11 mei 2021

Duitse astrofysicus bedenkt warp aandrijving verankerd in conventionele fysica

Het FTL of ‘Faster Than Light’-transport heeft bij ruimtevaart enthousiastelingen immer tot de verbeelding gesproken. FTLT omvat enkele concepten zoals de ‘warp drive’ die superluminale ruimteschepen in staat zou stellen de ultralange afstanden tussen de sterren in een voor ons mensen praktisch tijdsbestek te realiseren. Men zou dan bv onze buurster Proxima Centauri in 4 jaar kunnen bereiken i.p.v. 50.000 jaar met conventionele raketaandrijving. Vooralsnog komt FTL-reizen slechts op papier en film in scifi-plots tot leven, daar superluminaal reizen noodzaakt tot het toepassen van nogal onconventionele fysica. Met de huidige stand van fysisch-technologische zaken, zou FTL-transport het gebruik van kolossale hoeveelheden hypothetische deeltjes vereisen die ‘exotische’ fysische eigenschappen hebben, zoals een negatieve energiedichtheid, materie die nu niet voor handen is of niet in haalbare hoeveelheden worden vervaardigd. Recent heeft de Duitse astrofysicus Erik Lentz, verbonden aan de Universiteit van Göttingen, een nieuw warp drive-concept bedacht dat FTL-transport mogeljk een stapje verder weg van de tekentafel en dichterbij concretisering brengt, en wel gebaseerd is op conventionele fysica. Het onderzoek van Lentz is gepubliceerd in het tijdschrift Classical and Quantum Gravity.

Artistieke impressie warp drive Credits; NASA

Lentz legde de focus uitsluitend op de warp drive, en analyseerde bestaand onderzoek waarin hij hiaten ontdekte in bestaande warp studies. Lentz’ oog viel op de nog te onderzoeken configuraties van ruimte-tijdkromming, georganiseerd in ‘solitonen’. Een soliton – informeel een ‘warp bubble’ genoemd – is een compacte golf die zijn vorm behoudt en met constante snelheid beweegt. (Solitonen worden onder bepaalde omstandigheden gezien in golven in water, atmosferische bewegingen die vreemde wolkenformaties produceren of licht dat door verschillende media reist. In dit geval planten solitonen zich voort door de ruimtetijd zelf.) Lentz leidde de Einstein-vergelijkingen af voor onbekende solitonconfiguraties, waarbij hij ontdekte dat de gewijzigde ruimte-tijdgeometrieën konden worden gevormd op een manier zonder de vergelijkingen van Einstein te schenden – en zonder dat er negatieve energiedichtheden nodig waren. In wezen gebruikt de nieuwe methode de structuur van ruimte en tijd die in een soliton is gerangschikt om een ??oplossing te bieden voor FTLT, die alleen bronnen met positieve energiedichtheden nodig zou hebben.
Alcubierre’s warp drive
Met de Alcubierre drive  schetste in 1994 de Mexicaanse theoretisch natuurkundige Miguel Alcubierre een warp drive voor FTLT. Het idee omvat het genereren van een ‘warp bubble’ van negatieve energie rond een object, zodat het weefsel van de ruimtetijd vóór het object samentrekt en de ruimte erachter uitzet. In het midden bevindt zich een ‘vlak’ gebied van ruimtetijd waar het object comfortabel kan reizen, en waar de inzittenden niet eens het gevoel hebben dat ze in beweging zijn. De Alcubierre drive doet de fysische wetten dat niets sneller kan reizen dan het licht, geen geweld aan, de drive zou namelijk de ruimtetijd voor en achter een ruimtevaartuig vervormen m.b.v. een ring, waardoor grote afstanden in korte tijd afgelegd kunnen worden, zonder dat het ruimteschip in zijn ‘cocon’ van reguliere ruimtetijd sneller dan het licht reist. Echter met de huidige stand van fysisch-technologische zaken, zou de warp drive kolossale hoeveelheden hypothetische deeltjes vereisen die ‘exotische’ fysische eigenschappen hebben, zoals een negatieve energiedichtheid.

