SVETLOBNA HITROST JE MEJA
Zakaj je medzvezdno potovanje tako težko?
Od navdiha do izuma
Ideje, ki temeljijo na našem znanju
Ideje, ki so nastale na osnovi naših želja
Fizikalne teorije, ki obetajo
Torej lahko naredimo medzvezdni pogon?
 

SVETLOBNA HITROST JE MEJA
Naša sedanja raketna tehnologija z raketami na kemično izgorevanje je popolnoma neprimerna za potovanja do najbližje zvezde. Imamo problem že, če potujemo na Mars, ki nam je najbližji planet. Potovanje na Mars traja okrog šest mesecev v eno smer. Z uporabo najboljše in zelo drage tehnologije bi bilo mogoče ta čas skrajšati na 4 mesece. Razdalja med Zemljo in Marsom je 4 svetlobne minute in 21,3 svetlobne sekunde ali 78.340.000 kilometrov. Do najbližje zvezde Proxima (Alfa) Centauri je 4,2 svetlobni leti ali 39,7 bilijard kilometrov. Za potovanje z najhitrejšo raketo na najboljši pogon, ki ga premoremo, bi tako trajalo okrog 180.000 let (potovalni indeks 0,0000233). Obstajajo ideje za drugačne vrste pogona vesoljske ladje, vendar še nobenega nismo uspeli narediti. Bolj učinkovit bi bil pogon na kontrolirane atomske eksplozije, ki bi potovanje skrajšal na tretjino ali na 60.000 let (potovalni indeks 0,00007). Lahko bi uporabili sončev veter in izdelali velikansko jadro. Potovanje bi trajalo okrog 40.000 let (potovalni indeks 0,000105). Ionski in magnetni pogoni so še v fazi popolne zamisli. Bi pa mogel takšen pogon doseči bistveno višje hitrosti, do 10% hitrosti svetlobe. Do najbližje zvezde bi tako potovali 420 let (potovalni indeks 0,01).

Nimamo niti najmanjšega pojma, kako bi dosegli potovalno hitrost blizu svetlobni hitrosti. Svetlobna hitrost je najvišja hitrost, ki jo je mogoče v vesolju doseči. To je ugotovil Albert Einstein in raziskave potrjujejo njegovo trditev. A tudi svetlobna hitrost bi bila premajhna za potovanja čez vso galaksijo, saj ima ta premer 100.000 svetlobnih let. Ena izmed idej je, da bi izdelali generacijsko vesoljsko ladjo. Prva generacija bi se podala na pot v vesoljski ladji, ki bi omogočala življenje za dolga obdobja. To bi bil majhen umetni planet, v katerega notranjosti bi potovalo vsaj 25.000 ljudi. Vesoljska ladja bi počasi potovala in v njej bi se rojevale nove generacije. Če bi bila takšna ladja na ionski pogon, bi šele 14 generacija prispela do nam najbližje zvezde Proxime Centauri.

Ali lahko obidemo omejitev hitrosti svetlobe? Obstaja ideja o nekakšnih »črvjih luknjah« ali »črvinah«. So določene fizikalne razlage možnosti, da bi bilo mogoče nekako spojiti dva dela časa in prostora na popolnoma različnih koncih vesolja. To je tako, kakor če bi črvi v les vrtali luknje, namesto da bi se splazili pod lubjem okrog drevesa. Od tukaj ime tej ideji. Seveda ni nikomur jasno, kako bi lahko sami odprli tkanje vesolja in se skozi nekakšen nadprostor prebili na drugo stran. S tem bi v trenutku prešli neverjetne razdalje v času in prostoru. Vendar nihče ne ve, kakšne sile bi bile potrebne in kako bi zaščitili vesoljsko ladjo, da je te sile ne bi raztrgale.

Zakaj je medzvezdno potovanje tako težko?
Na vrh strani
V vsaki spodobni znanstveno fantastični TV nanizanki ali filmu je na voljo izreden vesoljski pogon, ki vesoljsko ladjo hitro prepelje čez polovico galaksije. Ali nam je na voljo kaj takega? Ali bomo kdaj izumili WARP vesoljski pogon iz TV serije Star Trek (Zvezdne steze)?

Ko pogledamo nebo ponoči, se zagledamo v nebroj zvezd, ki so vse članice naše lastne galaksije Mlečne ceste. S prostim očesom morda lahko zaznamo še galaksijo Andromedo, ki nam je najbližja. Vse drugo nam je dosegljivo le s teleskopom. Zvezde, tuja sonca se nam zdijo blizu. Toda razdalje med njimi in nami so zares, zelo, zelo velike. Tako velike, da si to zelo težko predstavljamo.

Že, če se ozremo po našem malem vesoljskem dvorišču ali Osončju kot mu pravimo, so razdalje zelo velike. Razdalja med Zemljo in Soncem je okrog 150 milijonov kilometrov ali eno astronomsko enoto (1 AU = astronomical unit). Za lažjo predstavo si zamislimo, da je Sonce velikosti frnikule. Ena astronomska enota bi bila potem razdalja okrog 1,2 metra. Torej bi Zemlja, ki ne bi imela premera večjega od debeline lista papirja, krožila okrog modelnega sonca v razdalji 1,2 metra. Luna pa bi krožila v razdalji 6 milimetrov od modelne Zemlje. Na takšni skali bi bila nam najbližja zvezda Proxima Centauri 338 kilometrov daleč vstran.

Največja hitrost, ki jo je mogoče doseči v vesolju, je hitrost svetlobe. Izmerili so, da svetloba potuje s hitrostjo 300.000 kilometrov na sekundo. Povedano drugače, v eni sekundi svetloba prepotuje 300.000 kilometrov (natančneje 299.792 km/s). Da pride od Sonca do Zemlje potrebuje svetloba več kakor osem minut. Za razdaljo do Proxime Centauri potrebuje 4,2 svetlobni leti. Da bi prepotovala celotno našo galaksijo Mlečno cesto, bi potovala 100.000 let. A razdalje do drugih galaksij so še mnogo, mnogo večje.

V kolikor bi potovali z avtomobilom, ki doseže povprečno hitrost 90 km/h, bi potovali do nam najbližje zvezde več kakor 50 milijonov let. Raketa Saturn z vesoljsko ladjo Apollo, je do Meseca potovala tri dni. Do Proxime Centauri bi rabila 900.000 let. Najhitrejše vozilo, ki ga je izdelal človek, je vesoljska sonda Voyager, ki je že zapustila Osončje, potuje s hitrostjo 60.000 km/h. A do tja bi potreboval še vedno dolgih 80.000 let.

A še večji problem predstavlja masa goriva, ki bi ga potrebovali, da bi dosegli določeno hitrost za potovanje med zvezdami. Avto uporabi silo trenja, ki mu pomaga, da se premika naprej. Reaktivno letalo se »odriva« od zraka skozi katerega pluje. Raketa pa se praktično nima kam »upreti«, da bi se »odrinila« na potovanje. Zato mora imeti gorivo, ki hitro izgoreva in ustvarja potisno silo, ki žene raketo naprej (Newtonov tretji zakon). Čim hitreje želimo potovati, tem več goriva potrebujemo. Za dolgo pot do sosednje zvezde bi potrebovali ogromno količino goriva in potovanje bi bilo tudi zelo drago.

Iz diagrama je razvidno, da je pri kemičnem pogonu zelo velika potisna sila, vendar gorivo hitro izgoreva in raketa hitro pridobi končno hitrost. Pri ionskem pogonu je potisna sila sicer zelo majhna, vendar gorivo dolgo časa izgoreva in raketa počasi pridobiva končno hitrost. A naše želje za potovanje med zvezdami ležijo nekje v rumeni elipsi, torej gorivo z veliko potisno silo in dolgotrajnim specifičnim impulzom.

Predpostavimo, da želimo poslati na potovanje vesoljsko ladjo velikosti današnjega vesoljskega čolnička NASA (Space Shuttle) oz. poenostavljeno, velikosti šolskega avtobusa, do Proxime Centauri v trajanju 900 let. Če bi uporabili sedanji kemični pogon, ki ga čolniček uporablja, bi ne bilo dovolj mase v vsem poznanem vesolju, da bi iz nje naredili potrebno količino goriva. Uporabimo torej nuklearni pogon, ki je do 20x učinkovitejši. Če bi uporabili cepitev jeder ali fizijo, bi potrebovali milijardo ladij supertankerjev. Če pa uporabimo zlivanje jeder ali fuzijo, bi bilo še vedno potrebno tisoč ladij supertankerjev.

Če za pogon uporabimo ionski ali plazmatski motor, ki je 100x učinkovitejši od kemičnega pogona, bi potrebovali 10 železniških vagonov-cistern goriva. To je sicer sprejemljivo, vendar smo predpostavili, da bi raketa do najbližje zvezde potovala 900 let. Če bi želeli potovanje pospešiti, bi potrebovali še več goriva. A tudi na cilju moramo zavirati. Zato moramo ustvariti protipotisno silo in zanjo potrebujemo natanko enako količino goriva, kot smo ga uporabili na začetku potovanja. Vendar potrebujemo še gorivo za potovanje nazaj. No, morda bomo tam našli planet, na katerem bo mogoče izdelati gorivo za vrnitev rakete na Zemljo.

Če bolje pomislimo, bi morali za medzvezdno potovanje izdelati raketo, ki sploh ne bi potrebovala goriva za pogon! Ali je kaj takega sploh mogoče? Najti bi morali pogon, ki potisno silo proizvede na podlagi gravitacijskih sil ali takega, ki se »upira« na samo osnovno strukturo vesolja.

OD NAVDIHA DO IZUMA
Na vrh strani
V tem trenutku ne vemo, če je medzvezdno potovanje sploh mogoče. Seveda to ne pomeni, da je dejansko nemogoče. Pretekle izkušnje kažejo na določen vzorec pri znanstvenih raziskavah in odkritjih in domnevati smemo, da bo veljal tudi v bodoče. Pa poglejmo nekaj primerov:

Potovanje na Mesec
Pred več kot sto leti, je Jules Verne v svojem romanu poslal ljudi na Mesec z izstrelitvijo iz velikanskega topa. Ta vizija je navdihovala na stotine raketnih pionirjev, ki so oblikovali zamisli, kako bi bilo mogoče takšno potovanje dejansko izvesti. Na osnovi razvoja znanosti so izoblikovali ideje o raketah namesto o topovih. Njihove vizije so se sčasoma preoblikovale v realne projekte in poizkuse. Vse to je pripeljalo do dejanskih misij Apollo, ki so ponesle človeka na Mesec in nazaj pred 25 leti.

