مع سهولة تشغيل السيارة، يشرع طاقم المركبة الفضائية USS Enterprise في مغامرة جديدة في كل حلقة. ستار تريك، ويسافر بطريقة أو بأخرى بسرعة أكبر من سرعة الضوء. شوهدت هذه الرحلة العملية بين النجوم من الخيال العلمي لأول مرة في عام 1966، وقد ألهمت الفيزيائي المكسيكي ميغيل ألكوبيير مويا لاستكشاف إمكانية وجود طريقة حقيقية للدفع بسرعة الضوء. وبعد عقود من الزمن، نشر بحثه المتطور أمام مجتمع مندهش من علماء الفيزياء النظرية. من المفترض أن يؤدي محرك Alcubierre الملتوي إلى تقليص الزمكان أمام المركبة الفضائية وتوسيع الزمكان خلفه، مما يتسبب في تحرك السفينة من النقطة A إلى النقطة B بسرعات “سريعة بشكل تعسفي”. ومن خلال تشويه الزمكان – وهو الاستمرارية حول الأبعاد الثلاثة للمكان والزمان – فإن الراصد الموجود خارج الفقاعة المنحنية للسفينة سيرى أنها تتحرك بسرعات أكبر من الضوء، على الرغم من أن المراقبين داخل السفينة لن يفعلوا ذلك. أي قوى التسارع.
إذا نجحت آلة فائقة السطوع (أي أسرع من سرعة الضوء) مثل تلك الموجودة في ألكوبيير، فيمكن أن تُحدث ثورة في مساعي البشرية في الكون، وربما تسمح لنا بالوصول إلى أقرب نظام نجمي لنا، ألفا سنتوري، في أيام أو أسابيع. إنه على بعد أربع سنوات ضوئية.
ومع ذلك، يواجه محرك ألكوبيير مشكلة واضحة: القوة الدافعة له، والتي تسمى “الطاقة السلبية”، تتكون من جسيمات غريبة، والتي، على حد علمنا، هي مادة افتراضية غير موجودة في عالمنا. تتصرف الجسيمات الغريبة، التي توصف بمصطلحات رياضية فقط، بطرق غير متوقعة، مثل امتلاك كتلة غير متوقعة والعمل ضد الجاذبية (في الواقع، على مدى السنوات الثلاثين الماضية، كان العلماء ينشرون الأبحاث التي تكسر الحواجز الكامنة في سرعة الضوء التي كشف عنها في نظرية ألكوبيير). 1994 ورقة بحثية في المجلة الجاذبية الكلاسيكية والكمية.
الآن، الباحثون في مختبر الأفكار الفيزياء التطبيقية، ومقرها نيويورك، أنهم وجدوا نهجًا جديدًا مبتكرًا لحل العقبة الأساسية التي تواجه محرك الالتواء. وقام الفريق بالتعاون مع زملاء من مؤسسات أخرى بتطوير نظام “الطاقة الإيجابية” الذي لا ينتهك قوانين الفيزياء المعروفة. وهذا تغيير جذري، وفقًا لاثنين من مؤلفي الدراسة: جياني مارتير، الرئيس التنفيذي للفيزياء التطبيقية، وجاريد فوكس، طبيب وعالم كبير في نفس المؤسسة. كما تم نشر أعماله الجاذبية الكلاسيكية والكمية بحلول نهاية أبريل، قد يكون هذا هو الفصل الأول في دليل السفر إلى الفضاء بين النجوم.
الطاقة الإيجابية تصنع الفارق. تخيل أنك رائد فضاء في الفضاء وأنت تدفع كرة تنس. يوضح مارتر أنه بدلاً من التحرك بعيدًا، يتم دفع الكرة إلى الخلف، ويمكن أن يؤدي تطبيق قوة دافعة كافية إلى “تمزيق ذراعك”. الميكانيكا الشعبية. هذه طاقة سلبية، وعلى الرغم من أن تصميم ألكوبيير يتطلبها، إلا أنه لا توجد طريقة لتسخيرها.
بدلاً من ذلك، من المرجح أن تخلق الطاقة الإيجابية القديمة “فقاعة منحنية”، وهو هيكل كروي يحيط بسفينة ركاب باستخدام قوة الجاذبية العادية، ولكنها مهمة للغاية، لغلاف مكوك الفضاء، ولكن دون أن يشعر الركاب بأي تسارع أو يقول الشهيد: “رحلة بالمصعد مثيرة جدًا”.
