Naukowcy proponują nowy sposób znajdowania kosmitów: wykrywanie ich uszkodzonych napędów warp

Nowe spekulatywne badania zarysowują metodę wykrywania cywilizacji pozaziemskich: poprzez wychwytywanie fal grawitacyjnych wytwarzanych w wyniku zapadnięcia się lub awarii ich napędów warp. Brzmi szalenie, ale koncepcja opiera się na zasadach ogólnej teorii względności Einsteina.

Napędy warp, zainspirowane znajomością fizyki kosmologicznej przez Alberta Einsteina, zostały po raz pierwszy modelowane matematycznie przez fizyka Miguela Alcubierre’a w 1994 r. Według Alcubierre’a statek kosmiczny mógłby podróżować szybciej niż światło (w stosunku do obserwatora zewnętrznego) dzięki mechanizmowi znanemu jako „bańka osnowy”, która zawęża przestrzeń przed nią i rozszerza przestrzeń za nią. Napęd warp nie przyspiesza lokalnie statku kosmicznego do prędkości większych od światła; zamiast tego manipuluje czasoprzestrzenią wokół statku. Taki statek kosmiczny mógłby pokonywać ogromne odległości w krótkim czasie, „zakrzywiając” czasoprzestrzeń, omijając granicę prędkości światła w sposób zgodny z ogólną teorią względności.

Problem w tym, że ten model wymaga energii ujemnej, spekulatywnej formy energii, w której jest mniej energii niż pusta przestrzeń, co nie jest obecnie zrozumiałe ani możliwe do osiągnięcia przy użyciu dzisiejszej technologii. Ta luka w naszym rozumieniu sprawia, że ​​faktyczna konstrukcja napędu warp, przedstawionego w „Gwiezdnych Wojnach” i „Star Treku” , pozostaje mocno w kręgu science fiction.

W  badaniu przesłanym na serwer preprintów arXiv astrofizyczka i matematyczka Katy Clough z Queen Mary University of London wraz z kolegami Timem Dietrichem z Instytutu Fizyki Grawitacyjnej Maxa Plancka i Sebastianem Khanem z Uniwersytetu w Cardiff badają możliwość, że hipotetyczne załamanie się gwiazdy napędy warp mogą emitować wykrywalne fale grawitacyjne.

Kiedy napędy warp idą kablooie

Naukowcy nie udają, że wiedzą, jak zbudować napęd warp, lecz zamiast tego wykorzystują symulacje matematyczne do zbadania potencjalnego teoretycznego zachowania. W szczególności zespół skupił się na tym, co mogłoby się wydarzyć, gdyby napęd warp doświadczył, ich zdaniem, „awarii zabezpieczenia”. Taka awaria może skutkować zapadnięciem się, które wyemituje wykrywalne fale grawitacyjne.

„Chociaż istnieje wiele praktycznych barier utrudniających ich wdrożenie w prawdziwym życiu, w tym zapotrzebowanie na energię ujemną, obliczeniowo można symulować ich ewolucję w czasie, korzystając z równania stanu opisującego materię” – piszą naukowcy w swoim artykule, który jest obecnie recenzowane przez Open Journal of Astrophysics .

Dzięki LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), które obserwuje zmarszczki w czasoprzestrzeni spowodowane zdarzeniami kosmicznymi, wiemy, że możliwe jest wykrycie fal grawitacyjnych; LIGO udowodniło już, że jest w stanie obserwować takie zjawiska ze źródeł takich jak łączenie się czarnych dziur i gwiazd neutronowych.

Początkowo zespół próbował zbadać sygnały fal grawitacyjnych z hipotetycznego przyspieszającego statku, ale zdał sobie sprawę, że zapadnięcie się bańki warp było prostszym pierwszym krokiem i że takie zdarzenie prawdopodobnie wytworzyłoby silniejszy sygnał, jak wyjaśnił Clough w e-mail do Gizmodo. Dodała, że ​​nie jest znany żaden fizyczny mechanizm utrzymujący stabilną bańkę warp, która jest niezbędna do wykorzystania napędu warp do podróżowania w przestrzeni, co prowadzi do ryzyka awarii zabezpieczenia.

„Należyłoby w jakiś sposób kontrolować sposób, w jaki ciśnienie reaguje na zmiany gęstości płynu osnowy, lub narzucić jakiś dodatkowy mechanizm powstrzymujący” – napisał Clough. „Może to być analogiczne do tego, jak lasery są potrzebne do ograniczenia plazmy w eksperymentach z syntezą jądrową. Zatem nasz punkt wyjścia zakłada, że ​​to, co utrzymywało płyn, w jakiś sposób pękło, co prowadzi do jego rozproszenia. Przez płyn Clough odnosi się do teoretycznego ośrodka lub substancji w bańce osnowy, którą należy kontrolować i ograniczać.

