Warp Drive et 'Star Trek': Physics of Future Space Travel (Op-Ed)

Jeu Star Trek

Le prochain jeu 'Star Trek' ravive le voyage d'exploration de la série, mais c'est aussi un titre de shoot-em-up. (Crédit image : Namco Bandai)





Marc G. Millis à tête Projet révolutionnaire de physique de la propulsion de la NASA et a pris une retraite anticipée pour poursuivre ce travail dans le cadre des activités de recherche interstellaire du Fondation Numéro Zéro . Il a contribué cet article à guesswhozoo.com Voix d'experts : Op-Ed & Insights .

Un autre film 'Star Trek' vient de sortir à l'écran, mettant en vedette le vénérable Starship Enterprise. Pour permettre un vol d'étoiles aussi fantastique, nous avons besoin d'un vol plus rapide que la lumière (FTL), d'un contrôle des forces d'inertie et de gravitation, de prouesses énergétiques extrêmes et de la discipline sociétale pour exploiter cette puissance en toute sécurité. Entre le battage médiatique sensationnaliste et le dédain pédant, quels progrès sont réellement réalisés ?

Pour commencer, les objectifs techniques ont cessé d'être seulement il y a des décennies de science-fiction avec un héritage de publications pertinentes (voir la note de l'éditeur ci-dessous). Pour être clair, cela ne ne pas signifient que ces percées sont au seuil de la découverte. Ce que cela signifie, c'est que ces notions ont progressé jusqu'au point où elles sont maintenant des problèmes qui peuvent être attaqués. Un traité de niveau universitaire, ainsi que des options de recherche pour la prochaine étape, est disponible sous forme de compilation ' Frontières de la science de la propulsion ' (AIAA, 2009). Pour le reste d'entre nous, voici une version courte.



Des moteurs plus rapides que la lumière

Comparée aux distances entre les étoiles, la vitesse de la lumière est lente. Le système stellaire voisin le plus proche de nous (Alpha Centauri) est éloigné de plus de quatre ans à la vitesse de la lumière (mesurée du point de vue d'un observateur externe). La planète habitable la plus proche pourrait se situer entre 25 et 200 années-lumière. Et, pour envisager de rencontrer de nouveaux extraterrestres pour chaque épisode de la semaine, notre vaisseau aurait besoin d'un naïve vitesse de croisière d'au moins 25 000 fois la vitesse de la lumière. Le mot « naïf » est utilisé pour nous rappeler que nous ne savons pas vraiment ce qui arrive au temps et à l'espace au-delà de la vitesse de la lumière. [ Warp Drive & Transporters : Comment fonctionne la technologie « Star Trek » (infographie) ]

Les trous de ver et les entraînements à distorsion (approches du vol FTL) sont théoriquement possibles, mais la théorie n'a pas encore avancé pour guider leur construction. Ces théories sont basées sur la théorie de la relativité générale d'Einstein. Les progrès en cours se concentrent principalement sur les conditions énergétiques — comment réduire l'énergie requise et comment créer et appliquer l'« énergie négative » requise. Une conclusion que nous avons déjà trouvée est que les trous de ver sont plus économes en énergie pour créer des FTL que les entraînements à distorsion. Pour en savoir plus, voir Eric Davis Déformations spatiales plus rapides que la lumière, statut et prochaines étapes article de la 48e conférence et exposition conjointes AIAA/ASME/SAE/ASEE de l'année dernière.



Les nouvelles récentes concernant le travail de Harold 'Sonny' White au Johnson Space Center de la NASA ont été exagérées. Ce travail est une tentative de mesurer les distorsions spatio-temporelles causées par la présence d'énergie négative. Malheureusement, je n'ai pas d'article à citer sur cette hypothèse ou les méthodes utilisées, car de telles informations n'ont pas (encore ?) été publiées. Bien qu'Eric Davis suive cela pour la Fondation Tau Zero, nous n'en savons pas encore assez pour rendre un jugement.

La physique quantique présente également des phénomènes tentants pertinents pour les questions FTL. Un certain nombre de phénomènes, tels que l'effet tunnel et l'intrication, relèvent de l'en-tête de « non-localité quantique » - un terme que j'ai appris du physicien John Cramer à l'Université de Washington, Seattle. La tentative de Cramer de tester les implications possibles du paradoxe temporel de tels phénomènes reste encore incomplète. La dernière mise à jour que j'ai vue était ' Statut du test de communication quantique non locale ' présenté par Cramer et ses collègues.

Contrôle des forces gravitationnelles et inertielles



Imaginez votre vaisseau fictif préféré, où l'équipage se promène normalement, comme dans un studio sur Terre. Cela signifie que le navire fournit un champ gravitationnel pour le confort et la santé de l'équipage - au milieu de l'espace lointain où de tels champs n'existent pas. Ce serait une percée profonde ! Cette caractéristique extrêmement importante est souvent négligée à cause de la difficulté d'atteindre le FTL. Il est tellement omniprésent dans la science-fiction que beaucoup de gens ne réalisent même pas qu'il est là et l'étendue de ses implications. Malheureusement, il n'a pas encore de nom à consonance cool pour aider à défendre et à transmettre son essence. [ Pourrions-nous construire l'entreprise de vaisseaux spatiaux de « Star Trek » ? ]

Étant donné une telle capacité à créer des forces d'accélération à l'intérieur un vaisseau spatial, ce n'est pas vraiment un saut d'imagination pour suggérer que des forces pourraient être créées à l'extérieur un vaisseau spatial aussi, déplaçant ainsi le vaisseau spatial à travers l'univers. Un tel entraînement spatial sans fusée serait une percée profonde.

Mais attendez, il y a plus. La physique permettant de manipuler les forces gravitationnelles et inertielles implique également la capacité d'avoir des « faisceaux tracteurs » pour déplacer des objets distants, des « boucliers » pour dévier les objets proches, ainsi que la capacité de détecter des propriétés de l'espace-temps que nous ne pouvons même pas encore comprendre. .

Les chercheurs ont publié plus d'une façon de générer de tels champs d'accélération, et les deux méthodes sont théoriquement cohérentes avec la relativité générale d'Einstein (article de 1963 de Robert Forward cité ci-dessous, et effet Levi-Civita). Les deux présentent des défis théoriques et de mise en œuvre redoutables, similaires aux lecteurs de distorsion et aux trous de ver.

Cependant, il y a plus d'une façon d'aborder ce défi, comme je l'ai présenté l'année dernière dans Space Drive Physique : Introduction et prochaines étapes ' dans le Journal de la British Interplanetary Society. C'est le défi qui pique mon intérêt professionnel. Je revisite les travaux d'Eddington et Mach, pour tester un formalisme différent du couplage entre l'espace-temps (repères inertiels) et l'électromagnétisme qui peut être testé expérimentalement. Souhaite moi bonne chance.

Stockage d'énergie et consommation d'énergie sans précédent

Le vol interstellaire - même dans le contexte d'une technologie prévisible - nécessite d'énormes quantités d'énergie, plus de prouesses que l'humanité n'a encore réalisé. Sur 'Star Trek', ils utilisent la matière-antimatière pour fournir de l'énergie (l'antimatière est la physique existante), en convertissant entièrement la matière en énergie. Pensez à E=mc d'Einstein2. Notre vaisseau spatial fantastique aura besoin d'au moins autant d'énergie, peut-être plus.

L'énergie nucléaire est une réalité qui, si elle était utilisée pour les vols spatiaux, augmenterait considérablement l'étendue des activités spatiales utilisant la technologie prévisible. Les niveaux de puissance requis pour le vol FTL, des valeurs qui étaient autrefois astronomiquement élevées, se sont améliorés avec la poursuite des recherches jusqu'à ce qu'ils soient maintenant incroyablement intimidants.