شرح فوكس أ الميكانيكا الشعبية يتم التحكم بعناية في كثافة الإطار والضغط الذي يمارسه في الداخل. وفقا للنظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، لا شيء يمكن أن يتحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء. لذلك تم تصميم الفقاعة للسماح للمشاهدين بتجربة الحركة الطبيعية في الوقت المناسب داخل بيئتهم المكانية المحلية – داخل الفقاعة. وفي الوقت نفسه، تقوم الفقاعة نفسها بضغط الزمكان أمام السفينة وتتوسع خلفها، وتحمل نفسها والسفينة فيها بسرعات لا تصدق. يوضح فوكس أن جدران الفقاعة تخلق الزخم اللازم، تمامًا مثل الكرات المتدحرجة. “إن حركة المواد على الجدران تخلق في الواقع تأثيرًا على الساكنين في الداخل.”
ويوضح فوكس أن ذلك يرجع إلى أن كثافة القشرة والضغط الذي تمارسه في الداخل يتم التحكم فيهما بعناية الميكانيكا الشعبية. وفقا للنظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، لا شيء يمكن أن يتحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء. لذلك تم تصميم الفقاعة للسماح للمشاهدين بتجربة الحركة الطبيعية في الوقت المناسب داخل بيئتهم المكانية المحلية – داخل الفقاعة. وفي الوقت نفسه، تقوم الفقاعة نفسها بضغط الزمكان أمام السفينة وتتوسع خلفها، وتحمل نفسها والسفينة فيها بسرعات لا تصدق. يوضح فوكس أن جدران الفقاعة تخلق الزخم اللازم، تمامًا مثل الكرات المتدحرجة. “إن حركة المواد على الجدران تخلق في الواقع تأثيرًا على الساكنين في الداخل.”
بناءً على مقالته لعام 2021 نشرت في الجاذبية الكلاسيكية والكمية – في وصف العمل السابق الذي قام به نفس الباحثين على محركات الالتواء الفيزيائية – تمكن الفريق من نمذجة مدى تعقيد النظام باستخدام برنامج الكمبيوتر الخاص بهم، Warp Factory. هذه المجموعة من الأدوات لنمذجة الزمكانات لمحركات العوامل مما يسمح للباحثين بتقييم معادلات أينشتاين الميدانية وحساب ظروف الطاقة اللازمة لمختلف الأشكال الهندسية لمحرك العوامل. يمكن لأي شخص تنزيله واستخدامه مجانًا. أدت هذه التجارب إلى ما أسماه فوكس بالنموذج المصغر، وهو أول نموذج عام للمحرك المنحني ذو الطاقة الإيجابية. أظهر عملهم السابق أيضًا أن كمية الطاقة اللازمة لثني الفقاعة تعتمد على شكل الفقاعة؛ على سبيل المثال، كلما كانت الفقاعة مسطحة في اتجاه السفر، كلما قلت الطاقة التي تتطلبها.
يشير هذا التقدم الأخير ويوضح إمكانيات جديدة لدراسة تصميم منحنى السفر الميكانيكا الشعبية دكتور اريك لينتز. في منصبه الحالي كفيزيائي في مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني في ريتشلاند، واشنطن، يساهم لينتز في البحث في اكتشاف المادة المظلمة وعلم المعلومات الكمومية. يهدف بحثه المستقل حول نظرية آلات الالتواء إلى تطوير الفيزياء التقليدية مع إعادة التفكير في شكل الفضاء الملتوي. ويقول إن هذه القضية يجب أن تتغلب على العديد من العقبات العملية.
يتطلب التحكم في فقاعات الاعوجاج تنسيقًا كبيرًا، حيث أنها تحتوي على مادة وطاقة مع مرور الوقت للحفاظ على سلامة الركاب وفي نفس الوقت مع الهدف. “يمكننا تصميم زمكان يمر فيه الزمن بشكل مختلف تمامًا [del habitáculo] كان ذلك. يقول لينتز: “إذا لم نكن حذرين، فقد نفوت موعدنا مع بروكسيما سنتوري”. ويضيف: “سيكون الأمر أكثر خطورة إذا كنا نسافر بسرعة أقل من سرعة الضوء”.