NASA-onderzoeker Harold White toonde in 2011 dat de Alcubierre drive te realiseren zou zijn zonder dat er kolossale hoeveelheden energie nodig zou zijn. White’s team ontwierp een donutachtig gevormde ring die ruimtetijdvervorming oplevert, i.p.v. een plat model, en stelde dat de benodigde energie drastisch kon worden gereduceerd. White e.a. wilde experimenteren met zeer kleine vervormingen van de ruimtetijd, hun zogeheten White-Juday Warp Field Interferometer zou ruimtetijd-vervormingen van een tienmiljoenste deel kunnen waarnemen. In 2019 werd door Joseph Agnew opnieuw een presentatie gedaan over de warp drive voortgang.

Soliton, tweelingparadox

Een ander interessant aspect aan Lentz’ onderzoek is dat de
solitonen of ‘warp-bubbles’ geconfigureerd zijn om een ?? gebied met minimale getijdekrachten te bevatten, zodat het verstrijken van de tijd binnen de soliton overeenkomt met de tijd erbuiten. Dit betekent dat er niet de complicaties zouden zijn van de zogenaamde “tweelingparadox”, waarbij de ene ‘helft’ die in de buurt van de lichtsnelheid reist veel langzamer zou verouderen dan zijn broer/zus die op aarde bleef; volgens deze studie, zouden beiden bij hereniging dezelfde leeftijd hebben. Het Lentz’ concept overwint deze potentiële paradox maar er zijn meer hindernissen, zoals de noodzaak van een enorme hoeveelheid energie. Lentz stelt: “Dit onderzoek heeft het FTL-transport een stapje dichterbij het engineering werk gebracht, aldus Lentz, de volgende stap is om erachter te komen hoe de astronomische hoeveelheid energie die nodig is, kan worden teruggebracht tot binnen het bereik van de huidige technologieën, zoals een grote moderne kernsplijtingscentrale.” En Lentz voegt eraan toe dat er in eerder onderzoek al enkele energiebesparende mechanismen voorgesteld zijn die de benodigde energie met bijna 60 ordes van grootte kunnen verlagen. “Het onderzoeken hiervan zal de prioriteit zijn bij toekomstige onderzoek. En dan kunnen we praten over het bouwen van de eerste prototypes.” Bronnen: Universiteit van Göttingen, Universe Today, NASA

Comments

  1. Enceladus zegt

    Ik probeer deze zin te begrijpen: Lentz’ lag de focus uitsluitend op de warp drive.

    Maar wat is een lag? Of gaat het om het Engelse woord lag? En is het dan vertraging van Lentz?
    Maar dan nog snap ik de zin niet. Is de tekst door Google Translate getrokken misschien?

    Groet,
    Gert (Enceladus)

    • Angele van Oosterom zegt

      Ja dank Gert, het apostrofje is verwijderd, en soms glipt er ‘spreektaal’ door (liggen/leggen) maar dit heeft niets met GT te maken hoor!

  2. Proxima Centauri bereiken in 4 jaar is niet echt een voorbeeld van FTLT (tenzij je die 4 jaar niet als afronding hebt bedoeld: de afstand tot onze naaste buurster bedraagt net geen 4,25 lichtjaar). Dan ga je misschien zo snel als het licht, maar niet sneller. Alle warpdrivedromen beloven natuurlijk veel meer: tot tig keren sneller dan licht, zodat ook vlot sterren binnen bereik komen die je in een mensenleven (professioneel gezien: een 40-tal jaren, pakweg tussen je 20ste en je 60ste) nooit zou kunnen bereiken. Eerlijk gezegd, ik geloof niet echt in FTLT (waarom niet Nederlands, d.i. SDLR?) – wat ik geloof doet er natuurlijk niet toe: weet ik veel welke onmogelijke dingen men ooit toch nog realiseert – maar als ik het mis heb, dan liefst goed mis: als men niet minstens (heen en terug) kan naar Andromeda (M31) of Triangulum (M33), vind ik het sop de kool niet waard. Trouwens, de Star Trek-technologie (transwarp etc. uitgesloten) ging maar tot “warp 18.56” (Warp drive – Wikipedia), een schamele 16928 ls (oftewel 16928 lichtjaar per jaar). Bijna 2 jaar om naar het centrum van de Melkweg te reizen, en 130 naar Andromeda. Dat is toch niks, vergeleken met wat het heelal te bieden heeft?

