 |
 |
Aká je vlastne teda tá budúcnosť vesmírnych letov? Ktoré možnosti sú naozaj reálne a ktoré nereálne. Máme vôbec nejakú šancu dostať sa k hviezdam, ktoré sú z nášho pohľadu skoro nepredstaviteľne ďaleko? Možno to vyrieši warpový pohon… O tom všetkom a ešte o mnohom inom hovorí ďalšia časť seriálu o pohonoch.
Warpový pohon je asi nejznámějším ze všech nadsvětelných konceptů pohonu. Jeho slávu mu přinesl věhlasný a dnes již kultovní sci-fi seriál Star Trek, kde je warpového pohonu používáno k téměř rutinním cestám nesmírnými nadsvětelnými rychlostmi (v řádu tisícinásobků rychlosti světla). Právě na počest tohoto seriálu byl tento koncept pohonu pojmenován vědcem, který ho vymyslel, jako warpový pohon (tento výraz byl totiž v seriálu používán dávno předtím, než byl vymyšlen reálný koncept warpového pohonu). Na druhou stranu je to trochu paradoxní, protože warpový pohon tak, jak je v seriálu prezentován (využívající fiktivního subprostoru), nemá s tímto skutečným konceptem moc společného.
A jak warpový pohon funguje? Autor tohoto konceptu, vynikající teoretický fyzik mexického původu Miguel Alcubierre, publikoval v roce 1994 list ve kterém vyšel z jeho práce v oboru obecné teorie relativity a dnešního „standardního modelu“ vesmíru a gravitace. V oné pamětihodné práci popsal způsob, jak pomocí modifikace časoprostoru umožnit vesmírné lodi cestovat jakoukoliv rychlostí bez žádných omezení. Před vesmírnou lodí by byl vesmír kompresován (podobně jako by k tomu docházelo v případě zániku vesmíru při tzv. „velkém křachu“, opaku velkého třesku – vesmír by v onom místě de facto zanikal) a za lodí expandován (podobně jako k tomu docházelo při velkém třesku – vesmír by v onom místě de facto vznikal). Tak by byl vytvořen jakýsi ostrůvek (či bublina) časoprostoru, který by se mohl pohybovat neomezenou rychlostí a ve kterém by se loď nacházela. Na lodi by nedocházelo k žádné diletaci času ani k žádnému nebezpečnému přetížení. Čas na lodi by plynul stejnou rychlostí jako na Zemi. Je to dáno tím, že rychlost rozpínání (respektive komprese) samotného časoprostoru není ničím omezená, ani rychlostí světla (například v době tzv. inflace v průběhu velkého třesku se celý vesmír také rozpínal nadsvětelnou rychlostí). Samotná loď přitom neporušuje omezení rychlostí světla dané speciální teorií relativity – ve svém lokálním rámci vesmíru (tedy v oné warpové bublině) se loď vůbec nepohybuje, vlastně stojí na místě. Jediné, co se v rámci celého vesmíru pohybuje (třeba i tisíckrát rychleji než světlo – rychlost je skutečně libovolná), je onen úsek časoprostoru ve kterém se loď nachází, ona warpová bublina.
Tento geniální koncept má ale i velké nevýhody. První z nich je to, že k vytvoření takové deformace časoprostoru (tedy oné warpové bubliny) je potřeba tzv. negativní energie. Negativní energii si můžeme představit jako přesný opak normální energie. Ne ve smyslu elektromagnetickém (jako je tomu v případě antihmoty), ale ve smyslu gravitačním. Například hypotetická „zvláštní hmota“ (exotic matter) disponující negativní energií by byla vlastně hmota se zápornou hmotností! Ač se to může zdát zvláštní, kvantová mechanika zná jevy, při kterých dochází k projevení negativní energie. Jedním z nich je tzv. Casimirův efekt. V tomto případě dochází k tomu, že mezi dvěmi nenabitými kovovými pláty umístěnými těsně vedle sebe dojde k vytvoření regionu s negativní hustotou energie. Je to dáno tím, že pravé fyzikální vakuum není ve skutečnosti „prázdné“ – neustále v něm vznikají a zanikají páry „virtuálních“ částic a antičástic – projevují se tzv. vakuové fluktuace. Vakuum má tedy určitou hustotu energie. Jenže v prostoru mezi pláty dojde k redukování počtu vakuových fluktuací (čím je prostor tenčí, tím více vakuových fluktuací je potlačeno) a tím de facto klesne hustota vakua. Prostor mezi pláty tak má negativní hustotu energie, což se projeví tím, že tlak okolního vakua pláty smrskne k sobě. Kromě casimirova efektu zná kvantová mechanika i další jevy, při kterých dochází k projevům negativní energie – např. v kvantové optice je to využití destruktivních kvantových interferencí k potlačení vakuových fluktuací (v angličtině nazýváno jako „squeezed vakuum“ – tedy doslova „vymačkané“ vakuum). Bohužel, toto všechno jsou jen nepřímé projevy negativní energie (a přitom v nesmírně malém množství), kdežto k tomu, abychom mohli zkonstruovat warpový pohon, bychom museli být schopni přímo manipulovat s negativní energií v ohromném množství (podle některých propočtů by k vytvoření warpové bubliny o průměru 200 metrů pohybující se 10× rychleji než světlo bylo zapotřebí negativní energie v množství 10 miliardkrát větším, než je veškerá energie pozorovatelného vesmíru!). Tato obrovská negativní energie by navíc musela být zkoncentrována do nesmírně tenkého pásma (jen o málo většího než je minimální Planckova velikost). Dalším problémy je to, že podle některých teorií, jakmile by kolem lodi byla vytvořena warpová bublina, loď by jí od toho okamžiku nebyla nijak schopna zevnitř ovlivňovat – nemohla by měnit směr jejího pohybu, ani jí zastavit. Posledními problémy by mohly být vznikající slapové síly uvnitř bubliny, které by mohly loď zničit (i když tento problém podle posledních analýz nevypadá až tak závažně). Neví se také, co se stane s hmotou, která se dostane do cesty warpové bublině. Zřejmě by byla vpředu bubliny stlačena až do formy superhusté kvark-gluonové plasmy a následně by byla ve formě vysokoenergetických částic vyvržena do vnitřku bubliny přímo proti vesmírné lodi. Ta by tak zřejmě musela mít velmi odolné antiradiační štíty.
Kromě tohoto prvního a základního konceptu warpového pohonu existuje i několik dalších schémat, které byly vymyšleny jako reakce na něj. Nejznámější z nich je Chris Van Den Broeckův mikro-warpový pohon a Krasnikovovi nadsvětelné tunely. Chris Van Den Broeckův mikro-warpový pohon funguje na zcela stejném principu, ale warpová bublina je zvenku nesmírně malá (má jen 3×10–32m v poloměru – to je jen o málo větší než Planckova velikost). Vnitřek bubliny je přitom stejně prostorný, jako v případě Alcubierrova warpového pohonu (tedy 100 – 200m). I když to vypadá hodně nereálně, manipulace s metrikou časoprostoru to umožňuje. Díky tak malým externím rozměrům bubliny by tak byl částečně vyřešen problém s negativní energií – k urychlení bubliny na stonásobek rychlosti světla by bylo potřeba množství negativní energie odpovídající pouhým –56kg.
Krasnikovovi nadsvětelné tunely (někdy nazývané jako „nasvětelné metro“) se pak v principu už znatelně odlišují. Vesmírná loď by letěla do nějaké vzdálené oblasti vesmíru klasickým způsobem (tzn. podsvětelnou rychlostí – jako příklad si vezmeme scénář s letem na druhý konec galaxie, který by posádce vesmírné lodi zrychlující o 1g trval jen 12 let, přičemž na Zemi by uplynulo celých 100000 let). Loď by ovšem za sebou vytvářela jakousi cestu (tunel), v kterém by byla pozměněna metrika časoprostoru (zase by tak bylo činěno pomocí negativní energie). Až by loď doletěla na druhý konec galaxie, obrátila by se a letěla zpátky (zase klasickým způsobem – tedy podsvětelnou rychlostí). Tentokrát by ovšem letěla už tunelem s pozměněnou metrikou časoprostoru, který si předtím za sebou vytvořila. Když by doletěla zpátky na Zemi, posádka by zjistila, že od jejich odletu uplynulo jen 24 let (12 let na cestu tam a 12 let na cestu zpátky). Jak je to možné? Vždyť podle speciální teorie relativity by mělo na Zemi přeci uplynout 200000 let (100000 let na cestu tam a 100000 let na cestu zpět). Je to dáno tím, že Krasnikovův tunel, kterým se loď vracela, propojuje dva odlehlé časové úseky – jde vlastně o jakýsi časový warp. Nedochází k žádnému porušení kauzality (příčinnosti), protože tunel funguje jen jednosměrně. Problém ovšem nastává, kdyby byly „postaveny“ dva takové tunely – jeden vedoucí jedním směrem a druhý opačným směrem. Pak by už ke skutečnému cestování časem a tedy porušení kauzality dojít mohlo. Podle některých teorií by ale, jakmile by byl postavena druhý tunel, který by v kombinaci s prvním umožnil cestování časem, došlo vlivem exponencionálního vzestupu silných vakuových fluktuací k jeho zničení. Výhodou Krasnikovových nadsvětelných tunelů je to, že netrpí problémem jako Alcubierrův warpový pohon, který by možná mohl být ihned po vytvoření warpové bubliny neovladatelný.
Dnes nikdo nemůže s určitostí říci, který z konceptů warpového pohonu by byl realizovatelný a který nikoliv. Dokonce ani nemůžeme vědět jestli to, co se nám dnes jeví jako možné problémy, skutečně problémy budou, nebo jestli se třeba neobjeví problémy jiné. Každopádně budoucnost vesmírných letů a celá budoucnost lidstva závisí na tom, jestli se warpový pohon podaří vynaleznout. Já osobně pevně věřím, že ano. Na otázku kdy by tomu tak mohlo být ale nedovedu odpovědět. Může se objevit nějaký novodobý génius a vynaleznout warpový pohon třeba již za několik desítek let, ale něco takového je nesmírně nepravděpodobné. Spíše bude trvat stovky, možná i tisíce let, než lidstvo podnikne první cestu nadsvětelnou rychlostí.
Nabudúce niečo o červích dierach.
Michal Křenek http://mikos.ic.cz m.krenek@volny.cz