Svobodný software vám umožňuje navrhovat a testovat warp disky se skutečnou fyzikou

Warp pohony patří mezi věrohodnější koncepty sci-fi, alespoň z matematického hlediska. Nyní společnost Applied Physics, multidisciplinární skupina mezinárodních vědců a inženýrů, spustila Warp Factory, open-source software, který může kdokoli použít k návrhu funkčního warp disku.

„Fyzici nyní mohou generovat a vylepšovat řadu návrhů warp pohonů pouhými několika kliknutími, což nám umožňuje pokročit ve vědě rychlostí warpu,“ řekl Gianni Martire, generální ředitel Applied Physics. „Warp Factor slouží jako virtuální větrný tunel, který nám umožňuje testovat a vyhodnocovat různé designy warp. Sci-fi se nyní přibližuje vědecké skutečnosti.“

Spousta lidí by warp pohony znala, alespoň jako koncept. Fanoušci Star Trek vesmír a další, menší sci-fi franšízy, přišly na myšlenku cestování vesmírem rychlostí vyšší než světlo – jednak to urychluje vyprávění příběhu a postavy mohou procházet galaxiemi, aniž by stárly tisíce let.

Ale mnozí by byli překvapeni, kdyby věděli, že warp pohony mají ve skutečnosti nějaký základ ve vědě.

Fyzika warpových pohonů: Einstein, bowlingové koule a gumové pláty

Ve sci-fi literatuře se nadsvětelné – jiný způsob, jak říci rychleji než světlo – cestování (FLT) dosahuje deformací nebo deformací časoprostoru kolem objektu (např. kosmické lodi), odtud termín „warp drive“. Ale co je časoprostor?

Ve fyzice je časoprostor koncepční model, který spojuje tři dimenze prostoru (soubor x, y a z souřadnic; fyzické umístění) se čtvrtou dimenzí: časem

Einsteinova speciální teorie relativity vysvětluje vztah mezi prostorem, časem, hmotností a energií a uvádí, že energie (E) se rovná hmotnosti (m) krát rychlost světla (c) na druhou. E = mc². To znamená, že energie a hmotnost jsou různé, zaměnitelné verze téže věci, ale rychlost světla je konstantní – je stejná všude ve vesmíru.

Jedním z výsledků této slavné teorie je, že jak se objekt pohybuje rychleji, jeho pozorovaná hmotnost roste. Jak se objekt blíží rychlosti světla, jeho pozorovaná hmotnost se stává nekonečně velkou, takže k pohybu je potřeba nekonečné množství energie. Podle teorie speciální relativity je tedy rychlost světla absolutním rychlostním limitem vesmíru.

The speciální Teorie relativity se vztahuje k objektům, které se nezrychlují (nazývají se inerciální referenční soustavy), ale nezahrnuje gravitaci. To je to, co Všeobecné teorie relativity je pro.

Obecná teorie relativity říká, že gravitace je způsob, jakým hmota deformuje prostor a čas. Čím větší je hmotnost, tím více deformuje časoprostor. Tyto deformace nebo křivky omezují, jak se vše ve vesmíru pohybuje, protože objekty musí sledovat cesty podél tohoto pokřiveného zakřivení.

Zde dostáváme klasický obrázek bowlingové koule (představující masivní objekt), která je umístěna na nataženou gumovou fólii (představující časoprostor). Pokud je na desku položena kulička, bude se kutálet směrem k bowlingové kouli a může ji dokonce „obíhat“. K tomu nedochází proto, že větší hmota vyzařuje sílu, která přitahuje menší hmotu, ale protože menší hmota se pohybuje po povrchu, který byl deformován přítomností větší hmoty.

Warp pohony jsou řešením Einsteinových rovnic pole, které tvoří jádro jeho obecné teorie relativity a dokážou vypočítat, jak konkrétní rozložení hmoty a energie deformuje časoprostor. Rovnice jsou příliš složité na to, abychom je zde řešili, ale pro zjednodušené vysvětlení se podívejte na níže uvedené video od teoretické fyziky a vědecké filozofky Sabine Hossenfelder. Probírá obecnou relativitu ve 3:54 a pokračuje v diskusi o výzkumu, který se objeví v další části.

Einsteinova teorie nás naučila, že prostor lze deformovat energií. Bublina energie obklopující objekt, například kosmickou loď, stahuje prostor před sebou a rozšiřuje prostor za ním. Deformace způsobí, že se požadovaná místa přiblíží k objektu, což znamená, že se může pohybovat bez pohybu. Ale velká otázka v tom všem je: Z jakého typu energie je bublina vyrobena?

V roce 1994 teoretický fyzik Miguel Alcubierre navrhl, že by kosmická loď mohla cestovat rychleji, než je rychlost světla, s využitím tohoto mechanismu kontrakce a expanze. Loď by v podstatě zůstala zapouzdřena v energetické bublině a její posádka by mezihvězdnou cestu necítila.

Bohužel Alcubierrovy matematické rovnice nevysvětlovaly, jak jeho navrhovaný warp pohon umožnil cestování za rychlostí světla. Dále to vyžadovalo velké množství „negativní energie“ – něco, co neexistuje. Alcubierre Drive byl široce považován za nedosažitelný.

Po Alcubierre utrpěla „realita“ warpových pohonů velký zásah. Tento koncept se skutečně obnovil až v roce 2020, kdy vyšel další velký dokument: Alexey Bobrick a Gianni Martire. Představujeme fyzické Warp pohony.

V tomto článku Bobrick, teoretický astrofyzik, a Martire, fyzik-samouk a technologický podnikatel, vyvinuli vůbec první model pro fyzické warp pohony, který se vyhýbá problémům s Alcubierrovým modelem. Důležité je, že model vědců se zabýval subluminálním cestováním, tedy cestováním pomaleji, než je rychlost světla.

Výzkumníci z Applied Physics popisují warp pohony jako „inerciálně se pohybující skořápky z pozitivního nebo negativního energetického materiálu, které uzavírají oblast „cestujícího“ v ploché metrice.“ Čím hmotnější se kulový obal stane, tím větší vliv má na časoprostor. uvnitř – významná hmota vytváří významný efekt Ve videu níže Bobrick a Martire podrobněji rozebírají svůj výzkum.

Bobrick-Martire model snížil energetické požadavky o faktor 30 a dokázal, že warp pohony mohou fungovat bez teoretických paliv, jako je negativní energie, což zdánlivě potvrzuje, že warp pohony jsou fyzicky možné. I když výzkum nevysvětlil, jak lze objekt urychlit na nadsvětelnou rychlost, poskytl solidní matematický základ pro studium warpových pohonů.

Po shlédnutí Star Trek: Nová generace jako dítě byl fyzik Erik Lentz motivován k tomu, aby se warp pohony staly realitou. Spolu s nedávno publikovaným dokumentem Bobrick and Martire způsobil Lentzův dokument z roku 2021 celosvětové mediální šílenství a znovu zažehl myšlenku nadsvětelného cestování ve veřejném povědomí.

Univerzita E Lentz/Göttingen

Pomocí Einsteinových rovnic pole Lentz spojil neprozkoumané konfigurace warp bublin – nazval je „solitóny“ – a dospěl k uspořádání, které by mohlo dosáhnout FTL cestování pouze s použitím kladné energie z konvenčních zdrojů energie.

V tiskové zprávě doprovázející studii Lentz předpokládal, že za předpokladu, že by bylo možné generovat dostatečné množství energie, rovnice, které použil, by umožnily cestování vesmírem ze Země na Proxima Centauri, nejbližší známou hvězdu ke Slunci, a zpět „za roky namísto desetiletí nebo tisíciletí“. Energie však zůstávala překážkou pro realizaci skutečného fyzického warp pohonu a Lentz nevysvětlil, jak se jeho model s pozitivní energií vyhnul negativním energiím.

„Energie potřebná k tomu, aby tento pohon putoval rychlostí světla kolem kosmické lodi na vzdálenost 100 metrů [328 ft] v poloměru je řádově stonásobek hmotnosti planety Jupiter,“ řekl Lentz. „Úspory energie by musely být drastické, přibližně 30 řádů, aby byly v dosahu moderních jaderných štěpných reaktorů.“

Bobrick a Martire znovu vstoupili do diskuse v roce 2024 ve spolupráci s výzkumníky z Izraelského technologického institutu a University of Alabama na zveřejnění článku s názvem Analýza Warp Drive Spacetimes pomocí Warp Factory. Souběžně s vydáním studie bylo spuštění zmíněné Warp Factory.

Sabine Hossenfelder se vrací k warp pohonům v kontextu tohoto nového výzkumného článku ve videu níže.

Warp Factory, vyvinutý v Applied Physics‘ Applied Physics Laboratory (APL), umožňuje výzkumníkům, kteří se rozhodli proměnit warp pohony ve skutečnost, aby modelovali warp pohon prostoročasy. Software s otevřeným zdrojovým kódem mimo jiné provádí Einsteinovy ​​rovnice pole a vypočítává energetické podmínky a poskytuje uživatelům 2D a 3D vizualizace. Kód je k dispozici na GitHubu.

„Pomocí Warp Factory mohou výzkumníci rozsáhle prozkoumat širokou škálu warp metrik, zejména v případech, kdy se analytické výpočty stanou nepraktickými,“ uvedli vědci.

Na co čekáš? Mezihvězdné cestování čeká! Udělej to tak.

Zdroj: Business Wire