SKUPINA fizičara iz New Yorka predstavila je ovih dana prvi warp pogon za putovanja brža od svjetlosti koji je stvarno moguć, koji ne krši zakone fizike.

Ljubiteljima znanstvene fantastike termin warp pogona koji omogućuje putovanja svemirom brzinama višestruko većim od brzine svjetlosti poznat je iz djela Isaaca Asimova ili filmova i serijala kao što su Zvjezdane staze.

Zašto je nemoguće dosegnuti brzinu svjetlosti?

Ako ste se pitali zašto nije moguće putovati brže od svjetlosti, evo pojednostavnjenog tumačenja.

Prema Einsteinovoj specijalnoj teoriji relativnosti sažetoj u poznatoj jednadžbi E = mc² energija i masa su međusobno zamjenjive, a materijalni objekti koji imaju masu, za razliku od fotona čija je masa u mirovanju jednaka nuli, nikako ne mogu dostići brzinu svjetlosti, a kamoli je nadići.

Problem je u tome što bi trebala beskonačna količina energije da bi neko tijelo koje ima masu dostiglo brzinu jednaku brzini svjetlosti. Jednostavnim riječima, tijelu raste masa što se brže kreće jer mu raste energija koja je izjednačiva s masom. A kako mu raste masa tako raste i energija koja je potrebna da bi se ono ubrzalo (npr. čovjek guranjem može vrlo lako ubrzati pikulu ili bicikl, ali ne i kamion).

To se zbiva u skladu s tzv. Lorentzovim transformacijama odnosno Lorentzovim faktorom (formula dolje) koji opisuje kako se mijenjaju neka fizikalna svojstva s brzinom.

Ako u ovoj formuli brzina (v) nekog tijela postane jednaka brzini svjetlosti (c), Lorentzov faktor (ℽ) postat će beskonačan jer ćemo imati razlomak u kojem je ℽ = 1/korijen od (1-1), odnosno 1/0, što je beskonačno. Kada masu tijela, primjerice svemirske letjelice, pomnožimo s beskonačnim faktorom, ona postaje beskonačna.

Na malim, svakodnevnim brzinama, kao što je brzina automobila ili zrakoplova, Lorentzov faktor nema primjetan utjecaj jer je v puno manji od c pa uglavnom vrijedi da je ℽ = 1/1-0 = 1, što znači da se masa ne mijenja s brzinom.

Dakle, ponovimo još jednom - da bi tijela dosegnula brzinu svjetlosti, potrebna je beskonačna energija. To je razlog zbog kojeg veliki ubrzivači čestica poput LHC-a, unatoč golemim energijama, čak ni djeliće atoma poput protona ne mogu ubrzati točno do brzine svjetlosti; mogu ih ubrzati "samo" do brzine od 0.999999990 c, što je za 0.0031 km/s, odnosno 11 km/h manja brzina od brzine svjetlosti (c ≈ 300 000 km/s).

Rješenja za problem granične brzine svjetlosti

Ovaj problem prirodnog ograničenja brzine podrazumijeva da je vrlo teško zamisliti putovanja među zvijezdama – ona postaju tehnološki neizvediva u nekom normalnom razdoblju.

Ipak, problem se može riješiti, barem teoretski. Zakoni fizike kažu da brzina nekog tijela ne može biti jednaka ili veća od brzine svjetlosti, no ne kažu da se samo prostorvrijeme ne može kretati ili širiti brže od svjetlosti – svemir se može širiti brže od svjetlosti. Drugim riječima, teoretski je moguće iskriviti prostorvrijeme i u njemu stvoriti mjehur koji će se kretati brzinom većom od brzine svjetlosti dok će letjelica u njemu mirovati.

Putovanje kroz crvotočinu kako ga je zamislio Les Bossinas za NASA-u

Alcubierreov koncept warp pogona

Prvi koncept letjelice koja bi mogla putovati brže od svjetlosti predstavio je meksički astrofizičar Miguel Alcubierre.