على الرغم من أن الحل الحالي في الفيزياء التطبيقية يتطلب محركًا ملتويًا يسير بسرعة أقل من سرعة الضوء، إلا أن النموذج لا يزال بحاجة إلى تقديم كتلة تعادل كوكبي المشتري. وإلا فلن تتمكن من تحقيق الجاذبية والسرعة الكافية لإحداث تأثير تزييف كبير. لكن لا أحد يعرف ما هو مصدر هذه الكتلة، على الأقل حتى الآن. تشير بعض الأبحاث إلى أنه إذا تمكنا بطريقة ما من تسخير المادة المظلمة، فيمكننا استخدامها للسفر بسرعة الضوء، لكن فوكس ومارتير يشككان في هذا لأنه يمثل لغزًا كبيرًا حاليًا (وجسيمًا غريبًا).
على الرغم من أنه لا يزال أمام العلماء العديد من المشاكل التي يتعين عليهم حلها لإنشاء محرك اعوجاج فعال، إلا أن نموذجهم يجب أن يقترب في النهاية من سرعة الضوء، كما يقول فريق الفيزياء التطبيقية. على الرغم من أن النموذج القابل للتطبيق سيكون أبطأ من سرعة الضوء، إلا أنه سيكون بمثابة تحسن كبير مقارنة بالتكنولوجيا الحالية. على سبيل المثال، يستغرق Alpha Centauri تسع سنوات ليسافر بسرعة نصف سرعة الضوء. على النقيض من ذلك، فإن فوييجر 1، أسرع مركبة فضائية لدينا والتي تسافر حاليًا بسرعة 38000 ميل في الساعة، ستستغرق 75000 سنة للوصول إلى أقرب نظام نجمي لنا.
بالطبع، مع اقترابنا من السرعة الفعلية للضوء، تختلف الأمور تمامًا. وفقا لمبادئ النسبية الخاصة لأينشتاين. إن الجسم الذي يتحرك بسرعة أكبر من أي وقت مضى سيزيد من كتلته إلى ما لا نهاية، وسيتطلب طاقة لا نهائية للحفاظ على سرعته.
“هذا هو القيد الرئيسي والتحدي الرئيسي الذي يتعين علينا التغلب عليه: كيف يمكننا الحفاظ على كل هذا؟ [burbuja]ولكن ليس لدرجة أننا لا نستطيع حتى تجميعها معًا؟” يقول مارتييه. ويضيف أن الإجابة قد تكمن في فيزياء المادة المكثفة. ويتعامل هذا الفرع من الفيزياء على وجه التحديد مع القوى بين الذرات والإلكترونات. وتقنياتنا الحالية مثل الترانزستورات، لقد ثبت أن ليزر الحالة الصلبة ووسائط التخزين المغناطيسية هي الأساس للكثيرين.
والمشكلة الكبيرة الأخرى هي أن النماذج الحالية تسمح بفقاعة ذات انحناء ثابت، ولكن بسرعة ثابتة فقط. لم يتوصل العلماء بعد إلى كيفية إنشاء التسارع الأولي. في الطرف الآخر من الرحلة، كيف تفرمل السفينة؟ يقول مارتير: “إن الأمر يشبه محاولة فهم السيارة لأول مرة”. “ليس لدينا المحرك بعد، لكننا نرى الضوء في نهاية النفق.” لقد كانت تكنولوجيا المحركات الملتوية في مرحلة تكنولوجيا السيارات منذ عام 1882، كما يقول: كان السفر بالسيارة ممكنًا، لكنها ما زالت تبدو وكأنها مشكلة صعبة للغاية.
يعتقد فريق الفيزياء التطبيقية أن الاكتشافات المستقبلية في السفر الالتفافي أمر لا مفر منه. يعد نموذج الطاقة الإيجابية العام خطوة أولى. ويقول الشهيد، ليس علينا أن نسافر بسرعة الضوء لنصل إلى المسافة التي ما هي اليوم إلا حلم. “إن الإنسانية رسميًا، ورياضيًا، تسير على طريق المجرة.”
قبل الانضمام الميكانيكا الشعبيةعمل ماناسي ووك كمراسل صحفي وصحفي علمي وكاتب تقني ومهندس كمبيوتر. إنها تبحث دائمًا عن طرق للجمع بين ثلاث أفراح عظيمة: العلم والسفر والطعام.
