Putem calatori mai repede ca lumina?

Cu mult timp înainte de Star Wars, Isaac Asimov a creat Fundatia, povestea epica a declinului si caderii Imperiului Galactic (Galactic Empire). Imperiul lui Asimov cuprindea 25 milioane de planete, calatoriile dintre acestea fiind facute cu ajutorul navelor spatiale, care strabateau galaxia. 

Cum reuseau aceste nave spatiale sa parcurga uriasele distante dintre stele? Deplasându-se prin hiperspatiu, desigur, asa cum chiar Asimov explica în Foundation:

„Deplasarea prin spatiul obisnuit cu viteze care nu depaseau viteza luminii ar fi putut continua … ceea ce ar fi însemnat ca durata calatoriei pâna la cele mai apropiate sistemele stelare locuibile ar fi fost de ordinul anilor. Prin hiperspatiu, aceasta regiune inimaginabila care nu era nici spatiu, nici timp, nici materie, nici energie, nici ceva anume, nici nimic, se putea traversa Galaxia într-un interval foarte scurt de timp”.

Despre ce vorbeste Asimov aici? Stia ceva despre o modalitate secreta cu ajutorul careia s-ar fi putut efectua calatorii cu viteze mai mari decât a luminii? Greu de crezut. Asimov a fost un scriitor de literatura stiintifico-fantastica care atunci când se confrunta în romanele sale cu o problema fara rezolvare, inventa pur si simplu o solutie pentru aceasta.

Nu puteti depasi viteza luminii

Pe baza a ceea ce stim în prezent, este imposibil sa ne deplasam mai repede decât lumina, ceea ce înseamna ca imperiile, federatiile, confederatiile galactice sunt practic imposibile. Acest lucru este un inconvenient. Pentru a putea totusi depasi viteza limita cosmica, scriitorii de literatura stiintifico-fantastica au inventat „motoarele warp”, „hiperspatiul”, „subspatiul” si alte trucuri care s-au întiparit în memoria cititorilor.

Toata lumea stie de nava spatiala Enterprise si de modul prin care aceasta se putea deplasa prin spatiul cosmic.

De asemenea, cu totii stim de nava spatiala Millennium Falcon.

Viteza luminii este viteza limita de deplasare în spatiul cosmic

De ce nu putem depasi viteza luminii? Sa ne amintim ca oamenii au vorbit despre „bariera sunetului” pâna când aceasta a fost depasita. Cu toate acestea, este mult mai greu sa depasim bariera reprezentata de viteza luminii. În secolul al XIX-lea oamenii de stiinta au dezvoltat teoria luminii care a iscat multa nedumerire.

În conformitate cu aceasta, pentru orice observator viteza luminii trebuie sa fie aceeasi (299.792.458 m/s). Aceasta înseamna ca daca încercati sa prindeti din urma un fascicul de lumina, fasciculul luminos se va îndeparta de voi cu viteza de 299.792.458 m/s indiferent de cât de repede va deplasati. Ceea ce este chiar mai bizar este faptul ca, chiar daca va deplasati cu 99% din viteza luminii, veti constata ca lumina se îndeparteaza cu exact aceeasi viteza de 299.792.458 m/s. La aceeasi constatare va ajunge si un prieten de-al vostru care sta pe loc.

Multi oameni de stiinta din acea vreme nu au crezut aceasta predictie ciudata, iar fizicianul american Albert Michelson (împreuna cu colaboratorul sau Edward Morley) au realizat un montaj experimental prin care au încercat sa determine cum se modifica viteza luminii ca urmare a deplasarii Pamântului prin spatiu. Experimentul Michelson-Morley nu a evidentiat nicio variatie a vitezei luminii. Aceasta parea sa fie la fel, indiferent daca au masurat-o în aceeasi directie cu cea în care se deplasa Pamântul sau într-o alta directie.

Einstein si relativitatea

Albert Einstein a conceput o întreaga teorie, numita teoria relativitatii restrânse, în jurul ideii ca viteza luminii este aceeasi pentru toti observatorii care o masoara, indiferent de cât de repede se deplaseaza acestia în raport cu lumina. Teoria lui Einstein a prezis faptul ca timpul si spatiul ar trebui sa se întinda sau sa se contracte atunci când cineva se deplaseaza cu o viteza tot mai mare. În consecinta, din teoria relativitatii restrânse a rezultat o viteza limita pentru deplasarea în spatiu: viteza luminii. Aceasta nu poate fi depasita.

Relativitatea este o piatra de temelie a fizicii moderne si nu avem niciun motiv sa ne îndoim de ea. Nimeni nu a observat vreodata un obiect care sa se deplaseze mai repede decât lumina. Trebuie aici sa mentionam ca viteza limita a lui Einstein este de fapt viteza luminii în vid. Lumina încetineste atunci când trece prin apa sau sticla, astfel încât este perfect posibil sa marim aceasta viteza redusa a luminii pâna la viteza corespunzatoare în vid. Orice se deplaseaza mai repede decât lumina în apa sau sticla produce echivalentul luminos al unui boom sonic, asa-numita radiatie Cerenkov. Este ceea ce le confera reactoarelor nucleare stralucirea de culoare albastra.

Motorul warp…

Dintre toate încercarile propuse pentru depasirea vitezei limita a lui Einstein, probabil cea mai plauzibila dintre ele este „motorul warp”. Acesta a fost propus de fizicianul Miguel Alcubierre si el nu încalca viteza limita de deplasare în Cosmos. Încercati sa umpleti o tigaie unsuroasa cu apa si apoi adaugati o picatura de sapun în tigaie. Unsoarea se va îndeparta catre marginile tavii.

Motorul-warp-si-deformarea-spatiului
Motorul-warp-si-deformarea-spatiului

Motorul warp al lui Alcubierre face exact acelasi lucru cu spatiul. Alcubierre a aratat ca printr-o distributie adecvata a materiei se poate contracta spatiul din fata unei nave spatiale în timp ce spatiul din spatele acesteia se va dilata. În acest fel se formeaza o bula mica în jurul navei care se poate deplasa cu viteza dorita. Deoarece spatiul se contracta în fata navei, aceasta nu se poate deplasa mai repede decât viteza luminii. De fapt, nava s-ar afla în repaus fata de bula warp, iar oamenii din interiorul navei nici nu ar simti acceleratia acesteia.

Exista însa o mica problema… Deformarea spatiului propusa de Alcubierre poate fi generata doar prin încalcarea „conditiei de energie slaba” („weak energy condition”). Oamenii de stiinta nu pot dovedi ca aceasta conditie de energie slaba este întotdeauna adevarata, dar orice încalcare a acesteia ar produce o multime de lucruri ciudate, cum ar fi o densitate de energie negativa sau gauri de vierme. Tot pe baza încalcarii acestei conditii s-ar putea construi masini de calatorit în timp. Cu toate acestea, niciodata nu s-a observat vreo încalcare a conditiei de energie slaba.

În consecinta, solutia motorului warp nu poate fi exclusa în totalitate, dar nici nu este foarte plauzibila.

Atunci, cum va ajunge omenirea la stele? Va trebui sa gasim o alta solutie. Sa trecem la treaba!

Traducere si adaptare dupa Faster-than-light travel: are we there yet?

Bogdan

Per aspera ad astra