa học thế giới thực nói về nó. Sau đó, tôi tình cờ tìm thấy bài báo gốc của Miguel Alcubierre, và sau khi đọc nó một lúc, tôi bắt đầu theo đuổi các từ khóa và bài báo khác và tìm hiểu sâu hơn về lý thuyết.
Mặc dù khái niệm này thường bị loại bỏ vì hoàn toàn mang tính lý thuyết và mang tính đầu cơ cao, nhưng nó đã có một cuộc sống mới được thổi hồn vào nó trong những năm gần đây. Tín dụng cho việc này phần lớn thuộc về Tiến sĩ Harold (Sonny Hồi White, Trưởng nhóm Động lực Nâng cao tại Phòng thí nghiệm Vật lý Động lực Nâng cao của Trung tâm Vũ trụ NASA Johnson (còn gọi là Phòng thí nghiệm Eagle Eagleworks).
Trong Hội nghị chuyên đề Ngôi sao 100 năm vào năm 2011, Tiến sĩ White đã chia sẻ một số tính toán cập nhật của Số liệu Alcubierre, là chủ đề của bài thuyết trình có tiêu đề Cơ chế chiến trường lĩnh vực 101 (và một nghiên cứu cùng tên). Theo Tiến sĩ White, lý thuyết Alcubierre có vẻ hợp lý nhưng cần một số thử nghiệm và phát triển nghiêm túc. Kể từ đó, anh và các đồng nghiệp của mình đã thực hiện những điều này thông qua Phòng thí nghiệm Eagleworks.
Trong một tĩnh mạch tương tự, Agnew đã dành phần lớn sự nghiệp học tập của mình để nghiên cứu lý thuyết và cơ học đằng sau cơ học sợi dọc. Dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Jason Cassibry - phó giáo sư về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ và là giảng viên của Trung tâm nghiên cứu động lực học - - Agnew, đã làm việc trong một nghiên cứu nhằm giải quyết những trở ngại và cơ hội lớn do nghiên cứu cơ học sợi dọc.
Như Agnew có liên quan, một trong những điều tuyệt vời nhất là thực tế là khái niệm về ổ đĩa dọc War vẫn chưa được thực hiện nghiêm túc trong giới khoa học:
“Theo kinh nghiệm của tôi, việc đề cập đến ổ đĩa dọc có xu hướng mang lại tiếng cười cho cuộc trò chuyện vì nó quá lý thuyết và đúng với khoa học viễn tưởng. Trong thực tế, nó thường được đáp ứng với các nhận xét bác bỏ, và được sử dụng như một ví dụ về một cái gì đó hoàn toàn kỳ quặc, đó là điều dễ hiểu. Tôi biết trong trường hợp của riêng tôi, ban đầu tôi đã nhóm nó, về mặt tinh thần, vào cùng loại với các khái niệm siêu âm điển hình, vì rõ ràng tất cả chúng đều vi phạm tốc độ ánh sáng là giả định tốc độ tối đa. Nó đã được dạy cho đến khi tôi đi sâu vào lý thuyết một cách cẩn thận hơn mà tôi nhận ra rằng nó không có những vấn đề này. Tôi nghĩ rằng sẽ có / sẽ có nhiều sự quan tâm hơn khi các cá nhân đi sâu vào tiến trình đã được thực hiện. Bản chất lý thuyết về mặt lịch sử của ý tưởng cũng là một yếu tố có khả năng ngăn chặn, vì nó khó khăn hơn rất nhiều để thấy sự tiến bộ đáng kể khi bạn nhìn vào các phương trình thay vì kết quả định lượng.“
Trong khi lĩnh vực này vẫn còn trong giai đoạn trứng nước, đã có một số phát triển gần đây đã giúp đỡ. Ví dụ, việc phát hiện ra sóng hấp dẫn tự nhiên (GWSs) của các nhà khoa học LIGO vào năm 2016, cả hai đã xác nhận một dự đoán được đưa ra bởi Einstein một thế kỷ trước và chứng minh rằng cơ sở cho ổ đĩa dọc tồn tại trong tự nhiên. Như Agnew đã chỉ ra, đây có lẽ là sự phát triển quan trọng nhất, nhưng không phải là sự phát triển duy nhất:
“Trong khoảng 5-10 năm trở lại đây, đã có rất nhiều tiến bộ xuất sắc dọc theo các dòng dự đoán về tác động dự đoán của ổ đĩa, xác định cách người ta có thể đưa nó vào sự tồn tại, củng cố các giả định và khái niệm cơ bản, và, yêu thích cá nhân của tôi , cách để kiểm tra lý thuyết trong phòng thí nghiệm.
Theo tôi, phát hiện của LIGO vài năm trước là một bước tiến lớn trong khoa học, vì nó đã chứng minh, về mặt thực nghiệm, không thời gian có thể 'cong vênh' và uốn cong trước sự hiện diện của các trường hấp dẫn khổng lồ, và điều này được lan truyền ra khắp vũ trụ theo cách mà chúng ta có thể đo lường. Trước đây, có một sự hiểu biết rằng đây có thể là trường hợp, nhờ Einstein, nhưng bây giờ chúng ta biết chắc chắn.
Vì hệ thống dựa vào việc mở rộng và nén không thời gian, Agnew cho biết, phát hiện này đã chứng minh rằng một số hiệu ứng này xảy ra một cách tự nhiên. Bây giờ, chúng ta biết hiệu quả là có thật, câu hỏi tiếp theo, trong suy nghĩ của tôi là, "chúng ta nghiên cứu nó như thế nào và chúng ta có thể tự tạo ra nó trong phòng thí nghiệm không?", Ông nói thêm. Rõ ràng, một thứ như thế sẽ là một sự đầu tư lớn về thời gian và tài nguyên, nhưng sẽ mang lại lợi ích lớn.