On je, tijekom rada na doktoratu na University of Wales 1994. godine, predložio metodu za promjenu geometrije prostorvremena stvaranjem vala koji bi uzrokovao da se prostor ispred letjelice sažima, a iza letjelice širi, čime bi se stvorio svojevrstan mjehurić prostorvremena koji bi mogao putovati brže od svjetlosti unutar ravnog prostorvremena. Letjelica bi u njemu mirovala i ne bi kršila zakone fizike, no istovremeno bi mogla putovati brže od svjetlosti nošena warp mjehurićem dok god bi se on kretao brže od svjetlosti, slično kretanju surfera na morskom valu.

Problem ovog modela je što bi za njegovo stvaranje trebala postojati golema količina egzotične negativne energije koncentrirana na jednom mjestu, što je praktično neizvedivo u skladu sa zakonima fizike kakve danas poznajemo - negativna energija kakva nam treba za stvaranje warpa postoji samo u fluktuacijama na mikroskopskoj kvantnoj skali.

Novo rješenje je izvedivo, no ne već danas

No, u novom istraživanju, objavljenom u časopisu u IOPscience, predstavljeno je zaobilazno rješenje za navedeni problem.

Prema fizičarima iz skupine Applied Physics sa sjedištem u New Yorku, warp pogon moguć je i bez problematične negativne energije.

"Krenuli smo u smjeru drugačijem od NASA-e i ostalih, a naša su istraživanja pokazala da u općoj relativnosti postoji nekoliko drugih mogućih klasa warp pogona", rekao je astrofizičar Alexey Bobrick sa sveučilišta Lund u Švedskoj.

"Konkretno, formulirali smo nove klase warp pogonskih rješenja koje ne zahtijevaju negativnu energiju i tako postaju usklađene s fizikom."

Prema novom radu, za stvaranje warp pogona ne bi trebala negativna energija, već izuzetno snažno gravitacijsko polje. Gravitacija bi iskrivila prostorvrijeme na način sličan kao u Alcubierreovom modelu, a pritom bi protok vremena unutar letjelice na warp pogon i izvan nje bio jako različit. Naime, poznato je da vrijeme u blizini golemih gravitacijskih polja protječe sporije. Popularan primjer za to je astronaut koji upada u crnu rupu. Za vanjskog promatrača astronaut bi u blizini crne rupe bio praktički zamrznut u vremenu i nikada ne bi sasvim upao u nju. Istovremeno za astronauta se ne bi ništa promijenilo – njemu bi subjektivno vrijeme prolazilo isto kao uvijek. 

No, nažalost, ovdje dolazimo do novog problema, a to je kako stvoriti toliko jako gravitacijsko polje. Za neki primjetan učinak na prostorvrijeme trebala bi masa veća od mase uobičajenih planeta.

"Kada bismo uzeli masu cijelog planeta Zemlje i sabili je u kuglu promjera 10 metara, promjena brzine protoka vremena unutar nje još uvijek bi bila vrlo mala, samo dodatni sat u godini", rekao je Bobrick za New Scientist.

Još jedno zanimljivo otkriće nove studije je da bi manje energije trebalo za ubrzavanje letjelice kada bi ona imala oblik kovanice ili tanjura koji leti plosnatom stranom prema naprijed. Za dugačku raketu, u kojoj bi putnici sjedili jedan iza drugoga, trebala bi veća energija nego za plosnatu letjelicu u kojoj putnici sjede jedan do drugoga, rame uz rame.

Mada je stvarnost putovanja do udaljenih zvijezda i planeta očito još uvijek daleko, nova studija ipak predstavlja najnoviji dodatak sve većem broju istraživanja koja sugeriraju da su principi warp pogona u znanstvenom smislu mogući.

Istraživači priznaju da još uvijek nisu sigurni kako bi se mogla konstruirati tehnologija koju su opisali u svom radu, no uvjereni su da će warp pogon u budućnosti postati stvarnost.