Är "Warp Drive" från Star Trek möjligt?

En av de viktigaste plot-enheterna i nästan alla "Star Trek"Avsnitt och film är rymdskeppens förmåga att resa i ljuset och utanför. Detta händer tack vare ett framdrivningssystem som kallas warpdrift. Det låter "science-fictiony", och det är - varpdrivning existerar inte. I teorin kan dock någon version av detta framdrivningssystem skapas från idén - med tillräckligt med tid, pengar och material.

Kanske verkar det främsta skälet till att varpdrivningen är möjligt att det inte har avvisats än. Så det kan finnas hopp om en framtid med FTL (snabbare än ljuset) resa, men inte snart.

Inom science fiction är varpdrivning det som låter fartyg komma över rymden genom att röra sig snabbare än ljusets hastighet. Detta är en viktig detalj, eftersom ljushastighet är den kosmiska hastighetsgränsen - universumets ultimata trafiklagar och barriär.

Så vitt vi vet kan ingenting röra sig snabbare än ljus. Enligt Einsteins teorier om relativitet, det tar en oändlig mängd energi för att påskynda ett föremål med massa upp till

Ändå finns det två kryphål. Den ena är att det inte verkar finnas ett förbud mot att resa så nära lyxhastigheten som möjligt. Det andra är att när vi pratar om omöjligt att nå ljusets hastighet, pratar vi vanligtvis om framdrivning av föremål. Emellertid är begreppet varpdrivning inte nödvändigtvis baserat uteslutande på fartygen eller föremålen själva som flyger med ljusets hastighet, vilket förklaras ytterligare nedan.

Maskhål är ofta en del av konversationen kring rymdresa över universum. Resa dock via maskhål skulle vara tydligt annorlunda än att använda varp-enhet. Medan varpdrivning innebär att man rör sig med en viss hastighet, är maskhål teoretiska strukturer som gör det möjligt för rymdskepp att resa från en punkt till en annan genom att tunnla genom hyperspace. Effektivt skulle de låta fartyg ta en genväg eftersom de tekniskt sett förblir bundna till normal rymdtid.

En positiv biprodukt av detta är att rymdskeppet kan undvika oönskade effekter som tidsutvidgning och reaktioner på massiv acceleration på människokroppen.

Vår nuvarande förståelse av fysik och hur ljus rör sig utesluter föremål från att nå en hastighet som är större än hastighet, men det utesluter inte möjligheten att rymden själv reser med eller över den hastigheten. I själva verket hävdar vissa människor som har undersökt problemet att utrymmet i det tidiga universum expanderade med superluminal hastighet, om bara för ett mycket kort intervall.

Om dessa hypoteser bevisas vara sanna, kan en varpkörning dra nytta av detta kryphål och lämna problemet med framdrivning av föremål och i stället uppdrag forskare i frågan om hur man genererar den enorma energin som behövs för att röra sig rumtiden.

Om forskare tar denna inställning kan man tänka på varp-drivning på detta sätt: En varp-enhet är det som skapar en enorm mängd energi som kontrakterar tidsrymden framför rymdskeppet och samtidigt expanderar rymdtid bakifrån och skapar i slutändan ett varp bubbla. Detta skulle leda till att rymdtid kaskader av bubblan - fartyget stannar stilla i dess lokala område när varpen fortsätter till en ny destination vid superluminal progression.

I slutet av 1900-talet bevisade den mexikanska forskaren Miguel Alcubierre att varpkraften i själva verket var förenlig med lagar som styr universum. Motiverad av hans fascination för Gene Roddenberrys revolutionära tomtförare, Alcubierres rymdskepp design - känd som Alcubierre-enheten - rider en "våg" av rymdtid, ungefär som en surfare rider en våg på hav.

Trots Alcubierres bevis och det faktum att det inte finns något i vår nuvarande förståelse av teoretiska fysik som förbjuder en varpdrivning från att utvecklas, idén som helhet är fortfarande i riket spekulation. Vår nuvarande teknik är inte riktigt där ännu, och även om människor arbetar på sätt att uppnå denna massiva prestanda av rymdresor, finns det många problem som ännu inte ska lösas.

Skapandet och rörelsen av en varpbubbla kräver att utrymmet framför den förstörs, medan utrymmet längst bak måste snabbt växa. Detta förintade utrymme är det som kallas negativ massa eller negativ energi, en mycket teoretisk typ av materia som ännu inte har hittats.

Med det sagt, har tre teorier flyttat oss närmare verkligheten av negativ massa. Casimir-effekten fastställer till exempel en inställning där två parallella speglar är placerade i ett vakuum. När de flyttas extremt nära varandra verkar det som om energin mellan dem är lägre än energin runt dem och därmed skapar negativ energi, även om bara i mindre mängder.

Under 2016 bevisade forskare vid LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) att rymdtiden kan "skeva" och böjas i närvaro av enorma gravitationsfält.

Och från och med 2018 använde forskare från University of Rochester lasrar för att visa en annan möjlighet för att skapa negativ massa.

Även om dessa upptäckter tänker mänskligheten närmare en fungerande varpkörning, är dessa små mängder negativ massa långt från storleken på den negativa energitätheten som skulle behövas för att resa 200 gånger FTL (hastigheten som behövs för att komma till närmaste stjärna i en rimlig mängd av tid).

Med Alcubierres design 1994 såväl som andra verkade det som om den stora mängden energi som krävs för att skapa nödvändig expansion och sammandragning av rymdtid skulle överskrida solens produktion under dess 10 miljarder år livslängd. Ytterligare forskning kunde dock sänka mängden negativ energi som behövs för en gasgigantplanet, som, trots en förbättring, fortfarande är en utmaning att komma med.

En teori för att lösa detta hinder är att utvinna den enorma mängden energi som skapas från matter-anti förintelser - explosioner av samma partiklar med motsatta laddningar - och använder det i skeppets "varpkärna".

Även om forskare lyckas böja rymdtiden runt ett givet rymdskepp, skulle det bara leda till fler frågor om rymdresa.

Forskare teoretiserar att en varpbubbla tillsammans med interstellär resor potentiellt kan samla ett stort antal partiklar, vilket kan orsaka massiva explosioner vid ankomst. Andra möjliga problem i samband med detta är frågan om hur man navigerar i hela varpbubblan och frågan om hur resenärer skulle kommunicera med jorden.

Tekniskt sett är vi fortfarande långt borta från varpkörning och interstellar resor, men med teknikens utveckling och drivande mot innovation är svaren närmare än någonsin tidigare. Människor som Elon Musk och Jeff Bezos som strävar efter att göra oss till en rymdfarande civilisation är de stimuli som krävs för att knäcka varpkodens kod. För första gången på decennier finns det en rock-and-roll-liknande spänning kring rymdflygning, och denna typ av entusiasm är en annan viktig del i strävan att utforska universum.