Egy új kutatás a fizika egy eddig keveset kutatott területére, a fantázia és a valóság között húzódó vékony határrétegre kalauzol el bennünket, és megvizsgálja azt, hogy mi történne a téridővel egy meghibásodott térhajtómű környezetében.

Aki szereti a science fiction műfaját, és ismeri a Star Trek sorozatot, bizonyára találkozott már a térhajtómű fantasztikus technológiájával, amely lehetővé teszi, hogy egy adott űreszköz a fény sebességénél gyorsabban mozogjon. Ez az eszköz a téridő szövetének manipulációjával látszólag képes ellent mondani a modern fizika elméleteinek, és elérni egy olyan sebességet, amely még a fénysebességnél is gyorsabb. Ami talán még ennél is meglepőbb lehet, hogy a térhajtómű fizikájának megértésével nem csak a science fiction rajongói, hanem a tudósok is foglalkoztak. Ennek legékesebb példája a Miguel Alcubierre által megalkotott Alcubierre-buborék, amely sok szempontból hasonlít a Star Trek-ben megjelenő térhajtóműre.

Az Alcubierre-buborék egy, az általános relativitáselmélettel tökéletes összhangban lévő, ámde mégis csak kicsit absztraktnak tűnő megoldást vonultat fel előttünk, amely szerint a téridőnek egy speciális, buborék alakú görbülete képes lehet a fény sebességénél gyorsabban haladni. A buborék egyik részében a tér görbülete pozitív, a másik oldalon pedig negatív, ilyen módon a pozitív görbületű régióban nagyon erős gravitációs erő, a másik oldalon pedig antigravitációs erő hat. Ez utóbbi görbületnek a létrehozásához azonban negatív tömegű, tehát egy egzotikus, antigravitációt keltő anyagra lenne szükség, amelyet napjainkban még nem ismerünk. Az ilyesféle hajtómű létezése tehát mégsem mond ellent jelenlegi fizikai törvényeinknek, elkészítése azonban antigravitációs hatású anyag hiányában igencsak problémás.

Illusztráció az Alcubierre-buborékról. (Forrás: wikipedia)

A nemrégiben három egyetem, a Queen Mary University of London, a Cardiff University, és a University of Potsdam and the Max Planck Institute (MPI) for Gravitational Physics kutatócsoportja is foglalkozott ezzel a kérdéskörrel, azonban az eddigiektől eltérő irányból közelítették meg a problémát: itt ugyanis nem a térhajtómű létrejöttéhez szükséges feltételeket vizsgálták meg, hanem azt, hogy mit okozna a téridő szerkezetével egy lehetséges módon létező térhajtómű meghibásodása. A kutatás eredményeként sikerült kimutatniuk, hogy egy ilyen esemény apró fodrozódásokat keltene a téridő szövetén, amelyeket gravitációs hullámok néven ismerünk.

Illusztráció két egymásba olvadó fekete lyukról, amint gravitációs hullámokat bocsátanak ki. (Forrás: NASA.)

„Bár a térhajtóművek létezése pusztán elméleti feltételezés, az általános relativitáselmélet egyenletei matematikailag megfelelő leírást tudnak adni rájuk, és így az is lehetségessé válik, hogy numerikus szimulációk futtatásával megvizsgáljuk, hogy meghibásodásuk során hogyan alakulnak ki gravitációs hullámok.” – mondta Katy Clough, a kutatás résztvevője.

Fantázia, vagy valóság?

Einstein általános relativitáselmélete szerint a nagy tömegű testek „meghajlítják” a 3 dimenziós téridő szövetét egy negyedik dimenzió felé. Az elmélet szerint tehát a gravitáció a téridő görbületeként írható le: minél nagyobb egy objektum tömege, annál inkább képes meghajlítani a téridő lepedőjét. Szintén a relativitáselméletből következik a gravitációs hullámok létezése is, amelyet az egymásba spirálozó fekete lyukak vizsgálatával napjainkra sikerült bebizonyítani.

Az általános relativitáselmélet Einstein korábbi elméletén, a speciális relativitáselméleten alapul, amely szerint a tömeggel rendelkező testek mozgásának sebessége nem haladhatja meg a fény sebességét.

Ez a két feltevés arra sarkallta a science fiction írókat, hogy az egyik szabályt valamelyest átírják annak érdekében, hogy az űreszközök valamilyen formában átléphessék a fény sebességét. A Star Trek világában ez egy egzotikus, negatív tömegű anyag segítségével valósul meg, amely létrehoz egy, a fény sebességénél gyorsabban haladó buborékot a téridőben oly módon, hogy a buborék előtti teret összenyomja, a mögötte lévő teret pedig kifeszíti. Alcubierre számításai alapján egy ilyen térhajtómű létezése nem mond ellent a relativitáselméletnek, hiszen nem az űreszköz halad gyorsabban a fénynél, hanem maga a tér görbül speciális módon.

A Clough által vezetett kutatócsoportnak megmozgatta a fantáziáját a térhajtómű vizsgálata: Alcubierre modelljét alapul véve numerikus szimulációkat futtattak, hogy megvizsgálják azt a lehetőséget, amikor meghibásodik egy ilyen hajtómű. Számításaik szerint ez az esemény az összeolvadó fekete lyukakénál, vagy neutroncsillagokénál kisebb frekvenciájú gravitációs hullámok kibocsátásával járna, amelyet jelenleg nem képes észlelni a gravitációs hullámok detektálására létrehozott LIGO detektor (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Egy jövőbeli, érzékenyebb detektor azonban talán képes lehet rá.

Gravitációs hullámokat keltő objektumok, és a gravitációs hullámaik frekvenciája. (Forrás: NASA Goddard Space Flight Center.)

Bár az itt bemutatott eredmények a fantázia és a valóság határán táncolnak, és jelenleg pusztán elméleti feltételezésekre alapulnak, ám nem kizárt, hogy a későbbiekben gyakorlati szempontból is hasznosnak bizonyulnak az ehhez hasonló számítások. Gondoljunk csak Einstein relativitáselméletére: első hallomásra bizonyára az is pusztán spekulációnak tűnhetett, napjainkra azonban bebizonyosodott, hogy ismerete nélkül nem működhetnének például GPS-műholdjaink. Éppen ezért előre lendíthetik a tudományt az elsőre absztraktnak tűnő számítások, és elméleti modellek is.

A Star Trek térhajtóművének működése. (Forrás: wikipedia.)

A leírtakról szóló tanulmány az Open Journal of Astrophysics című lapban jelent meg.

A cikk forrása: https://www.space.com/warp-drive-failure-scientific-consequences-star-trek