رویای بزرگ؛ آیا سرعت فراتر از نور محقق می‌شود؟

فرارو- برای چندین دهه است که ما رویای بازدید از سیستم‌های ستاره‌ای دیگر را در سر می‌پرورانیم، اما یک مشکل اساسی در مسیر این رویا قرار دارد؛ آن‌ها بسیار دور هستند و با پرواز‌های فضایی امروزی ده‌ها هزار سال طول می‌کشد تا به نزدیک‌ترین آن‌ها برسیم. در مطالعه‌ای که در سال ۲۰۲۱ توسط، اریک لنتز فیزیکدان دانشگاه گوتینگن آلمان صورت گرفت، ما ممکن است سرانجام به راه حل مناسبی برای این معضل ست یافته باشیم.

به گزارش فرارو، ایده این دانشمند آلمانی ممکن است رویکرد متفاوتی را برای حل معمای سفر سریعتر از نور ارائه دهد، با این همه این ایده هنوز به دستاورد نهایی نرسیده است. در فیزیک معمولی، مطابق با نظریه‌های نسبیت آلبرت انیشتین، هیچ راهی واقعی برای رسیدن یا فراتر رفتن از سرعت نور وجود ندارد، چیزی که ما برای هر سفری که در سال نوری اندازه‌گیری می‌شود به آن نیاز داریم.

اگرچه حرکت دادن ماده به سرعتی بیش از سرعت نور، همیشه با یک نه بزرگ مواجه بود، «فضازمان» خود چنین قانونی ندارد. در واقع، دوردست‌های کیهان در حال حاضر نیز سریع‌تر از آن چیزی که نور می‌تواند طی کند، در حال گسترش هستند. دانشمندان می‌گویند در جهت بهره گیری از یک قابلیت مشابه برای اهداف حمل و نقل، باید معادلات نسبیت را حل کنیم تا چگالی انرژی کمتر از فضای خالی ایجاد کنیم. اگرچه این نوع انرژی منفی در مقیاس کوانتومی اتفاق می‌افتد، اما انباشته شدن آن به شکل «جرم منفی» هنوز هم قلمروی ناشناخته برای فیزیک است.

علاوه بر تسهیل انواع دیگر احتمالات انتزاعی، مانند کرم چاله‌ها و سفر در زمان، انرژی منفی می‌تواند به نیرو بخشیدن به چیزی که به عنوان درایو چرخشی Alcubierre شناخته می‌شود، کمک کند. این مفهوم از قوانین انرژی منفی برای انحراف فضا به دور یک فضاپیمای فرضی استفاده می‌کند، و آن را قادر می‌سازد تا سریع‌تر از نور و بدون به چالش کشیدن قوانین فیزیکی سنتی حرکت کند. اما چگونه می‌توان این کار را انجام داد؟

لنتز یک روش بسیار جدید برای انجام این کار را پیشنهاد می‌کند؛ به لطف آنچه او کلاس جدیدی از سالیتون‌های فوق سریع می‌نامد - نوعی موج که شکل و انرژی خود را در حالی که با سرعت ثابت حرکت می‌کند حفظ می‌کند- وی باور دارد که چنین ایده‌ای قابل اجراست. طبق محاسبات نظری لنتز، مکانیسم‌های سولیتون فوق سریع می‌توانند در نسبیت عام وجود داشته باشند و صرفاً از چگالی انرژی مثبت منشأ می‌گیرند، به این معنی که نیازی به در نظر گرفتن منابع با چگالی انرژی منفی عجیب و غریب که هنوز تأیید نشده اند وجود ندارد.

زمان سفر فرضی به پروکسیما قنطورس، نزدیکترین ستاره شناخته شده به خورشید در برآوردهای لنتز

اگر انرژی کافی وجود داشته باشد، پیکربندی‌های این سالیتون‌ها می‌توانند به‌عنوان «حباب‌های تار» عمل کنند که می‌توانند حرکت ابرشورایی داشته باشند و از لحاظ نظری جسمی را قادر می‌سازند تا از فضا-زمان عبور کند. با این حال خود این انرژی کافی می‌تواند این ایده را تا حد یک فرضیه نگه دارد. لنتز در ماه مارس سال گذشته گفت: «انرژی مورد نیاز برای این رانش که با سرعت نور در شعاع یک فضاپیما به شعاع ۱۰۰ متر حرکت می‌کند، معادل صد‌ها برابر جرم سیاره مشتری است؛ بنابراین باید صرفه جویی انرژی در مقیاس بسیار بزرگی صورت بگیرد که در نهایت به حجم انرژی تولیدی یک راکتور شکافت هسته‌ای امروزی برسد.»

نکته جالب توجه در خصوص یافته‌های لنتز این بود که هم زمان با ارائه مقاله او در جوامع علمی، مقاله دیگری نیز منتشر شد که به رویکردی مشابه در رسیدن به سرعتی فراتر از نور دست یافته بود. هنوز، اما و اگر‌های زیادی برای حل این معزل وجود دارد، اما جریان آزاد این نوع ایده‌ها بهترین امید ما برای یافتن فرصتی برای بازدید از منظومه‌های ستاره‌ای دوردست و چشمک زن است. لنتز گفت: «این کار مشکل سفر سریع‌تر از نور را یک قدم از تحقیقات نظری در فیزیک بنیادی دور کرده و به مهندسی نزدیک‌تر کرده است. گام بعدی این است که بفهمیم چگونه می‌توان مقدار نجومی انرژی مورد نیاز را در محدوده فناوری‌های امروزی مانند یک نیروگاه بزرگ شکافت هسته‌ای کاهش دهیم. بعد از این موراد می‌توانیم در مورد ساخت نمونه‌های اولیه فضاپیما‌هایی که با سرعتی فراتر از نور حرکت می‌کنند، صحبت کنیم.» یافته‌های این مطالعه در نشریه Classical and Quantum Gravity به چاپ رسیده است.

منبع: sciencealert

ترجمه: مصطفی جرفی-فرارو