Fale w czasoprzestrzeni

Załamanie się napędu warp wywołałoby potężne fale grawitacyjne, ponieważ wiąże się z nagłą i dramatyczną zmianą czasoprzestrzeni. Szybka redystrybucja energii i materii wykorzystywana do zniekształcenia czasoprzestrzeni w napędzie warp spowodowałaby znaczne zakłócenia, podobne do tych, w których nagłe ruchy tworzą fale na wodzie. To intensywne wydarzenie uwolniłoby wystarczającą ilość energii, aby wygenerować fale grawitacyjne, podobne do tych wytwarzanych w wyniku łączenia się czarnych dziur lub zderzeń gwiazd neutronowych.

Powstały sygnał byłby „bardzo silny” – powiedział Clough. Wynika to z ogromnego zakrzywienia czasoprzestrzeni wymaganego do popchnięcia statku do przodu ze znacznym ułamkiem prędkości światła (10% do 30% prędkości światła, jak zauważono w artykule). Zapadnięcie uwalnia znaczną część energii zawartej w krzywiźnie czasoprzestrzeni, dzięki czemu sygnał jest potencjalnie wykrywalny.

Badanie opiera się na numerycznej teorii względności – narzędziu, które umożliwia fizykom symulowanie czasoprzestrzeni w ekstremalnych warunkach. Takie podejście umożliwia badanie i zrozumienie zjawisk, w których rolę odgrywają wyjątkowo silne siły grawitacyjne, takich jak czarne dziury i teoretycznie zapadające się bąble osnowy. Symulując sygnały fal grawitacyjnych, które mogą zostać wyemitowane podczas zapadnięcia się napędu warp, Clough i jej zespół proponują metodę potencjalnej identyfikacji takich zdarzeń – jeśli takie istnieją.

Analizując sposób, w jaki energia i fale grawitacyjne będą promieniować w wyniku takiego zdarzenia, badacze spekulowali na temat sygnatur, które pewnego dnia mogą uchwycić zaawansowane detektory. Siła i częstotliwość sygnału zależą od wielkości pęcherzyka osnowy. W artykule podają przykład bańki warp o szerokości 0,6 mili (1 km) poruszającej się z prędkością 10% prędkości światła. Według ich obliczeń powinno to wygenerować sygnał o częstotliwości 300 kHz, który mógłby zostać wykryty w odległości do 3,26 miliona lat świetlnych, jeśli sygnał będzie wystarczająco silny. Zdaniem naukowców detektor podobny do LIGO, ale zaprojektowany do pracy z wyższymi częstotliwościami, mógłby wykryć ten sygnał. „Propozycje takich detektorów istnieją i są wykonalne, ale w chwili obecnej żadna nie jest finansowana” – powiedział Clough.

Zabawne spekulacje

Pomysł wykorzystania fal grawitacyjnych do wykrywania obcych technologii jest bez wątpienia szalony. Wciąż daleko nam do możliwości wykorzystania detektorów takich jak LIGO do wykrywania tego typu obcej technosygnatury. Co więcej, tak naprawdę nie wiemy, czy kosmici przestrzegają naszych koncepcji inspirowanych science-fiction, więc dodaje to kolejną warstwę domysłów. Chociaż ten obszar badań brzmi obiecująco, jest nadal głęboko zakorzeniony w teorii.

To powiedziawszy, implikacje tych badań wykraczają poza poszukiwania życia pozaziemskiego. Zrozumienie sygnatur załamań napędu warp mogłoby również poszerzyć naszą wiedzę o dynamice czasoprzestrzeni w scenariuszach naruszających znane warunki energetyczne. Takie badania przesuwają granice naszego rozumienia fizyki, testują granice ogólnej teorii względności i potencjalnie prowadzą do nowych spostrzeżeń teoretycznych.

„Wyjście poza standardową astrofizykę, jak to zrobiliśmy w tym badaniu, naprawdę stanowiło dla nas wyzwanie, aby dostosować i wysunąć metody do granic ich możliwości, a ta wiedza i doświadczenie z pewnością nam pomogą, gdy będziemy w przyszłości badać bardziej wymagające reżimy w zastosowaniach astrofizycznych” – powiedział Clough.

Jeśli chcesz więcej lotów kosmicznych w swoim życiu, śledź nas na X i dodaj do zakładek stronę poświęconą lotom kosmicznym Gizmodo .