اگر سفینه فضایی Warp Drive به داخل سیاهچاله پرواز کند: نظریه‌ها و فرضیات

درایوهای Warp علیرغم حضور همه جانبه آنها در داستان های علمی تخیلی، سابقه ای طولانی از عدم وجود دارند.

نویسنده جان کمپبل اولین بار این ایده را در یک رمان علمی تخیلی به نام جزایر فضا مطرح کرد. این روزها، به‌ویژه به لطف Star Trek، این اصطلاح بسیار آشناست.

تقریباً یک مرجع عمومی برای سفر فوق‌العاده در فضای ابری است. اینکه آیا درایو Warp هرگز وجود خواهد داشت یا نه، یک مشکل فیزیک است که محققان هنوز در تلاش برای حل آن هستند، اما در حال حاضر، این مسئله نظری است.

اخیراً، دو محقق به بررسی این موضوع پرداختند که اگر یک کشتی با درایو تار بخواهد وارد یک سیاه‌چاله شود، چه اتفاقی می‌افتد. نتیجه یک آزمایش فکری جالب است. ممکن است منجر به درایوهای چرخشی به اندازه یک کشتی ستاره ای نشود، اما ممکن است به دانشمندان اجازه دهد روزی نسخه های کوچکتر را ایجاد کنند.

Remo Garattini و Kirill Zatrimaylov این نظریه را مطرح کردند که چنین محرکه ای می تواند در داخل سیاهچاله به اصطلاح شوارتزشیلد زنده بماند. این به شرطی است که کشتی از افق رویداد با سرعتی کمتر از سرعت نور عبور کند.

از نظر تئوری، میدان گرانشی سیاهچاله مقدار انرژی منفی مورد نیاز برای ادامه حرکت را کاهش می دهد. اگر اینطور بود، کشتی می‌توانست از آن عبور کند و به نوعی از آن برای رسیدن به جای دیگری بدون له شدن استفاده کند.

علاوه بر این، ریاضیات پشت این ایده راه را برای ایجاد احتمالی درایوهای مینی وارپ در تنظیمات آزمایشگاهی نشان می دهد.

وارپ درایو چیست؟ بررسی مفهوم و کاربردهای آن در سفرهای فضایی

آیا دانشمندان می توانند درایو میکرو یا مینی وارپ در آزمایشگاه بسازند؟ سوالات خوب برای درک کار این تیم، بیایید به بازیگران اصلی این تحقیق نگاه کنیم: درایوهای تار و سیاه چاله ها.

این ایده از این واقعیت الهام گرفته شده است که هیچ چیز نمی تواند سریعتر از سرعت نور حرکت کند. با توجه به فواصل موجود در فضا، سفر به نزدیکترین ستاره سال ها طول می کشد (اگر بتوانیم با سرعت نور پیش برویم). عبور از یک کهکشان یا کهکشان های دورتر سال ها و عمر زیادی طول می کشد. بنابراین، اگر می‌خواهید یک گونه فضایی باشید، باید سریع‌تر از نور (FTL) سفر کنید.

چگونه این کار را انجام می دهید؟ اینجاست که درایوهای Warp وارد می‌شوند. از نظر تئوری، آنها به شما این امکان را می‌دهند که سفینه فضایی خود را درون حبابی قرار دهید که می‌تواند با سرعت FTL در فضا بلغزد.

این گونه است که کشتی های ستاره ای در Star Trek (و دیگر داستان های SF) فواصل بزرگ را به سرعت طی می کنند. کشتی‌های پیشتازان فضا از یک منبع انرژی در ‘هسته تار’ برای تامین انرژی ژنراتورهای میدان تاب استفاده می‌کنند. آنها حباب تار را در زیرفضا ایجاد می کنند. کشتی از آن برای رفتن به هر جایی که خدمه نیاز دارند استفاده می کند.

آیا فیزیکدانان به درایوهای جنگاوری (Warp) علاقه‌مندند؟

چنین درایو پیچ و تاب یک ایده وسوسه انگیز با اخطارهای بسیاری است. به عنوان مثال، تولید یک میدان تاب به مقدار دیوانه کننده ای انرژی نیاز دارد. برخی از فیزیکدانان معتقدند که انرژی آن بیشتر از آن چیزی است که ما قادر به تولید آن هستیم. ایجاد این انرژی به مقادیر عظیمی از ماده عجیب و غریب نیاز دارد – چیزی مانند ‘unobtanium’. بنابراین، این یک مشکل است.

برخی دیگر می گویند که ایجاد چنین محرکی برخلاف درک فعلی ما از فیزیک فضا-زمان است. با این حال، این هیچ کس را از حدس و گمان در مورد راه هایی برای تحقق آن منع نکرده است.

به عنوان مثال، فیزیکدان مکزیکی میگل آلکوبیر در سال ۱۹۹۴ ایده ای برای چنین درایو داشت. او پیشنهاد کرد که می تواند حبابی ایجاد کند که فضا را در اطراف یک جسم جابجا کند. او تحقیقات خود را در مورد کشتی‌ای که می‌تواند سریع‌تر از نور به جایی برسد، ادامه داده است.

با این حال، او و دیگران هنوز هم به مشکلات مختلفی در ایجاد و حفظ درایو تاب اشاره می کنند. این شامل این ایده است که چنین محرکی به طور مؤثر خود را از بقیه جهان جدا می کند. از جمله، به این معنی است که کشتی نمی تواند محرکی را که باعث حرکت آن می شود، کنترل کند. بنابراین، هنوز چند باگ برای رفع وجود دارد.

گشت و گذاری در دنیای سیاهچاله‌ها

ما بیشتر با سیاهچاله ها از نظر جرم ستاره ای و ابرپرجرم آشنا هستیم. این ها همچنین دیسک های برافزایشی دارند که مواد را به سیاهچاله منتقل می کنند.

برای مثال، سیاه‌چاله‌ی مرکزی به نام Sagittarius A* در کهکشان راه شیری ما به‌طور دوره‌ای مواد را می‌بلعد. سپس، یک آروغ از تشعشع ساطع می کند. دیگر کهکشان‌های فعال‌تر، فواره‌هایی از مواد منتشر می‌کنند که با تغذیه مداوم سیاه‌چاله مرکزی پرجرم منتشر می‌شوند.

سیاهچاله غلظتی از جرم با گرانش آنقدر قوی است که هیچ چیز، حتی نور، نمی تواند فرار کند. نویسندگان در مطالعه خود در مورد سیاهچاله ها و درایوهای تار، از سیاهچاله های شوارتزشیلد استفاده کردند.

این سیاهچاله‌های به اصطلاح ساده «ایستا» فضازمان را منحنی می‌کنند، بار الکتریکی ندارند و غیر چرخنده هستند. اساسا، آنها تقریب خوبی برای اکتشافات ریاضی ویژگی های اجسام آهسته در حال چرخش در فضا هستند.

ماجرای سفر یک کشتی با Warp Drive به سیاه چاله

سیاهچاله شوارتزچایلد سیاهچاله ‘کامل’ برای استفاده در این کاوش نظری درایو چرخشی است که از افق رویداد عبور می کند. برای کشف این سناریو، گاراتینی و زتریمالوف تصمیم گرفتند معادلات توصیف کننده سیاهچاله و معادلاتی که درایو تار را توصیف می کنند را به صورت ریاضی ترکیب کنند.

در میان چیزهای دیگر، آنها دریافتند که امکان ‘جاسازی’ درایو تار در ناحیه بیرونی سیاهچاله وجود دارد. حباب تار خود بسیار کوچکتر از سیاهچاله است و باید به سمت آن حرکت کند. گرانش سیاهچاله بر شرایط انرژی مورد نیاز برای ایجاد و حفظ رانش تار تأثیر می گذارد.

این بدان معناست که از نظر تئوری می توانید مقدار انرژی منفی مورد نیاز برای حفظ حباب تار را کاهش دهید. علاوه بر این، محققان پیشنهاد می‌کنند که اگر حباب تار با سرعت کمتر از نور حرکت کند، افق سیاه‌چاله را به‌طور مؤثری پاک می‌کند.

تیم تحقیقاتی همچنین این ایده را توضیح داد که چنین اتفاقی می تواند تبدیل ذرات مجازی به ذرات واقعی را در میدان الکتریکی ایجاد کند. اگر چنین باشد، می تواند منجر به ایجاد درایوهای مینی وارپ در آزمایشگاه شود.

تغییرات جالب در سیاهچاله‌ها: نگاهی نو به اسرار کیهانی

به همین ترتیب، وقتی یک حباب تار بزرگتر از یک سیاهچاله عبور می کند، یک اثر ‘غربالگری’ ایجاد می کند و عملاً افق را از بین می برد و تعریف آنتروپی سیاهچاله را در مفهوم هاوکینگ غیرممکن می کند. اگر درایوهای Warp در طبیعت امکان پذیر باشد، این مسائل نشان می دهد که ما هنوز آنها را از نقطه نظر ترمودینامیکی درک نکرده ایم.

فناوری Warp Drive: همچنان در کانون توجهات

بنابراین، در حالی که این تحقیق ممکن است از نظر نظری ارزشمند باشد و می تواند منجر به تولید آزمایشگاهی سیاهچاله های کوچک شود، سؤالات زیادی باقی می ماند.

شاید در آینده، زمانی که مکانیک کوانتومی پشت هر دوی این اجسام را درک کنیم، ممکن است فناوری Warp را یک اسلم دانک بدانیم. اگر چنین است، پس وقتی کشتی‌ها از میان سیاه‌چاله‌ها عبور می‌کنند، ممکن است با زمان عجیبی روبرو شویم.

برای مثال، سیگنال‌های داخل سیاه‌چاله می‌توانند توسط یک حباب تار که از تکینگی ادغام می‌شود، انجام شود. این به ما امکان می‌دهد تصاویر یا ضبط‌هایی از آنچه در افق رویداد است ارسال کنیم – چیزی که امروز هیچ‌کس درباره آن نمی‌داند.

همچنین این احتمال وجود دارد که آن سیاه‌چاله‌های ترسناک، دستیابی به درایو پیچ و تاب را کمتر دشوار کنند، زیرا به مواد منبع «انرژی منفی» عجیب و غریب نیاز ندارند.