Czy prędkość WARP z serialu Star Trek jest możliwa?
Kino i telewizja są niemal niewyczerpaną kopalnią dzieł science fiction, w których nawet najbardziej szalone pomysły mogą stać się rzeczywistością. To wszystko służy rozrywce, ale może też inspirować prawdziwych naukowców do stawiania nowych pytań i poszukiwania nieszablonowych rozwiązań. Jednym z takich przykładów jest prędkość WARP, czyli równa bądź większa od prędkości światła, z serialu Star Trek.
Profesor w Instytucie Nauk Nuklearnych na Narodowym Uniwersytecie w Meksyku Miguel Alcubierre stwierdził ostatnio, że choć osiągnięcie prędkości nadświetlnej w naszym Wszechświecie, przynajmniej według obecnej wiedzy, jest niemożliwe, to nie można wykluczyć tego, że w ogóle jest ona nieosiągalna.
Prędkość WARP ze Star Treka i doktorat z fizyki
Alcubierre jest fanem science-fiction przez całe życie, a zawodowo astrofizykiem. Na początku lat 90., podczas gdy pisał doktorat z fizyki grawitacyjnej, obejrzał odcinek Star Treka, który zainspirował go do zastanowienia się nad teoretycznymi możliwościami prędkości WARP. Jak mówi:
Matematyczne równania działają. To znaczy, że teoretycznie nie można wykluczyć prędkości nadświetlnej. To nie jest jedna z tych rzeczy, o których fizyka po prostu wprost mówi, że nigdy nie mogą się zdarzyć.
Alcubierre jak na fana science fiction przystało, popuścił wodze fantazji i na potrzeby swoich rozważań wymyślił sposób na taką modyfikację przestrzeni, który teoretycznie pozwoliłby nam podróżować szybciej od światła, a jednocześnie nie naruszałby praw fizyki. Zajął się tym na tyle poważnie, że w 1994 roku opisał swoje teoretyczne rozważania poparte matematycznymi równaniami. Od tamtej pory w fizyce teoretycznej istnieje coś, co nazywa się „napędem Alcubierre'a”.
Na czym dokładnie polega jego pomysł? Naukowiec oparł się na dobrze znanym fakcie dotyczącym tego, że wszechświat się rozszerza. Wiemy o tym od mniej więcej stu lat - cała czasoprzestrzeń, czyli trójwymiarowy wszechświat z czwartym wymiarem, jakim jest czas, może się rozszerzać. Alcubierre wywnioskował z tego, że skoro tak, to czasoprzestrzeń powinna być również w stanie rozszerzać się w małej skali. A jeśli może się rozszerzać, to musi też być w stanie się kurczyć. Jak wyjaśnia:
Podstawową ideą jest po prostu doprowadzenie do rozszerzenia przestrzeni, za powiedzmy, statkiem kosmicznym lub jakimkolwiek obiektem, który się porusza, i skurczenia jej przed nim.
Bańka WARP i trampolina
Chodzi tu o tzw. „bańkę WARP”. Najłatwiejszym sposobem na wyobrażenie sobie czym jest ten koncept, jest potraktowanie czasoprzestrzeni jak wielkiej trampoliny. Jeśli umieścimy kulę do kręgli na trampolinie, a ona zanurzy się w niej, będzie to odpowiadało temu, co dzieje się z czasoprzestrzenią kiedy masa gwiazdy, czarnej dziury lub innego obiektu na nią oddziaływuje poprzez grawitację.
Kiedy zaczniemy wrzucać na trampolinę inne przedmioty, zaobserwujemy, że te o znacznej masie będą się poruszać w sposób ograniczony, zapadając się w tkaninę. Im będą lżejsze, tym łatwiej będzie im się poruszać po naszej trampolinie. A co w przypadku obiektów, które nie mają żadnej masy tak jak fotony, czyli cząsteczki światła? Wtedy nie ogranicza ich nic. Mogą się po prostu swobodnie przemieszczać w linii prostej z niezmienną prędkością. Zupełnie tak jak światło.
Prędkość światła jest obecnie według stanu naszej wiedzy maksymalną, jaką można osiągnąć. Każdy inny obiekt, statek kosmiczny także, posiada masę, co powoduje, że zniekształca on czasoprzestrzeń - powierzchnię trampoliny - i na skutek tego nie może poruszać się z prędkością większą od prędkości światła. No dobrze, ale co w przypadku gdy sama przestrzeń poruszałaby się z prędkością większą niż światło? Wtedy mielibyśmy do czynienia z bańką WARP.
Bohaterowie Star Treka nie muszą odpalać silników ich statku kosmicznego, aby osiągnąć prędkość WARP. Aby podróżować z nadświetlną prędkością, tworzona jest bańka WARP, lub „bańka czasoprzestrzenna”. Statek jest po prostu przenoszony w jej wnętrzu. By zwiększyć jego prędkość, tworzona jest kolejna bańka. W rzeczywistości serialu Star Trek nazywane jest to „warp factor two”, czyli „czynnikiem warp dwa”. Po nim następują kolejne, czynnik warp trzy, cztery itd.… Jednak czasoprzestrzeń, jaką znamy, jest skończona i w związku z tym istnieje limit liczby baniek warp, czyli także poziomów prędkości warp, które teoretycznie moglibyśmy osiągnąć.
Głównym powodem, dla którego prędkość warp prawdopodobnie nie jest możliwa, jest to, że jej osiągnięcie wymagałoby niemożliwej do zgromadzenia energii. Einstein udowodnił swoim słynnym równaniem E=MC do kwadratu, że energia i masa są wymienne. Oznacza to, że aby przemieszczać się z prędkością większą niż prędkość światła, statek kosmiczny musiałby mieć… ujemną masę, a co za tym idzie także ujemną energię. Żadna z tych rzeczy nie istnieje.
Nie zmienia to jednak faktu, że umysły naukowców wciąż są głodne owych wyzwań i nieustannie poszukują odpowiedzi na najbardziej fantastyczne z pozoru pytania. Nawet jeśli czasami są tylko niewinną rozrywką, warto pamiętać, że wiele odkryć naukowych wzięło się właśnie z takich beztroskich rozważań „co by było gdyby”.
