Térhajtómű

A lánchajtás ( angolul vetemedés, „torzítás”, „görbe”) hipotetikus meghajtó mechanizmusnak tekinthető, amely lehetővé teszi a haladást a fénysebességnél gyorsabban, a tér-idő szándékos meghajlításával . A láncmeghajtókat a sci-fi szakirodalom különféle kivitelekkel ismeri , ahol ezek a csillagközi űrutazás előfeltételei .

E hajtáskoncepció kompatibilitása az általános relativitáselmélettel ellentmondásos. Ezt a lehetõséget a szakirodalom újra és újra tárgyalja , a szerzõk különbözõ eredményekhez jutnak.

Hajtsa végre a tudományos fantasztikát

háttér

A tudományos-fantasztikus történetek gyakran olyan bolygórendszerekben , ködökben vagy galaxisokban játszódnak, amelyek sok fényévnyire vannak egymástól. A cselekvés végleges megjelenítéséhez olyan hajtás szükséges, amely emberi mércével rövid idő alatt csillagászati ​​távolságokon haladhat. Ehhez a fénysebesség többszörösével történő mozgásra van szükség , ami azonban a relativitáselmélet állításai szerint - a tudomány jelenleg általánosan elismert és gyakran kísérletileg megerősített állapota - lehetetlen. A relativitáselméletből egyebek között az következik, hogy az ilyen gyors mozgáshoz végtelen mennyiségű energia szükséges, és hogy az utazók az időben visszafelé haladjanak egy harmadik fél szempontjából, aki a helyszínen várja őket. például az érkezés; hamarabb megérkeznének, mint elmentek. Ilyen körülmények között a kitalált elbeszélésekben következetes cselekvések már nem lehetségesek.

A lánchajtás megoldja ezt a dilemmát, amint azt a tudományos-fantasztikus irodalom leírja, azzal, hogy a térben és az időben való mozgás helyett megváltoztatja magát a téridőt , hogy az űrhajó viszonylag rövid idő alatt rendkívül nagy távolságokat tudjon megtenni anélkül, hogy nagy sebességgel mozogna. Tehát a kitalált cselekedeteket hihetővé teszi.

Koncepciótörténet

Gene Roddenberry , a tudományos-fantasztikus író a Star Trek című televíziós sorozata a lánchajtás koncepcióját használta , hogy leírja a nagy távolságok manőverezését más csillagrendszerekhez (→ Warp drive a Star Trek-ben ). A kifejezés napjainkban jól ismert a tudományos-fantasztikus irodalomban, de a szerzőtől függően másként értelmezik. Még akkor is, ha a tér-idő torzító hajtás fogalmát ma általában a Star Trekhez társítják, az alapötlet régebbi. Például Chester S. Geier hasonló hajtóerőt ír le 1948-ban megjelent A seregély repülése című regényében - amelyet ott „láncgenerátornak” neveznek:

Még Stephen Baxter Az utolsó bárka című regénye is leírja a lánchajtás használatát. Több kilogramm antianyaggal a főszereplők egy apró „zsebuniverzumot” hoznak létre, amelynek az űrhajó személyzetének szemszögéből nézve több száz méter átmérőjű.

Elméletek a lánchajtás megvalósíthatóságáról

Téridő a relativitáselméletben

Az általános relativitáselmélet , gravitáció vezethető vissza, hogy a geometriai tulajdonságai a tér-idő . Ezeket a tulajdonságokat az Einstein- egyenletek írják le .

${\ displaystyle R _ {\ mu \ nu} - {\ frac {1} {2}} g _ {\ mu \ nu} R = {\ frac {8 \ pi G} {c ^ {4}}} T _ {\ mu \ nu}}$

Itt van a klasszikus gravitációs állandó , a fénysebesség és a Ricci-tenzor . Továbbá ott van a görbületi skalár és a metrikus tenzor . Ez utóbbi tartalmazza a tér-idő mutatót, és a távolság mérését indukálja. A gravitációs mező forrása az energia-lendület tenzor . ${\ displaystyle G}$${\ displaystyle c}$${\ displaystyle R _ {\ mu \ nu}}$${\ displaystyle R}$${\ displaystyle g _ {\ mu \ nu}}$ ${\ displaystyle T _ {\ mu \ nu}}$

A lánchajtás elmélete Alcubierre és Van den Broeck szerint

Illusztráció a láncfonal metrikus szerinti Alcubierre

A működő lánchajtásnak meg kellene változtatnia az űrhajó körüli tér-idő területet oly módon, hogy csökkenjen a kiindulási és a célpont közötti távolság. A téridőt a haladás irányába kell összenyomni, és a hajó áthaladása után újra bővíteni kell. Ezeknek a gravitációs hullámok miatti téridő-változásoknak a fénysebességnél gyorsabban kellene megtörténniük, és az űrhajó ebben a "láncbuborékban" haladna végig.

Elméletileg ez egy bizonyos energia-lendület tenzor definiálásával írható le . Ilyen leírást, amely összhangban áll az általános relativitáselmélet formalizmusával, először 1994-ben javasolta Miguel Alcubierre mexikói fizikus . Ez azonban nem az Einstein-egyenletek szigorú megoldása , hanem közvetlenül a kívánt tulajdonságokkal készült. Az egyenletek teljesítéséhez negatív energiasűrűségű üzemanyagra lenne szükség, amelyet egzotikus anyagnak is neveznek .

Mivel Alcubierr meghajtási koncepciójához körülbelül -10 ⁶⁴ kg egzotikus anyagra lenne szükség egy kis űrhajó szállításához a Tejútrendszeren keresztül, ami több, mint a látható világegyetem egészének normális anyaga, Chris van den Broeck holland fizikus ennek megfelelően javította. Ehhez lezárta Alcubierre láncbuborékját még két buborék körül. Számításai arra a következtetésre jutottak, hogy az egzotikus anyagok iránti kereslet néhány naptömegre csökken. A külső buborékot, vagyis a tényleges Alcubierre-Warp buborékot  feltételezzük , hogy nagyon kicsi (R = 3 · 10 ⁻¹⁵ m). A legbelső buborék felülete azonban 200 m átmérőjű buboréknak felel meg. Ezt a látszólag paradox ellentmondást egy négydimenziós geometriának kell lehetővé tennie . Az anyag sűrűsége azonban mindkét meghajtóban olyan magas, mint az univerzumban volt röviddel az Ősrobbanás után .

Alcubierre és Broeck egy korábban kanyarodatlan téridőt feltételeztek. Ha a téridő görbe, Szergej Krasznikow szerint azonban 10 kg egzotikus anyagnak elegendőnek kell lennie egy ilyen láncbuborék-rendszer létrehozásához. Krasznikov még azt állítja, hogy a szükséges mennyiségű egzotikus anyagot néhány milligrammra csökkentette a Van den Broeck mutató további módosításával.

Finazzi, Liberati és Barceló kutatásai megkérdőjelezték a láncbuborék stabilitását.

McMonigal, Lewis és O'Byrne a Sydney-i Egyetemről arra a következtetésre jutottak, hogy amikor az autó lelassul, a környezet számára halálos sugárzást bocsát ki.

A NASA kutatása: Áttörő hajtásfizikai projekt

1996 és 2002 között a NASA finanszírozta az Áttörő Hajtásfizikai Projektet az egzotikus meghajtási koncepciók értékelésére. A projekt keretében matematikailag vagy számítógépes modellek felhasználásával ismertették és kutatták a lánchajtás különböző spekulatív fogalmait. 2008-ban a NASA végül leállította ezt a projektet, de további egyetemi alapkutatást finanszírozott.

Lentz kutatása a szolitonokról

Az Einstein általános relativitáselmélete alapján a könnyűnél gyorsabb szállításnál végzett korábbi kutatások hatalmas mennyiségű hipotetikus részecskét és anyagállapotot igényelnek , amelyek fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, például negatív energiasűrűséggel. Ez a fajta anyag vagy jelenleg nem található, vagy nem állítható elő felhasználható mennyiségben. Erik W. Lentz, a göttingeni egyetem kutatója a fénynél gyorsabb jelenségek új megközelítését mutatta be az ismert fizika területén. Ezek a téridő torzításai, az állóhullámok speciális típusa, amelyet solitonoknak neveznek, és amelyek folyamatosan mozognak anélkül, hogy alakjukat megváltoztatnák. Egy ilyen torzítás belsejében az idő ugyanolyan gyorsan futna, mint kívül, így nem lenne idő dilatáció . Munkája hozta a problémát az utazás gyorsabb , mint a fény „Egy lépéssel közelebb a technológia”. A legnagyobb probléma itt a szükséges energiamennyiség. Lehetőség van arra, hogy vannak olyan jelzések ilyen Térhajtómű a magnetars .

Az Advanced Propulsion Physics Laboratory kutatása

A NASA Haladó Hajtásfizikai Laboratóriumának két kutatója egy tanulmányban kifejtette , hogy lehetségesek lehetnek az űrhajó belsejében az idő tempóját irányító és csak pozitív energiával működtetett lánchajtások. További érvet adnak arra, hogy miért lehetetlenek a fénynél gyorsabb lánchajtások, és a Lentz-vizsgálat lánc téridejét „új osztályba” sorolják be.

Kísérletek

Az áttöréses hajtásfizikai projekt következtében Harold White, a NASA fizikusa megpróbálta a laboratóriumban mérni a téridő legkisebb görbületeit, de ez nem járt sikerrel.

irodalom

• Miguel Alcubierre: A lánchajtás: hiper-gyors utazás az általános relativitáselméleten belül. Classical and Quantum Gravity 11 (5), 1994, L73, doi: 10.1088 / 0264-9381 / 11/5/001 , arxiv : gr-qc / 0009013v1 .
• Allen E. Everett, Thomas A. Roman: Szuperluminális metró - A Krasznikov-cső. Physical Review D, 56 (4), 1997, 2100-2108. O., Doi: 10.1103 / PhysRevD.56.2100 , arxiv : gr-qc / 9702049v1 .
• Lawrence M. Krauss: A Star Trek fizikája . Heyne 1996, ISBN 3-453-10981-3 .
• Francisco SN Lobo, Matt Visser: Alapvető korlátozások a „lánchajtás” térideiben. Classical and Quantum Gravity 21 (24), 2004, 5871-5892. O., Doi: 10.1088 / 0264-9381 / 21/24/011 , arxiv : gr-qc / 0406083v2 .
• Mohammad Mansouryar: Makroszkopikusan bejárható űrláncfonalon a gyakorlatban. 2006. arxiv : gr-qc / 0511086v2 .
• Rüdiger Vaas: Alagút térben és időben . 2. kiadás. Franckh-Kosmos, Stuttgart 2006, ISBN 3-440-09360-3 .
• Marc G. Millis (et al.): A meghajtástudomány határai. American Inst. Of Aeronautics & Astronautics, Reston 2009, ISBN 1-56347-956-7 , absztrakt (pdf; 1,18 MB).

web Linkek

Wikiszótár: Warp drive  - jelentésmagyarázatok, szóeredet, szinonimák, fordítások

• Warp drive a Star Trek wiki Memória Alpha-ban
• Gregory V. Meholic: Fejlett űrmeghajtási koncepciók a csillagközi utazási koncepciókhoz a csillagközi utazáshoz . Előadás az AIAA Los Angeles-i fejezetvacsora- találkozóján , 2008. április 24-én.
• A The Space Show rádióműsor 2008. június 24-én a csillagközi utazás fejlett űrmeghajtási koncepcióiról
• Miért nem működik a láncmeghajtó a Spiegel Online-nál?
• A "Warp Drive" állapota nasa.gov, elérve 2012. január 31

Egyéni bizonyíték

1. ↑ Alcubierre, 1994.
2. ↑ Michael J. Pfenning, LH Ford: A „Warp Drive” fizikátlan jellege . szalag 14 , no. 7 , 1997, pp. 1743-1751 , doi : 10.1088 / 0264-9381 / 14/7/011 , arxiv : gr-qc / 9702026 , bibcode : 1997CQGra..14.1743P . 
3. ↑ Chris van den Broeck: „Warp drive”, ésszerűbb teljes energiaigénnyel. Classical and Quantum Gravity 16 (12), 1999, 3973-3979, doi: 10.1088 / 0264-9381 / 16/12/314 , arxiv : gr-qc / 9905084v5 .
4. ↑ Serguei Krasnikov: Hyperfast Csillagközi utazás az általános relativitáselmélet. Phys. Rev. D57 (1998) 4760-4766, arxiv : gr-qc / 9511068v6 ; Allen Everett és munkatársai: Időutazás és vetemedések - tudományos útmutató az idő- és térbillentyűkhöz. Univ. of Chicago Pr., Chicago 2012, ISBN 978-0-226-22498-5 , 122 o.
5. ↑ Szergej Krasznikov: A kvantumegyenlőtlenségek nem tiltják a téridő parancsikonokat. Physical Review D, 67, 2003, doi: 10.1103 / PhysRevD.67.104013 , arxiv : gr-qc / 0207057 . (Van Den Broeck trükkjei, 18–19. Oldal)
6. ↑ Stefano Finazzi, Stefano Liberati, Carlos Barceló: A dinamikus lánchajtások szemiklasszikus instabilitása. Physical Review D, 79 (12), 2009, doi: 10.1103 / PhysRevD.79.124017 , arxiv : 0904.0141v2 .
7. ^ Carlos Barceló, Stefano Finazzi, Stefano Liberati: A szuperluminális utazás lehetetlenségéről: a warp drive lecke. , 2010. arxiv : 1001.4960v1 .
8. ↑ Brendan McMonigal, Geraint F. Lewis, Philip O'Byrne: Az Alcubierre Warp Drive: Az anyagon. D fizikai áttekintés, sajtóban (2012. június 4.), arxiv : 1202.5708v1 .
9. ↑ Warp drive: veszély a civilizációra az úti célnál. ( Memento 2012. június 17-től az Internetes Archívumban ) Wissenschaft aktuell, 2012. március 14 (McMonigal et al. Tanulmányának összefoglalása; hozzáférés: 2012. június 4.)
10. ^ Áttörő hajtásfizikai projekt . NASA, 2008. november 19.
11. ↑ Keith Cowing: tisztító NASA Warp Drive-program . SpaceRef, 2013. április 12.
12. ^ Georg-August-Universität Göttingen - Public Relations: Sajtóközlemények az egyetemről - Georg-August-Universität Göttingen. Letöltve: 2021. március 18 . 
13. ↑ Erik W Lentz: Breaking a láncfonal gáton: hiper-gyors szolitonok Einstein-Maxwell-plazmaelmélet . In: Klasszikus és kvantum gravitáció . szalag 38 , no. 7 , 2021, ISSN  0264-9381 , p. 075015 , doi : 10.1088 / 1361-6382 / abe692 , arxiv : 2006.07125v2 ( iop.org [Hozzáférés: 2021. március 18.]). 
14. ↑ Valódi fizikai lánchajtás (en) lehetséges modellje . In: phys.org . Letöltve: 2021. május 9. 
15. ↑ Alexey Bobrick, Gianni Martire: A fizikai láncmeghajtók bemutatása . In: Klasszikus és kvantum gravitáció . 38, No. 10, április 20, 2021, ISSN  0264-9381 , o. 105009. arXiv : 2102,06824 . doi : 10.1088 / 1361-6382 / abdf6e .
16. ^ Laboratóriumi kísérlet a téridő torzításának tesztelésére . centauri-dreams.org.
17. ↑ Jeff Lee, Gerald Cleaver: A White-Juday láncmezős interferométer képtelensége a téridő-torzulások spektrális feloldására . 29 július 2014, arXiv : 1407,7772 .