Une autre science-fiction a cité l'énergie du point zéro quantique comme une source d'énergie suffisante. Bien que l'énergie quantique du vide soit ancrée dans des approches théoriques et expérimentales crédibles, cette recherche est encore trop récente pour répondre aux souhaits d'une conversion d'énergie suffisante. Aujourd'hui, de minuscules conversions d'énergie sont possibles en utilisant de minuscules écarts d'électrode. Bien que ces expériences ne soient pas des extracteurs d'énergie, elles constituent d'excellents outils pour explorer empiriquement ce jeune sujet de la physique.

Une société durablement pacifique

Un élément important de « Star Trek » qui va au-delà de la technologie est sa société : créer une culture coopérative qui peut exploiter la puissance du vol des étoiles sans se tuer dans le processus. Lorsque l'on considère la puissance du réel niveaux d'énergie requis pour le vol stellaire, ce qui est d'une importance cruciale. Il ne s'agit pas seulement d'inspirer de la fiction ou des notions de bien-être. C'est une question de survie de notre espèce.

Bien que les tendances indiquent que l'humanité devient plus pacifique, dans l'ensemble, je crains que ce défi ne s'avère plus difficile que de créer la nouvelle physique pour la FTL et la gravité contrôlable. La bonne nouvelle, c'est que c'est quelque chose sur quoi nous pouvons tous travailler en étant plus attentifs à la façon dont chacun de nous choisit de résoudre les conflits de vues, de désirs et de besoins.

Que pouvez-vous faire d'autre

Si vous voulez devenir un praticien à la poursuite des vols spatiaux de style « Star Trek », vous aurez besoin d'une vaste éducation en physique, d'une imagination débordante, d'une rigueur constante pour travailler sur les détails et persévérer dans les revers, et du savoir-faire personnel pour naviguer au milieu d'un monde plus intéressé par les rendements à court terme, et parfois même de retour aux rediffusions.

Pour ceux qui veulent soutenir en marge, la Fondation Tau Zero accepte désormais les adhésions et les dons. Vous pouvez en savoir plus sur la façon de rejoindre la fondation ici : http://www.tauzero.aero/ .

Si, par hasard, vous êtes un philanthrope généreux en train de lire ceci et de vous demander si Tau Zero a ce qu'il faut pour organiser tout un programme autour de ce thème, la réponse est oui. J'ai conduit le projet de la NASA vers de telles ambitions, notamment en développant le processus de tri des propositions pour éviter les préjudices des licenciements pédants et de la frange des fous. Ces détails se trouvent dans le dernier chapitre de notre livre 'Frontiers of Propulsion Science'. Nous avons un réseau de praticiens qualifiés qui se feront un plaisir d'aider, même si ce n'est que pour de modestes honoraires. Et si vous êtes un chercheur espérant trouver des fonds pour ce sujet, veuillez nous en informer si vous en trouvez. Pour l'instant, nous n'en avons pas assez pour nous-mêmes, encore moins pour inviter des propositions.

Vers les étoiles incréments (vers les étoiles à pas toujours croissants)

Aidez-nous à continuer à explorer ces perspectives hautement spéculatives aujourd'hui - des perspectives qui pourraient éventuellement dégénérer en un fantastique vol stellaire - permettant à l'humanité de survivre et de prospérer à travers la galaxie.

Les publications suivantes illustrent les progrès accomplis vers les objectifs techniques du voyage interstellaire :

Gravitation induite : Forward, R. L. 'Guidelines to Antigravity', dans Journal américain de physique , Vol. 31 , p. 166-170. (1963)

Trous de ver FTL : Morris, M. S. & Thorne, K. S. Les trous de ver dans l'espace-temps et leur utilisation pour les voyages interstellaires : un outil pour enseigner la relativité générale, Journal américain de physique, Vol. 56 , p. 395-412. (1988)

Lecteurs de distorsion FTL : Alcubierre, M. 'The warp drive: hyper-fast travel in general relativity,' Gravité classique et quantique , Vol. Onze , p. L73-L77. (1994)

Disques spatiaux : