Pisci znanstvene fantastike odavna su se dosjetili zgodne doskočice kako zaobići problem putovanja kroz ogromne svemirske udaljenosti – korištenjem posebne vrste pogona nazvane WARP pogon. Najpoznatije TV franšize koje se temelje na takvom pogonu svemirskih letjelica su svakako Zvjezdane staze i Zvjezdani ratovi. Prema njima, poseban uređaj koji omogućuje putovanje kroz Svemir brzinom većom od brzine svjetlosti manipulira prostor-vremenom, zakrivljujući ga i na taj način stvarajući posebno okruženje u kojem letjelica putuje brzinom manjom od brzine svjetlosti, ali u odnosu na okolni prostor zapravo putuje većom. No, Albert Einstein je još početkom 20. stoljeća u svojim radovima teorije relativnosti postavio jasna pravila – ništa se ne može kretati kroz prostor brzinom većom od brzine svjetlosti. I do dan danas, Einsteinova teorija relativnosti preživjela je sve testove vremena, te se vodi kao znanstveno potpuno ispravna. Znači li to da je WARP pogon koji obećava putovanje brže od svjetlosti nemoguć, ako je brzina svjetlosti najveća moguća brzina kretanja ičega kroz prostor? Pa, s obzirom da čitate ovaj tekst, kojeg ispod ima poprilično mnogo, vjerojatno već naslućujete odgovor – znanstvenici su danas manje više složni da WARP pogon nije samo plod mašte već ima vrlo čvrsto uporište u znanosti, barem onoj teorijskoj. Pitate se možda, kako, ako ta ideja prkosi teoriji relativnosti? Zapravo, ne prkosi već je u skladu s njom, ali treba pojasniti u čemu je “kvaka”. Krenimo stoga nakratko u svijet u kojemu granice između znanosti i fantastike prestaju biti jasno definirane.
Naime, zakoni relativnosti nalažu da se ništa ne može kretati kroz prostor brže od svjetlosti. U ovoj rečenici treba naglasiti frazu kroz prostor, jer se tu krije ključ WARP teorije. Naime, WARP zapravo niti ne omogućuje letjelici da se kreće kroz prostor brže od svjetlosti, već joj daje mogućnost da manipulira sa samim prostorom, odnosno mijenja njegovu geometriju kako bi se dobilo na znatnom skraćivanju udaljenosti koju letjelica treba prijeći. Pojednostavljeno, to se postiglo tako što bi se prostor ispred letjelice sažimao, tj. napravio kraćim, a prostor iza nje ekspandirao, tj. napravio dužim. Zavisno o stupnju sažimanja/ekspanzije prostora ispred/iza letjelice, skraćenje prostora (puta do cilja) bi bilo veće ili manje, a to zavisi o samoj izvedbi pogona, uloženoj energiji i drugim faktorima, no u teoriji ograničenje stupnja sažimanja izgleda da ne postoji što znači da ne postoji ni neki teorijski limit WARP brzine koju bi bilo moguće ostvariti. Drugim riječima, pokretanjem WARP pogona, kroz Svemir bi se kretao prostorno-vremenski val ogromnom brzinom, u odnosu na kojeg bi svemirski brod mirovao u njegovoj unutrašnjosti. Ovdje valja spomenuti vrlo bitnu prednost WARP pogona u odnosu na klasično kretanje kroz prostor. Budući da se u WARPu svemirski brod ne kreće kroz prostor već sa prostorom napreduje kroz Svemir, ne bi postojali ni klasični paradoksi koji se javljaju na velikim brzinama, poput paradoksa blizanaca (dilatacija vremena), odnosno putovanja kroz vrijeme i sličnih posljedičnih efekata.
Dakle, iako se ništa ne može kretati kroz prostor brzinom većom od svjelosti, može se kretati sam prostor neograničeno brzo, tj. može se mijenjati njegova “gustoća”. Znamo li za neke primjere ekspaznije ili kontrakcije prostor-vremena pa da pokažemo da to nije samo puko naklapanje? Pa naravno da znamo, klasičan primjer je ekspanzija Svemira od trenutka Velikog praska pa do danas. Međusobno udaljavanje galaksija se ne događa zbog kretanja galaksija kroz prostor, već zbog toga jer se sam prostor širi. Kretanje galaksija kroz prostor bi bilo daleko presporo u odnosu na opaženu brzinu ekspanzije Svemira – jer bi bilo ograničeno brzinom svjetlosti, stoga zaključujemo da Svemir mora ekspandirati tako da se povećava prostor.
Možda ćete sad reći, ma dobro Ivane, takav WARP nam je poznat iz Zvjezdanih staza, ali budimo ozbiljni…? Jest, ideja iz Zvjezdanih staza je došla na kušnju kod znanstvenika koji su odlučili da ju teorijski provjere, i nakon mnogostrukih provjera, zaključak je samo jedan – matematika ne pronalazi nikakav problem da teorija funkcionira. Manipulacija s prostor-vremenom je fizikalna realnost – na kraju krajeva svako tijelo koje ima masu zakrivljuje prostor-vrijeme oko sebe; samo je sad potrebno naći pogodan način za zakrivljavanje prostor-vremena na specijalan način koji bi omogućio da kretanje između dvije točke Svemira traje mnogostruko kraće vrijeme nego inače.
Prvi znanstvenik koji se je odlučio ozbiljnije pozbaviti problematikom i objaviti rad u znanstvenom časopisu kojim je pokazao da je WARP pogon u teoriji moguć i da je u skladu s dosadašnjim saznanjima iz fizike je Miguel Alcubierre. On je u svom radu iz 1994. godine, The warp drive: hyper-fast travel within general relativity uz prilično malo matematike na svega 10-tak stranica pokazao teoriju putovanja kroz Svemir brže od svjetlosti. Nakon toga prestao se je baviti tom problematikom te mu je to ostao jedini rad urađen na tu temu. Ali, nije i zadnji koji se je bavio ovim znanstvenim poljem…
It is shown how, within the framework of general relativity and without the intro-duction of wormholes, it is possible to modify a spacetime ina way that allows aspaceship to travel with an arbitrarily large speed. By a purely local expansion ofspacetime behind the spaceship and an opposite contractionin front of it, motionfaster than the speed of light as seen by observers outside the disturbed region ispossible. The resulting distortion is reminiscent of the “warp drive” of science fic-tion. However, just as it happens with wormholes, exotic matter will be needed inorder to generate a distortion of spacetime like the one discussed here.
Miguel Alcubierre, The warp drive: hyper-fast travel within general relativity (1994)
Kao što je Alcubierre naveo, postoje neki značajni problemi da bi teorija na kraju mogla postati i praksa. Alcubierre osobno je unatoč činjenici da se prvi počeo matematički baviti problematikom, zapravo pesimist po pitanju ostvarivosti teorije WARP pogona u praksi. U intervjuu objavljenom na youtube kanalu Event Horizon, Alcubierre je dao svoju osobnu procjenu o mogućnosti realizacije WARPa u budućnosti, na skali 1 do 10 pri čemu je voditelj 1 označio kao najveću vjerojanost ostvarivosti a 10 najmanju, Alcubierreov odgovor je bio vrlo pesimističnih 9.
Alcubierre svoj stav opravdava postojanjem značajnih prepreka koje u ovom trenutku nije jasno ne samo kako riješiti nego jesu li uopće rješive. Tako navodi primjerice postojanje negativne energije, odnosno s obzirom na ekvivalenciju energije i mase, negativne mase kao nužnog uvjeta za funkcioniranje WARP pogona kakvog opisuje njegov rad. Trenutačno nema mnogo naznaka da je negativna masa realistična tvorevina niti da ćemo ju moći proizvesti, i otuda dolazi jedan od glavnih problema za ostvarenje Alcubierreovog WARP pogona. Negativna energija, barem se čini, postoji kao iznimno lokaliziran efekt, poznatiji kao Casimirov efekt. Ova pojava naime dokazuje dio teorije kvantnog polja koja kaže da lokalna gustoća energije može biti manja od energije vakuuma (što bi značilo, negativna), te premda je proizvedena Casimirova sila u praksi je izuzetno mala, teorija kvantnog polja tvrdi da negativna energija može biti proizvoljno velika. Casimirov efekt ekvivalent vrlo male negativne energije, dok za WARP trebamo ogromnu količinu, ali s obzirom da ništa ne prestavlja neki konkretan teorijski limit iste, postoji mogućnost da će buduća znanost dati odgovor na pitanje kako proizvesti tako veliku količinu negativne energije, nužne za deformaciju prostor-vremena oko svemirskog broda. Velika količina negativne mase je teorijski odgovor, ali daleko za nešto upotrebljivo u praksi, jer kao prvo nismo dokazali postojanje negativne mase kao takve, a čak i da postoji, trebala bi nam ogromna količina iste. S obzirom na to, potraga za kreiranjem negativne energije će vjerojatno trebati ići u nekom drugom smjeru.
Umjesto negativne energije u smislu opisanog u gornjem odlomku, drugi kandidat “goriva” za deformaciju prostor-vremena oko letjelice je tamna energija. Tamna energija je još uvijek špekulativna sila odgovorna za opaženo ubrzavanje širenja Svemira. Uz tamnu materiju, tamna energija nije jasno razjašnjena pojava već je teorija koja se još uvijek pokušava dokazati, zasad bezuspješno. Čak i sama teorija tamne materije i tamne energije je na toliko nedefiniranom, početnom nivou da možemo reći da zapravo nemamo pojma o čemu je riječ. Posebice kad govorimo o tamnoj energiji, dok teorija tamne materije ima čini se nešto veće šanse da bude potvrđena eksperimentima u budućnosti, iako su zasad uloženi ogromni napori i sredstva u pokušaj dokazivanja postojanja iste, potpuno bezuspješno, pa su se tako stvorile i neke teorije koje tvrde da primjerice tamna materija uopće ne postoji te su razvijeni matematički modeli koji mogu opisati ponašanje galaksija bez potrebe za uvođenjem tamne materije (npr. teorija kvantizirane inercije od Mike McCullocha kojeg velik broj znanstvenika doduše ne smatra previše ozbiljnim s obzirom na svoje pomalo ekscentrične teorije u zadnje vrijeme, ali nebitno…). Kako god bilo, može li tamna energija pomoći u kreiranju WARP pogona nemamo pojma niti približno, ali ako uspijemo otkriti što ubrzava ekspanziju Svemira, bez obzira bila to tamna energija ili nešto drugo, moglo bi nam pomoći upravo TO, što god to bilo.
Međutim, Alcubierre navodi i druge praktične probleme u realizaciji WARP ideje. Primjerice, nagomilavanje zračenja ispred prostorno-vremenskog WARP vala, potreba za deflektorima/štitovima za zaštitu same letjelice, i kao vrlo važno – nemogućnost upravljanja WARP pogonom iz unutrašnjosti WARP vala već bi pokretanje i zaustavljanje istoga trebalo na neki način biti provedeno izvana.
No, WARP idejom su se bavili i drugi znanstvenici u novije vrijeme. Najozbiljniji rad na ovom polju dolazi od grupe znanstvenika u NASI, poznatoj kao Advanced Propulsion Physics Laboratory, odnosno Eagleworks Laboratories. Ova grupa se je nastavila baviti Alcubierrovim radom te su čak i kreirali umjetnički izražaj prvog svemirskog broda na WARP pogon, nazvavši ga – a kako drugo nego Enterprise.
Originalni Alcubierreov pogon zahtijeva ogromnu količinu energije koju realistično nije moguće proizvesti, ali modifikacije njegovog koncepta dale su solidan napredak prema ostvarivosti ideje barem po pitanju potrebe za količinom energije. Harold G. White koji potpisuje i paper Warp Field Mechanics 101 je ponajviše zaslužan za te optimizacije kojima je smanjio potrebnu količinu energije, od praktično beskonačne na svega 700 kilograma ekvivalentne negativne mase. To je još uvijek vrlo velik broj ali ako se uspije pronaći način za kreiranje negativne energije, možda nije nedostižan. Također, ovo je bio prvi ozbiljniji pokušaj da se optimizira potreba za (negativnom) energijom, pa se razumno postavlja pitanje može li se to lukavim dizajnom poboljšati još više u nekim budućim istraživanjima. White je promijenio status Alcubierreovog koncepta iz besmislenog u koliko toliko mogući tako što je promijenio oblik WARP “balona” i uveo posebne oscilacije polja negativne energije, te pritom pretpostavio da bi takav svemirski brod polumjera WARP balona od 10 metara, mogao putovati brzinom 10 puta većom od brzine svjetlosti.
White i suradnici su čak proveli laboratorijski eksperiment tako što su manipulirali trajektorijom fotona, odnosno kreirajući mikro-warp u laboratorijskim uvjetima. Prvi testovi definitivno nisu polučili konkretan uspjeh u smislu “naš foton se kretao brže od svjetlosti” ali daju naslutiti da bi koncept mogao funkcionirati, iako kako neki tvrde na temelju rezultata eksperimenata, postignute brzine vjerojatno ne bi bile veće od brzine svjetlosti. Bez obzira na to, čak i ako bi postigli brzinu kretanja od 10% brzine svjetlosti bez kreiranja prostorno-vremenskih paradoksa, to bi bio izvrstan uspjeh i omogućio bi putovanja unutar životnog vijeka čovjeka barem do Suncu najbliže zvijezde – Alpha Centauri za 40-tak godina.
Može li se sve ovo pretvoriti jednog dana u realnost? Alcubierre je dao vrlo male šanse, ali uzmimo u obzir da je znanstvenicima trebalo 40 godina da od Einsteinove teorijske podloge kreiraju atomsku bombu u praksi; 20 godina je trebalo od Alcubierrovog originalnog rada da se status koncepta promijeni iz potpuno nemogućeg u prihvatljivo i uvjetno moguć; stoga damo li znanosti dovoljno vremena i resursa za istraživanje, možda se status jednog dana iz uvjetno mogućeg pretvori u izvediv, a onda će veći dio preostalog posla trebati odraditi inženjeri i konstruktori… Koliko vas se nada da će vidjeti Enterprise svojim očima? Osobno smatram dok sam ja živ da ga vidjeti neću… ali nisam ja ni tako mlad, ali također i nada umire posljednja 🙂
Za kraj vas pozivamo da odgledate Whiteovu prezentaciju na konferenciji SpaceVision 2013:
