Các nhà khoa học đề xuất cách mới để tìm người ngoài hành tinh: Phát hiện ổ đĩa Warp bị lỗi của họ

Nghiên cứu mới mang tính suy đoán vạch ra một phương pháp phát hiện các nền văn minh ngoài Trái đất: bằng cách bắt sóng hấp dẫn tạo ra do sự sụp đổ hoặc hỏng hóc của các ổ đĩa dọc của chúng. Nghe có vẻ hoang đường nhưng khái niệm này dựa trên các nguyên lý của thuyết tương đối rộng của Einstein.

Truyền động Warp, lấy cảm hứng từ sự hiểu biết về vật lý vũ trụ của Albert Einstein, lần đầu tiên được mô hình hóa toán học bởi nhà vật lý Miguel Alcubierre vào năm 1994. Theo Alcubierre, một tàu vũ trụ có thể đạt được tốc độ di chuyển nhanh hơn ánh sáng (so với người quan sát bên ngoài) thông qua một cơ chế được gọi là “bong bóng dọc”, làm co không gian phía trước và mở rộng không gian phía sau. Bộ truyền động dọc không tăng tốc cục bộ cho tàu vũ trụ tới tốc độ nhanh hơn ánh sáng; thay vào đó, nó điều khiển không thời gian xung quanh con tàu. Một con tàu vũ trụ như vậy có thể di chuyển những khoảng cách rất xa trong một khoảng thời gian ngắn bằng cách “bẻ cong” không thời gian, vượt qua giới hạn tốc độ ánh sáng theo cách phù hợp với thuyết tương đối rộng.

Vấn đề là, mô hình này đòi hỏi năng lượng âm, một dạng năng lượng suy đoán trong đó có ít năng lượng hơn không gian trống rỗng, hiện chưa được hiểu rõ hoặc có thể đạt được bằng công nghệ ngày nay. Khoảng cách hiểu biết này của chúng ta khiến cấu trúc thực tế của động cơ dọc, như được mô tả trong Chiến tranh giữa các vì sao và Star Trek , chắc chắn nằm trong lĩnh vực khoa học viễn tưởng.

Trong một  nghiên cứu được tải lên máy chủ in sẵn arXiv, nhà vật lý thiên văn và toán học Katy Clough từ Đại học Queen Mary ở Luân Đôn, cùng với các đồng nghiệp Tim Dietrich từ Viện Vật lý Hấp dẫn Max Planck và Sebastian Khan từ Đại học Cardiff, khám phá khả năng giả thuyết về sự sụp đổ của các ổ đĩa dọc có thể phát ra sóng hấp dẫn có thể phát hiện được.

Khi ổ cứng bị hỏng

Các nhà khoa học không giả vờ biết cách chế tạo động cơ dọc mà thay vào đó sử dụng các mô phỏng toán học để khám phá hành vi lý thuyết tiềm năng của chúng. Đặc biệt, nhóm tập trung vào những gì có thể xảy ra nếu một ổ đĩa dọc gặp phải, theo cách nói của họ, “thất bại trong ngăn chặn”. Sự cố như vậy có thể dẫn đến sự sụp đổ phát ra sóng hấp dẫn có thể phát hiện được.

Các nhà khoa học viết trong bài báo của họ: “Mặc dù có rất nhiều rào cản thực tế đối với việc triển khai chúng trong đời thực, bao gồm yêu cầu về năng lượng âm, về mặt tính toán, người ta có thể mô phỏng sự tiến hóa của chúng theo thời gian dựa trên một phương trình trạng thái mô tả vật chất”. dưới sự đánh giá ngang hàng của Tạp chí Vật lý thiên văn mở .

Nhờ LIGO (Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser), quan sát các gợn sóng trong không thời gian gây ra bởi các sự kiện vũ trụ, chúng ta biết rằng có thể phát hiện ra sóng hấp dẫn; LIGO đã chứng minh được khả năng quan sát những hiện tượng như vậy từ các nguồn như sự hợp nhất của lỗ đen và sao neutron.

Lúc đầu, nhóm nghiên cứu tìm cách nghiên cứu tín hiệu sóng hấp dẫn từ một con tàu đang tăng tốc giả định, nhưng họ nhận ra rằng sự sụp đổ của bong bóng dọc là bước đầu tiên đơn giản hơn và sự kiện như vậy có thể sẽ tạo ra tín hiệu mạnh hơn, như Clough giải thích trong một email tới Gizmodo. Cô nói thêm, không có cơ chế vật lý nào được biết đến để duy trì bong bóng sợi dọc ổn định, điều này rất cần thiết cho việc sử dụng động cơ sợi dọc để di chuyển trong không gian, dẫn đến khả năng xảy ra lỗi ngăn chặn.

Clough viết: “Người ta cần phải bằng cách nào đó kiểm soát cách áp suất phản ứng với những thay đổi về mật độ của chất lỏng dọc hoặc áp đặt một số cơ chế ngăn chặn bổ sung”. “Điều này có thể tương tự như cách cần đến tia laser để giam giữ plasma trong các thí nghiệm tổng hợp hạt nhân. Vì vậy, điểm khởi đầu của chúng tôi giả định rằng thứ giữ chất lỏng chứa trong đó đã bị hỏng bằng cách nào đó và điều này dẫn đến việc nó bị phân tán.” Khi nói đến chất lỏng, Clough đang đề cập đến môi trường lý thuyết hoặc chất bên trong bong bóng dọc cần được kiểm soát và chứa đựng.

Gợn sóng xuyên không thời gian

Một sự sụp đổ của động cơ dọc sẽ gây ra các sóng hấp dẫn mạnh vì nó liên quan đến sự thay đổi đột ngột và mạnh mẽ của không thời gian. Sự phân phối lại nhanh chóng của năng lượng và vật chất được sử dụng để làm biến dạng không thời gian trong chuyển động cong vênh sẽ tạo ra những nhiễu loạn đáng kể, tương tự như cách các chuyển động đột ngột tạo ra sóng trong nước. Sự kiện dữ dội này sẽ giải phóng đủ năng lượng để tạo ra sóng hấp dẫn, giống như sóng hấp dẫn được tạo ra bởi sự hợp nhất của lỗ đen hoặc va chạm của sao neutron.

Clough cho biết tín hiệu thu được sẽ “rất mạnh”. Điều này là do sự cong vênh rất lớn của không thời gian cần thiết để đẩy một con tàu về phía trước với một phần đáng kể tốc độ ánh sáng (10% đến 30% tốc độ ánh sáng, như đã lưu ý trong bài báo). Sự sụp đổ giải phóng một phần đáng kể năng lượng chứa trong độ cong không thời gian, khiến tín hiệu có khả năng được phát hiện.

Nghiên cứu dựa trên thuyết tương đối số, một công cụ cho phép các nhà vật lý mô phỏng không thời gian trong những điều kiện khắc nghiệt. Cách tiếp cận này giúp nghiên cứu và tìm hiểu các hiện tượng trong đó lực hấp dẫn đặc biệt mạnh đóng một vai trò nào đó, chẳng hạn như các lỗ đen và về mặt lý thuyết là các bong bóng dọc đang sụp đổ. Bằng cách mô phỏng các tín hiệu sóng hấp dẫn có thể phát ra trong quá trình sụp đổ của động cơ dọc, Clough và nhóm của cô đề xuất một phương pháp có khả năng xác định những sự kiện như vậy – nếu chúng tồn tại.

Bằng cách phân tích năng lượng và sóng hấp dẫn sẽ tỏa ra như thế nào từ một sự kiện như vậy, các nhà nghiên cứu đã suy đoán về những dấu hiệu mà các máy dò tiên tiến một ngày nào đó có thể thu được. Cường độ và tần số của tín hiệu phụ thuộc vào kích thước của bong bóng dọc. Trong bài báo, họ đưa ra một ví dụ về bong bóng cong rộng 0,6 dặm (1 km) di chuyển với tốc độ 10% tốc độ ánh sáng. Theo tính toán của họ, điều này sẽ tạo ra tín hiệu 300 kHz có thể được phát hiện ở cách xa tới 3,26 triệu năm ánh sáng nếu tín hiệu đủ mạnh. Theo các nhà khoa học, một máy dò tương tự LIGO nhưng được thiết kế cho tần số cao hơn có thể phát hiện ra tín hiệu này. Clough cho biết: “Các đề xuất về máy dò như vậy đã tồn tại và khả thi, nhưng ở thời điểm hiện tại thì chưa có đề xuất nào được tài trợ.

Vui vẻ suy đoán

Không còn nghi ngờ gì nữa, ý tưởng sử dụng sóng hấp dẫn để phát hiện các công nghệ của người ngoài hành tinh là rất hoang đường. Chúng ta vẫn còn lâu mới có thể sử dụng các máy dò như LIGO để phát hiện loại chữ ký công nghệ ngoài hành tinh này. Hơn nữa, chúng ta thực sự không biết liệu người ngoài hành tinh có tuân theo các khái niệm lấy cảm hứng từ khoa học viễn tưởng của chúng ta hay không, vì vậy điều này tạo thêm một lớp phỏng đoán khác. Mặc dù lĩnh vực nghiên cứu này nghe có vẻ đầy hứa hẹn nhưng nó vẫn bám rễ sâu vào lý thuyết.

Điều đó nói lên rằng, ý nghĩa của nghiên cứu này còn vượt ra ngoài việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất. Việc hiểu rõ các dấu hiệu của sự sụp đổ của ổ đĩa dọc cũng có thể nâng cao khả năng nắm bắt của chúng ta về động lực học không thời gian trong các tình huống vi phạm các điều kiện năng lượng đã biết. Những nghiên cứu như vậy đẩy xa ranh giới hiểu biết của chúng ta về vật lý, kiểm tra các giới hạn của thuyết tương đối rộng và có khả năng dẫn đến những hiểu biết lý thuyết mới.

Clough nói: “Việc vượt xa vật lý thiên văn tiêu chuẩn như chúng tôi đã làm trong nghiên cứu này thực sự đã thách thức chúng tôi thích ứng và đẩy các phương pháp đến giới hạn của chúng, đồng thời kiến ​​thức và kinh nghiệm này chắc chắn sẽ giúp ích cho chúng tôi khi chúng tôi nghiên cứu các chế độ đầy thách thức hơn trong các ứng dụng vật lý thiên văn trong tương lai”.

Để biết thêm về chuyến bay vũ trụ trong cuộc sống của bạn, hãy theo dõi chúng tôi trên X và đánh dấu trang Chuyến bay vũ trụ dành riêng của Gizmodo .