Tất nhiên, khái niệm Warp Drive yêu cầu hỗ trợ bổ sung và nhiều tiến bộ trước khi có thể nghiên cứu thử nghiệm. Chúng bao gồm những tiến bộ về khung lý thuyết cũng như tiến bộ công nghệ. Nếu những vấn đề này được coi là các vấn đề về kích thước cắn cắn của cắn thay vì một thách thức lớn, Agnew nói, thì tiến trình chắc chắn sẽ được thực hiện:
Về bản chất, những gì cần thiết cho một ổ đĩa dọc là một cách để mở rộng và ký hợp đồng không thời gian theo ý muốn, và theo cách thức địa phương, chẳng hạn như xung quanh một vật thể nhỏ hoặc tàu. Chúng tôi biết chắc chắn rằng mật độ năng lượng rất cao, dưới dạng các trường EM hoặc khối lượng, chẳng hạn, có thể gây ra độ cong trong không thời gian. Tuy nhiên, phải mất rất nhiều tiền để làm như vậy với phân tích hiện tại của chúng tôi về vấn đề này.
Trên đỉnh flipside, các khu vực kỹ thuật nên cố gắng tinh chỉnh thiết bị và xử lý càng nhiều càng tốt, làm cho mật độ năng lượng cao này trở nên hợp lý hơn. Tôi tin rằng có khả năng một khi hiệu ứng có thể được nhân đôi ở quy mô phòng thí nghiệm, nó sẽ dẫn đến sự hiểu biết sâu sắc hơn nhiều về cách thức hoạt động của trọng lực, và có thể mở ra một số lý thuyết hoặc sơ hở chưa được khám phá. Tôi cho rằng để tóm tắt, trở ngại lớn nhất là năng lượng, và đi kèm với đó là rào cản công nghệ, cần các lĩnh vực EM lớn hơn, thiết bị nhạy cảm hơn, v.v.“
Lượng năng lượng tích cực và tiêu cực cần thiết để tạo ra bong bóng dọc vẫn là thách thức lớn nhất liên quan đến khái niệm Alcubierre. Hiện tại, các nhà khoa học tin rằng cách duy nhất để duy trì mật độ năng lượng âm cần thiết để tạo ra bong bóng là thông qua vật chất kỳ lạ. Các nhà khoa học cũng ước tính rằng tổng nhu cầu năng lượng sẽ tương đương với khối lượng của Sao Mộc.
Tuy nhiên, điều này thể hiện sự sụt giảm đáng kể so với ước tính năng lượng trước đó, tuyên bố rằng nó sẽ lấy một khối năng lượng tương đương với toàn bộ Vũ trụ. Tuy nhiên, một lượng lớn vật chất kỳ lạ của sao Mộc vẫn còn rất lớn. Về mặt này, vẫn cần có những tiến bộ đáng kể để mở rộng các yêu cầu năng lượng xuống một cái gì đó thực tế hơn.
Cách duy nhất có thể thấy trước để làm điều này là thông qua những tiến bộ hơn nữa trong vật lý lượng tử, cơ học lượng tử và siêu vật liệu, Agnew nói. Đối với khía cạnh kỹ thuật của sự vật, sẽ cần tiến bộ hơn nữa trong việc tạo ra chất siêu dẫn, giao thoa kế và máy phát từ tính. Và tất nhiên, có vấn đề về tài trợ, luôn luôn là một thách thức khi nói đến các khái niệm được coi là có tên là ra khỏi đó.
Nhưng như Agnew tuyên bố, đó không phải là một thách thức không thể vượt qua. Xem xét những tiến bộ đã được thực hiện cho đến nay, có
“Lý thuyết đã được đưa ra cho đến nay nó rất đáng để theo đuổi, và bây giờ dễ dàng hơn trước đây để cung cấp bằng chứng rằng nó là hợp pháp. Về mặt biện minh cho việc phân bổ tài nguyên, không khó để thấy rằng khả năng khám phá ngoài Hệ mặt trời của chúng ta, thậm chí vượt ra ngoài thiên hà của chúng ta, sẽ là một bước nhảy vọt lớn đối với nhân loại. Và sự phát triển của công nghệ do đẩy các giới hạn nghiên cứu chắc chắn sẽ có lợi.
Giống như hệ thống điện tử hàng không, nghiên cứu hạt nhân, thám hiểm không gian, xe điện và tên lửa đẩy có thể tái sử dụng, Alcubierre Warp Drive dường như là một trong những khái niệm sẽ phải chiến đấu theo cách khó khăn. Nhưng nếu những trường hợp lịch sử khác là bất kỳ dấu hiệu nào, cuối cùng nó có thể vượt qua điểm không thể quay lại và đột nhiên dường như hoàn toàn có thể!
Và với mối bận tâm ngày càng tăng của chúng ta với các ngoại hành tinh (một lĩnh vực thiên văn bùng nổ khác), không thiếu người hy vọng gửi sứ mệnh tới các ngôi sao gần đó để tìm kiếm các hành tinh có thể ở được. Và như những ví dụ đã nói ở trên chắc chắn đã chứng minh, đôi khi, tất cả những gì mà LỚN cần để có được quả bóng lăn là một cú đẩy tốt
Ảnh trên cùngIXS Starship. Tín dụng và ©: Mark Rademaker (2016)