Vstop v vesolje
Podobno se je zgodilo pri vstopu človeštva v vesolje. Buck Rogers in Flash Gordon sta v stripih vstopala v vesolje enostavno kot so v tistih časih letalci poletali v nebo. Vizionarje je ideja ponesla do prvih načrtov vesoljskih ladij in realnost je njihovim idejam sledila. V našem primeru je to vesoljski čolniček NASA (Space Shuttle).

K zvezdam
Osnovna ideja pogona WARP in hipervesolja izvira iz leta 1930, ko jo je v svojih stripih objavil John Cambell. Do konca je to idejo uporabil Gene Roddenberry v TV seriji Zvezdne steze (Star Trek).  Vendar v tem trenutku še nimamo izdelanih vizij na znanstveni podlagi, ki bi omogočile dejansko izvedbo potovanja k zvezdam.

Pričeti moramo razvijati osnovne principe, ki bodo omogočili razvoj novih vesoljskih pogonov za potovanje k zvezdam. Za razmišljanje uporabimo Zvezdne steze, ki so nam zaradi poznavanja najbližje in njihovo vesoljsko ladjo Enterprise (Podjetnost). Seveda ne moremo kar tako uporabiti v filmu uporabljene »tehno-latovščine«, saj ne temelji na dejanski znanosti. Ta nam naj služi le kot mentalna slika, da bomo lažje razumeli in uporabljali pojme, za izdelavo medzvezdnega pogona in medzvezdne ladje.

Pogon hitrejši od svetlobe ali WARP pogon

Imenujejo ga tudi hipervesoljski pogon, ipd. V osnovi je to pogon, ki omogoča potovanje skozi vesolje v okviru udobnih časovnih intervalov. Takšen pogon tudi ne potrebuje pogonskega goriva, kar je njegova ključna lastnost.

Kontrolirana gravitacija

Vesoljska ladja Enterprise iz serije Star Trek (Zvezdne steze) pozna tri načine kontrole gravitacije, oziroma vztrajnosti. Najprej so tukaj »vztrajnostni blažilniki« (Inertial Dampers), ki omogočajo, da posadka ne odleti s svojih sedežev, ko vesoljska ladja manevrira. »Ščitniki« (Deflectors) odbijajo vse objekte, ki bi se morebiti zaleteli v Enterprise in ji povzročili nepopravljivo škodo. »Umetna gravitacija« (Synthetic Gravity) omogoča posadki, da se giblje normalno po vesoljski ladji. (Prav to omogoča filmarjem, da izdelajo film z mnogo manj denarja.)

Obvladovanje gravitacije bi imelo tudi pozitiven učinek na izvedbo pogona vesoljske ladje. Če rečemo optimistično, bi obvladovanje gravitacije pomenilo znanstveni preboj pri oblikovanju medzvezdnega pogona in imelo neverjeten vpliv na razvoj naše civilizacije.

Ustvarjanje energije

Za pogon in vzdrževanje vesoljske ladje Enterprise bi morali ustvariti velike količine energije. V nadaljevanki kot vir energije uporabljajo »antimaterijo«. Temu področju bomo kasneje namenili še nekaj pozornosti.

Kje smo sedaj?

Za ponazoritev uporabimo znanstveni meter, ki ponazarja, kako daleč je od zamisli do izvedbe.

• Domneva: Prvi korak do uporabe nekega znanja. To je takrat, ko vemo, kaj želimo doseči, nimamo pa niti najmanjšega pojma, če je uresničitev ideje sploh mogoča.

• Hipoteza: Ko se naučimo dovolj, da vemo, kaj vemo, lahko postavimo hipotezo. Pri tem tudi vemo, česa ne vemo, da bi lahko rešili problem.

• Vedenje: Naučili smo se, kako narava deluje. Vemo, če je zadevo mogoče narediti in vemo, kaj vse potrebujemo, da jo realiziramo.

• Tehnologija: Na tej stopnji imajo inženirji dovolj znanja, da izgradijo naprave, ki sledijo spoznanim zakonom narave in so v skladu z osnovno idejo.

• Uporaba: To je zadnja stopnja, ko je tehnologija razvita tako, da je v vsakdanji uporabi.

WARP pogon – kje smo sedaj?

WARP pogon in hipervesolje kakor druge ideje potovanja hitreje-od-svetlobe je na sedanjem stopnju človeškega znanja na nivoju hipoteze. Vemo kar nekaj zadev, a še vedno ne vemo, če je potovanje hitreje od svetlobe mogoče. Slaba novica je, da mnogo znanstvenikov na osnovi Einsteinove Specialne relativnostne teorije meni, da potovanje hitreje od svetlobe ni mogoče. Obstajajo določene ideje kot so tahioni, črvine (wormholes), inflacijsko vesolje, ukrivljen čas-prostor (spacetime warping), kvantumski paradoksi, ki skušajo obiti Specialno relativnostno teorijo. Zelo pomembna ovira pri razmišljanju o nadsvetlobnem potovanju so še paradoksi, ki so povezani s časom in njegovo kavzalnostjo (enosmerna usmerjenost) ter determiniranostjo  (enosmeren potek).

Glavni problem pri preboju svetlobne hitrosti, je poraba energije. Čim hitreje se gibljemo, tem več energije porabimo za doseganje hitrosti. Ko se bližamo svetlobni hitrosti, poraba energije izredno hitro narašča. Tako bi ob doseganju svetlobne hitrosti potrebovali neskočno veliko količino energije. Po tem, kar vemo sedaj, je svetlobna hitrost podobna debelemu in neprebojnemu zidu. Vseeno pa obstajata vsaj dve ideji, ki skušata obiti omejitev. To sta prehod skozi vesoljsko črvino in Alcubierrov WARP pogon.

Kontrolirana gravitacija – kje smo sedaj?

Kot pri WARP pogonu, smo tudi tukaj na nivoju hipoteze. Vendar na podlagi sedanjega znanja nihče ne trdi, da je kontrolirana gravitacija nemogoča. Vemo, da sta gravitacija in elektromagnetizem nekako povezana med seboj. Ker zmoremo kontrolirati elektromagnetizem, verjamemo, da je mogoče kontrolirati tudi gravitacijo. Nove teorije iz kvantne mehanike povezujejo gravitacijo in inercijo z nečim, kar imenujejo vakuumske fluktuacije (vacuum fluctuations). Uporabo gravitacije za pogon medzvezdne ladje ni doslej še nihče proučil.

Antimaterija je del našega vedenja in se počasi že seli na področje tehnologije. Antimaterija je materija, ki ima obrnjen električni naboj. Anti-elektroni, ki jih imenujejo pozitroni, antiprotoni in drugi delci, se proučujejo v velikih pospeševalnikih, predvem v CERN v Švici. Ustvarili so že anti-vodikov atom, a le za kratek čas. Vendar antimaterija ni antigravitacija. Čeprav eksperimentalno še ni potrjeno, se tudi antidelci po teoriji obnašajo enako pod vplivom gravitacije, kakor običajni materialni delci. Znanstveniki že razmišljajo, če je antimaterijo mogoče uporabiti za pogon vesoljske ladje.

Vendar je trenutno izdelava antimaterije izredno draga. Za en miligram proizvedene antimaterije bi potrebovali sto milijard dolarjev. Miligram je zdaleč premalo, da bi ga lahko uporabili v obsežnih in resnih raziskavah. Cena bi tako morala pasti ze več kakor 10.000-krat.

Proizvodnja antimaterije požira ogromne količine energije. Tako bi potrebovali ogromno količino energije za proizvodnjo antimaterije in bi daleč presegla količino energije pridobljene iz reakcije materije in antimaterije. Pri tem bi potrebovali podobne varnostne in zaščitne ukrepe kot pri današnjem pridobivanju nuklearne energije.
 

IDEJE, KI TEMELJIJO NA NAŠEM ZNANJU
Na vrh strani
Na znanju, ki smo ga nabrali do sedaj, temelji nekaj zanimivih idej.

Projekt ORION
Prva ideja izvira iz let 1950-60, kjer so za pogon uporabili zapovrstje atomskih eksplozij. Iz skladišča na ladji bi vsako sekundo izvrgli zaporedoma 5 nuklearnih bomb. Te bi eksplodirale izven rakete. Sila eksplozije bi se uprla v ogromen ščit na zadnjem delu in tako pognala raketo naprej. Izvedeni so bili poizkusi z običajnim eksplozivom, ki so pokazali izvedljivost projekta. Predvidevali so, da bi tovrstni pogon uporabili za potovanje na Mars in za pogon manjših vesoljskih sond do zvezd. Projekt je bil ustavljen v šestdesetih kot posledica mednarodnega sporazuma o prepovedi jedrskih poizkusov.

Projekt DEDALUS
V poznih 70-tih letih je British Interplanetary Society prevzelo zamisel iz projekta Orion in ga predlagalo za uporabo le v vesolju. Projekt je predvideval, da se pošlje sonda do Barnardove zvezde, ki je oddaljena 6 svetlobnih let. Trajanje potovanja sonde bi bilo 50 let. Uporabili bi mikrofuzijske eksplozije izotopa, ki bi ga pridobili na Jupitru. Sonda bi izotop pobrala na svoji poti iz Osončja. Zamisel je zelo zahtevna in še vedno preveč drzna.

Bussardov medplanetarni RAMJET
Bussard si je zamislil, da goriva ne bi vzel s seboj z Zemlje, temveč bi ga nabiral kar med potjo. Njegova zamisel iz šestdesetih je bila, da bi vesoljska ladja s pomočjo velikega magneta iz vesolja zbirala protone in jih uporabila v svojem nuklearnem motorju. Omejitev zamisli je, da ne vemo koliko je prostih protonov v vesolju. Poleg tega bi bilo najprej potrebno ladjo pospešiti do določene hitrosti, da bi se ustvaril določen »vlek« protonov v magnet. Prav tako ni bilo razdelano, kako protone uporabiti v nuklearni reakciji.

Medzvezdno lasersko jadro Roberta Forwarda
Med idejami za pogon so tudi jadra, ki lovijo sončev veter ali lasersko svetlobo. Ko svetloba zadene nek objekt, ga premakne za droben delec. Če uporabimo svetlobo na veliki površini, lahko ustvarimo kar močno potisno silo. Robert Forward je predlagal laser z močjo 10 milijonov gigawatov, ki bi sijal skozi Fresnelovo lečo premera tisoč kilometrov na tisoč kvadratnih kilometrov veliko jadro. Pogon take velikosti bi lahko pognal tisočtonsko vesoljsko ladjo do najbližje zvezde v roku 10 let. Problem predstavlja tako močan laser. Njegova poraba je 10.000-krat večja od vse energije, ki jo Zemljani danes proizvedemo. Podobne zamisli se še vedno pojavljajo in se spreminjajo glede na razvoj laserske tehnologije. Zamisel je obetavna, če bomo rešili problem energijske požrešnosti laserskega topa.
 

Ideje, ki so nastale na osnovi naših želja
Na vrh strani
Kljub temu, da spodaj navedene ideje izražajo le naše želje o načinih medzvezdnega potovanja, pa vseeno temeljijo na znanstveni osnovi. Vendar večina predstavlja intelektualne igre na podlagi vprašanja »kaj bi bilo, če…«.

Potovanje skozi črvino
Ko se je zdelo, da je vesolje dovolj zamotano, so fiziki prišli na dan z idejo o črvinah (wormholes). Posebna relativnostna teorija pravi, da noben objekt ne more potovati hitreje od svetlobe. Vendar iz nje tudi izhaja, da je vesolje ukrivljeno in popačeno. Seveda je potrebno veliko energije, da se ustvari takšna ukrivljenost, vendar po sedaj znanih fizikalnih zakonih to drži in ni v nasprotju z opazovanji. Zamislimo si analogijo peresa na papirju. Popisati moramo ves list, da pridemo na drugo stran. Če pa bi lahko naredili luknjo skozi papir, bi bili »takoj« na drugi strani. Papir je možno previjati in upogibati tako, da lahko dosežemo katerokoli točko na njem, če izvrtamo luknjo ali črvino skozi list papirja. Iz ene do druge točke bi pero »potovalo« kar nekaj časa, skozi luknjo pa bi bili »takoj« v ciljni točki. Seveda vesolje ni dvodimezionalno kot papir. Teorija je tako nova, da še vedno ni proučena do konca in ne vemo, če drži ali pa ne drži. Vsekakor tudi ta povzroča težave s kavzalnostjo časa.

Kako lahko »zgradimo« črvino? Najprej izberemo zelo gosto materijo, recimo kot je nevtronska zvezda. Zbrati bi je morali toliko, da bi ustvarili obroč velikost zemljine orbite okoli Sonca. Potem bi morali zgraditi podoben obroč na drugi strani vesolja, kjer želimo, da se črvina konča. Zberemo velikansko električno napetost in s pomočjo strele povežemo oba obroča skozi tkanje vesolja. Potem samo »porinemo« vesoljsko ladjo v črvino in ta »takoj« izstopi na drugi strani. Vendar ne pričakujte inženirske rešitve črvine kaj kmalu! Saj niti ne vemo, kakšne bi bile sile, ki bi delovale na vesoljsko ladjo in kako bi ta morala biti zgrajena, da bi zdrsnila skozi luknjo. Ob tem se pojavljajo še nove ideje o uporabi »negativne energije« za odpiranje črvine. Ideja črvine je najbolje predstavljena v TV nadaljevanki Zvezdna vrata (Stargate).

Alcubierrow WARP pogon
Čeprav Posebna relativnostna teorija prepoveduje objektom, da bi se gibali hitreje od svetlobe znotraj dimenzije prostor-čas, pa ni nikjer rečeno, da se ne bi smel hitreje »gibati« vesoljski čas (spacetime). Kot prispodobo lahko uporabimo premikajoče se letališke pločnike ali premične stopnice. Alcubierrov WARP pogon je podoben takšnim pomičnim pločnikom. Človek se peš giblje z določeno hitrostjo. To je po prispodobi svetlobna hitrost. Če pa zaidemo v prostor-čas, ki se giblje hitreje od običajnega dela, se pospeši tudi naša hitrost. Tako smo na pomičnem pločniku hitrejši, kot na nepomičnih letaliških tleh.

Alcubierrow WARP pogon ustvarja gibajoči vesoljski čas izza ladje (podobno, kot gibajoči pločnik »privre« iz tal na začetku) in ga stiska pred vesoljsko ladjo (podobno, kot gibajoči pločnik »ponikne« v tla na koncu). Ideja razširjajočega se vesolja ni nova. V teoriji »Inflacijskega vesolja« (Inflationary Universe) velja, da se je vesoljski čas razširjal hitreje kot je hitrost svetlobe v zgodnjih trenutkih od Velikega poka (Big Bang). Če se lahko vesoljski čas pospeši ob Velikem poku, zakaj se ne bi mogel pospešiti tudi za pogon vesoljske ladje? Ta teorija je zelo nova in še ni bila preverjena, če vsebuje vsaj kanček soli.

V osnovi bi morali tvoriti veliko negativne energije v obliki obroča ali mehurja okoli vesoljske ladje. Fiziki še vedno razpravljajo, če negativna energija sploh lahko obstaja. Klasična fizika se nagina k odgovoru »ne«, medtem, ko kvantna fizika pravi, »mogoče res obstaja«. Najti moramo način, kako bi vse skupaj kontrolirali in upravljali. To bi bilo še posebej zahtevno, ker gibanje vesoljske ladje predstavlja en efekt, oblikovanje pospešenega vesoljskega časa pa drugega. Prav tako še ni jasno, če bi takole ustvarjen WARP pogonski sistem res pospešil do nadsvetlobnih hitrosti. Četrti zadržek je spet paradoks povezan s kavzalnostjo časa podobno kot pti potovanju skozi črvino.

Pogon na negativno maso
Teoretično je možno ustvariti potisno silo s postavitvijo negativne in pozitivne mase druge ob drugo. S tem ne kršimo ohranjanje momenta ali energije. Kritična predpostavka je ta, da ima negativna masa tudi negativno vztrajnost. Medsebojna interakcija obeh mas bo povzročila neprestano pospeševanje obeh m,as v isto smer. Ideja izvira iz analize lastnosti hipotetične negativne mase, ki jo je idejno zasnoval Bondi leta 1957. Kot način pogona sta jo uporabila Wintenberg in Forward leta 1980.

V teoriji je fizika negativne mase popolnoma razdelana in matematični model ne zahaja v nasprotja. Vendar še vedno ne vemo, če negativna masa sploh obstaja, prav tako ne vemo, če je teoretično dovoljena v sedanjem modelu vesolja in prostor-časa. Astronomi iščejo mogoče dokaze o črvinah in mogli bi ob njih najti tudi kakšno manifestacijo negativne mase.

Millisovi vesoljski pogoni

Vesoljski pogon lahko definiramo kot idealizirano obliko pogona, kjer uporabimo osnovne »sestavine« materije in časa (prostora-časa) za oblikovanje pogonske sile. Tako nam ni potrebno nositi goriva s seboj, temveč ga »črpamo« sproti iz vesolja. Millis je na osnovi teh zahtev preveril posebne pogoje, ki bi omogočili takšen pogon. Njegovi namišljeni pogoni so tukaj le kratko omenjeni. Pri nobenem ni preverjeno, če vesoljska ladja ne potrebuje dodatnih zahtev po energiji za krmiljenje sistemov.

Hipotetično diferencialno jadro: Podobno, kot pri analognem principu idealnega radiometerskega krila, se pojavi majhna razlika v radiacijskem pritisku med reflekcijsko in absorbcijsko stranjo. Predpostavil je, da vsebuje vesolje neko obliko ozadnega izotropskega medija (podobno kot vakuumske fluktuacije ali kozmično ozadno zračenje), ki stalno »dežuje« na obe strani jadra. Če bi bilo jadro dovolj veliko, bi razlika med pritiskoma tvorila veliko potisno silo.
Hipotetično diodno jadro: Podobno kot pri diodi ali enosmernem zrcalu potuje vesoljsko zračenje skozi jadro v eni smeri, v drugi pa se odbija. Tako se oblikuje razlika med silama in ustvarja potisna sila, ki žene vesoljsko ladjo.
Hipotetično indukcijsko jadro:  Podobno kot pri jadru morske jadrnice zakrivljenost jadra povzroči razliko v pritisku vesoljskega zračenja. Ta razlika tvori potisno silo, ki žene vesoljsko ladjo.
Hipotetičen diametrični pogon: Pri tej zasnovi je preverjal možnosti izdelave lokalnega gradienta na ozadju skalarnih lastnosti vesolja (na primer gravitacijski potencial) s postavitvijo dveh diametralno nasprotnih izvorov polj na vsakem koncu vozila. Pogon je podoben pogonu na negativno maso. Prav tako ima veliko podobnosti s hipotetičnim indukcijskim jadrom.
Hipotetični lučajni (pitch) pogon: Ta zasnova predvideva, da bi na nek način ustvarili lokalno poševnino v skalarnem potencialu čez vse vozilo. To bi proizvedlo silo, ki bi potisnila vozilo. V nasprotju s prejšnjim diametričnim pogonom je zamišljenom, da se takšna poševnina ne bi oblikovala s parom izvornih točk. S fizikalnega stališča še ni jasno, kako bi takšen učinek sploh oblikovali.
Hipotetični nagibni (bias) pogon: Ta zamisel predvideva, da vozilo samo nekako spremeni lastnosti vesolja (prostora-časa), recimo gravitacijske konstante G, kar ustvari lokalni pogonski gradient. Če se spremeni Newtonova konstanta, se ustvari lokalni nagib v strukturi vesolja in dobimo podoben učinek kot pri lučajnem pogonu.
Hipotetični ločilni (disjunction) pogon: Pri tej zamisli se je avtor poigral z zamislijo, da se lahko nekako loči izvor polja in to, kar reagira na polje (reagent). Reagent prestavimo v točko, kjer ima polje brežino ali nagib. To bi ustvarilo potisne sile med izvorom in reagentom. Na podlagi sedanjega znanja zatrdno vemo, da se izvor in reagent ter inertna masa ne morejo ločiti. Vendar obstajajo ideje, da temu ni tako in to bi morda omogočilo izdelavo novega revolucionarnega pogona.
 

Fizikalne teorije, ki obetajo
Na vrh strani

V tem poglavju so kratki opisi nekaterih idej, ki so bile predstavljene v zadnjih letih. Vse so povezane z drugačnimi možnostmi medzvezdnega potovanja in temeljijo na znanstvenih osnovah.

Seznam zanimivih novih fizikalnih odkritij in eksperimentov

Znanost in tehnologija hitro in stalno napredujeta. V znanstveni literaturi se je pojavilo nekaj zanimiv teorij in rezultatov poizkusov, ki pomenijo možen preboj pri izdelavi popolnoma novih načinov pogona vesoljske ladje na medzvezdnem potovanju. Seznam podaja le nekaj kratkih opomb posameznih idej in odkritij. 

• 2001 BPP (Breakthrough Propulsion Physics) konferenca v Salt Lake City je prinesla rezultate raziskav prvih meritev repulzivnih kvantnih vakuumskih sil, ki omogočajo nove zasnove vesoljskega pogona.

• 1996 Eberlein: Teorija pravi, da je laboratorijski efekt sonoluminiscence dejansko način ekstrahiranja virtualnih fotonov iz elektromagnetnih fluktuacij nulte točke (zero-point fluctuations).

• 1994 Alcubierre: Teorija WARP pogona je v skladu s splošno relativnostno teorijo.

• 1994 Haisch, Rueda in Puthoff: Teorija pravi, da je vztrajnost lastnost vakuumskih elektromagnetnih fluktuacij nulte točke.

• 1992 Podkletnov in Nieminen: Poročilo o eksperimentih s superprevodniki z nenavadnimi učinki – možnost obstoja gravitacijskega ščitnega efekta (shielding effect).

• 1989 Puthoff: Teorija, ki razširja idejo Sakharova iz leta 1968. Predvideva, da je gravitacija samo posebna lastnost vakuumskih elektromagnetnih fluktuacij nulte točke.

Seznam nekaterih raziskav alternativnih pogonov

Čeprav fizika še ni dognala ali so »vesoljski pogoni« ali »warp pogoni« mogoči. Ni jasno, če jih je mogoče na kakršenkoli način izdelati. Vendar se po svetu najdejo posamezniki, ki skušajo iznajti in udejaniti boljše pogone vesoljskih ladij, kot jih danes poznamo. Večina jih to počne na lastne stroške ali ob simbolični podpori določenih znanstvenih središč in ustanov. Vendar naletimo tudi na eksperimente, ki obetajo. Morda so samo vmesni korak do končnega »warp pogona«.
 

Raziskave in delavnice:

• 1995 Hujsak & Hujsak: Ustanovitev Interstelar Propulsion Society

• 1994 Belbruno: Bennett in drugi: Delavnica NASA o teoriji in posledicah potovanja hitreje-od-svetlobe

• 1991 Forward: Ocena zasnov naprednih vesoljskih pogonov

• 1990 Cravens: Ocena alternativnih teorij o elekromagnetizmu in gravitaciji za uporabo v vesoljskem pogonu

• 1990 British Aerospace Co.: Delavnica o preverjanju teorij in posledicah kontroliranja gravitacije.

• 1990 NASA Lewis Research Center: Simpozij Vizija-21 - potovanje v vesolje v naslednjem tisočletju

Teorije:

• 1996 Millis: Identifikacija obstoječih fizikalnih razvojnih idej, ki bi omogočile »vesoljska potovanja« in predstavitev zasnov sedmih različnih hipotetičnih medzvezdnih pogonov.

• 1994 Craner in drugi: Značilnosti naravnih črvin z vhodi iz negativne mase in kako jih odkriti z obstoječimi astronomskimi opazovanji.

• 1994 Forward: konceptna zasnova »vakuumske fluktuacijske baterije«, ki bi omogočala črpanje energije iz elektromegnetnih fluktuacij na podlagi Casimirjevega efekta (predviden leta 1948, izmeril Sparnaay leta 1958).

Eksperimenti:

• 1996 Forward: eksperimantalni predlogi za testiranje teorije vakuumskih fluktuacij in drugih masnih modifikacijskih teorij.

• 1995 Schlicher: Dokaz potiska (potisne sile) z uporabo »Nesimetričnih magnetnih indukcijskih polj« (nepotrjeno!).

Generalna relativnost

Teorija generalne relativnosti predvideva povezavo med gravitacijo in elektromagnetizmom. Masa raztegne čas, ki je osnova pri merjenju elektromagnetizma. Tako gravitacija vpliva na svetlobo, jo ukloni, potisne k rdečemu delu spektra in upočasni čas. Vedno več opazovanj potrjuje zasnovo teorije. Poznamo dejstvo, da gravitacija vpliva na elektromagnetizem. Nismo še opazili vplivanja elektromagnetizma na gravitacijo, vztrajnost ali potek časa.

Velika unifikacijska teorija ali M-teorija

Teorija počiva na trkanju delcev v velikih pospeševalnikih po vsem svetu. Fiziki proučujejo rezultate teh trkov in poskušajo ugotoviti, kako sta povezani »šibka sila« in elektromagnetizem. Prav tako poskušajo povezati »šibko silo« z »močno nuklearno silo«. Ko bodo dosegli združitev vseh teh elementov v skupno teorijo in jo preverili z eksperimenti, bo nastopil čas povezave omenjenih sil z gravitacijo. Ko bi dosegli to, bi nastala velika unifikacijska teorija. Na njeni podlagi bi bilo mogoče odkriti nove načine medzvezdnega pogona.

Vakuumske fluktuacije kvatne fizike

Energija nulte točke

Energija nulte točke (Zero Point Energy) ali vakuumska fluktuacijska energija je pojem, ki opisuje slučajno elektromagnetno nihanje, ki ostane v vakuumu, ko odstranimo vso ostalo energijo. Če odstranimo iz vesolja vso energijo, vso materijo, vso toploto, vso svetlobo … čisto vse, ugotovimo, da nekaj energije še vedno ostane. Ena izmed razlag pravi, da po principih kvantne fizike sploh ni mogoče ustvariti nulto energijsko stanje, torej prostor brez energije. Tudi za svetlobne valove veljajo podobno pogoji. Za vsako barvo svetlobe, tudi takšno, ki je človeško oko ne more videti, obstaja vsaj majhna količina te barve svetlobe. Skupna energija vseh teh različnih svetlobnih frekvenc je izredno velika. Teorija predvideva, da je prostoru vesolja, ki bi ga zajeli v šalico kave, toliko energije, da bi lahko v trenutku uparili vse oceane na Zemlji. Ali pa še več!
 

Pred časom fiziki niso mogli razumeti te zasnove, danes pa je široko sprejeta. Prve slutnje o obstoju energije nulte točke so dobili leta 1948 na podlagi več poizkusov. Ti so dali Casimirjev efekt, Van der Waalove sile, Lamb-Retherfordov zamik, podali razlage za Plankov radiacijski spektrum črnega telesa, pojasnili stabilnost vodikovega atoma v radioaktivnem kolapsu in efekt votlosti, ki zavre ali pospeši spontane emisije iz vzbujenih atomov.

Casimirjev efekt

Najbolj neposreden dokaz vakuumske energije je Casimirjev efekt. Če približamo dve kovinski plošči drugo k drugi, ju bo nenadoma vakuumska energija stisnila skupaj. Plošči namreč blokirata svetlobne valove, ki so preveliki, da bi valovali v prostoru med ploščama. Ker je več valovanja svetlobe na zunanji strani plošč kot med njima, se pojavi potisna sila, ki stisne plošči med seboj. Ta efekt je bil predstavljen z nedvoumnim eksperimentom.

Vprašanje je, če lahko nekako ugrabimo to energijo za medzvezdni pogon. Zaenkrat dvomijo, da jo je mogoče ugrabiti. Če bi jo bilo mogoče ugrabiti, ne vemo kakšne bi bile sekundarne posledice. Ta energija je na najnižji energijski točki. Menijo, da bi morali sami biti na še nižjem energetskem nivoju, da bi jo lahko uporabili. Razvite so že bile določene teorije, ki predvidevajo, da je mogoče uporabiti ekstrakcijo energije iz tega področja nizkega energijskega nivoja. A žal so še vedno brez ustreznega eksperimenta.

Vprašanje je tudi, zakaj tako energijsko bogatega izvora nismo že prej opazili. Zakaj ga je tako težko zaznati? Zamislite si, da živite na velikanski plošči in ne veste, da ste 30.000 metrov visoko. Z vašega gledišča, so vaša tla na ničelni višini. Če se ne približate robu vaše plošče, ne boste nikoli padli nižje in ne boste izvedeli, da je vaša ničelna točka 30.000 metrov visoko. Z vakuumsko energijo je nekaj podobnega, seveda pa vesolje ni samo dvodimenzionalno in zato komaj slutimo kolikšna in kakšna je naša ničelna točka.

Vakuumske fluktuacije so teoretično obdelali Haisch, Rueda in Puthoff glede na gravitacijo in vztrajnost. Njihove teoretične predpostavke so še vedno predmet znanstvene razprave. Tudi, če so teorije pravilne, še vedno ne podajo načina, kako bi z elektromagnetnimi silami inducirali potisno silo. Le Millisova teorija nakazuje možnost, da bi asimetrične interakcije z vakuumsko energijo mogoče zagotovile potisno silo.

Delavnica iz leta 1994 – potovanje hitreje-od-svetlobe

Maja 1994 je Gary Bennett iz vodstva NASA (sedaj je upokojen) vodil delavnico, ki je pregledala fizikalne možnosti in teorije o potovanju hitreje-od-svetlobe. Imenovala se je »Advanced Quantum/Relativity Theory Propulsion Workshop«. Na njej so pregledali možnosti za oblikovanje črvin, tahionov (delcev, ki so hitrejši od svetlobe), uporabo Casimirjevega efekta, kvantumskih paradoksov in fiziko dodatnih dimenzij vesolja. Udeleženci so ugotovili, da je še veliko neraziskanih poti in področij, ki bi z bodočimi raziskovanji lahko omogočili medzvezdno potovanje hitreje-od-svetlobe. Tako sedaj astronomi iščejo možne vhode v naravne črvine in iščejo negativno maso ob njih. Raziskujejo, če svetloba potuje hitreje znotraj Casimirjevega prostora (cavity). Prav tako ugotavljajo, če ima nevtrino imaginarno maso in kako to vpliva na pojav ali zaznavo tahionom podobnih lastnosti ali celo možnosti, da tahioni kot delci hitrejši od svetlobe dejansko obstajajo.
 

Torej lahko naredimo medzvezdni pogon?
Na vrh strani

Odgovor je: Žal, v bližnji ali napovedljivi bodočnosti to ni mogoče.

Nimamo še niti ustrezne fizikalne podlage, da bi lahko naredili medzvezdni pogon.
 

Kdaj bodo nastali ustrezni pogoji za kaj takega?

Napoved WARP pogona bo možna takrat, ko bodo nastali novi prodori v našem fizikalnem znanju. Bistvena sta dva pogoja in sicer kontroliranje gravitacije in preseganje omejitve hitrosti svetlobe.

Potrebujemo torej nove Tesle, Faradaye, Goddarde, Von Braune in druge brilijantne mislece in tehnike.

[kazalo strani]   [pretvorba enot]   [servisna stran]   [povezave]