  3. Ja, de energie opwekking is eigenlijk het enige probleem. Dat zal wel via een doorbraak in het DM onderzoek komen.

    Wat betreft Star Trek kunnen ze toch wel iets meer hoor:

    “In de aflevering Threshold van Star Trek Voyager is wel warp 10 behaald. Wanneer je deze snelheid zou behalen bevind je je overal tegelijk. Een nadeel daarvan is dat je niet weet waar je uitkomt wanneer je weer vertraagt.”

    Ja, dat is wel een nadeel. 🙂

    Maar een ‘beheerste’ warp kan via Warp 9,9999: 199.516 keer de lichtsnelheid.

    In 10 jaar naar Andromeda!

    Zie https://nl.wikipedia.org/wiki/Warp

    • In 10 jaar? Dan ben IK al tevreden, maar het is nog altijd een pover resultaat: Andromeda is maar 2,2 miljoen lichtjaar ver, ik wil best ook wel eens in de Virgocluster (54 miljoen lichtjaar en meer) gaan rondneuzen, bv. om met eigen ogen te zien of het zwarte gat (of wat ervan te zien is) van M87 er net zo uitziet als op de foto. Dat is dan een kleine 250 jaar…
      Wat Star Trek betreft, ik ging voort op de info van een andere pagina, en liet de eenmalige records (pour les besoins de la cause) buiten beschouwing. Het zijn zo’n beetje de uitzonderingen op de regel. Ze veranderen ook niet veel aan mijn uitgangspunt: hoeveel grenzen we ook (denken te) verleggen, op kosmologische schaal (to boldly go where …) blijft het peanuts. Zelfs in fiction (zoals Star Trek) schiet onze verbeelding te kort, althans meestal (er is al een Q of zo nodig om eens echt ergens te komen…). Van “a galaxy far far away” is veel te zelden sprake. Wel in Star Wars, maar ook daar gaat het over één sterrenstelsel, dat eigenlijk staat voor het onze in de verre toekomst. Hoe “snel” men daar reist, is me niet zo duidelijk, maar het lijkt erop dat men zich door het sterrenstelsel verplaatst ongeveer zoals wij ons op aarde verplaatsen. Wel zo handig, natuurlijk, maar tegelijk geen blijk van veel verbeelding.

      • Met een versnelling van 1g en een nog uit te vinden systeem om onderweg brandstof op te pikken kun je, met afremprocedure inbegrepen, in 29 jaar de oversteek naar Andromeda maken, als je puur kijkt naar Einsteiniaans reizen. Dat zit toch wel dicht in de buurt van warpsnelheid. Het werkelijke probleem hiervan is dat op aarde 2,5 miljoen jaar voorbij is gegaan.

        Ik heb gehoord dat drie keer ronddraaien en een beetje opzijspringen je overal onmiddellijk heenbrengt, als je je ogen maar gesloten houdt 😉

        • Ik heb gehoord dat in het hiernamaals (met gesloten ogen en zonder bewegingen) de ruimte-tijd stil staat 🙂 Maar ik denk dat Einstein zich nog wel weet om te draaien als hij dit zo leest.

  4. Inderdaad, gelukkig hebben we Einstein(iaans reizen) nog. Maar zoals je zegt, er is een probleempje mee dat het “echte” warpreizen nu net zou wegnemen.
    Ik heb trouwens je suggestie (drie keer ronddraaien etc.) even uitgetest. Waanzinnig gewoon! Ik kwam gelijk in een totaal onbekend stelsel terecht – stond op geen enkele kaart. En sterren dat ik gezien heb! 🙂

    • Reizen in je eigen hoofd blijft het mooiste 🙂

      Wat ik me niet voor het eerst nu wederom afvraag is wat er gebeurt als je beide vormen van reizen kunt combineren: met 1g blijven acceleren binnen de warpbel.

      • @ June je komt dan volgens stringtheorie gids nr. 73 in een multi dimensionale ruimte-tijd twilightzône terecht samen met een hongerige kudde gestrande Hitchhiker’s, op zoek naar galaxy in de vorm van een big Mac. Ik filosofeer gezellig mee :-).

  5. HadieDave zegt

    Right, June.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: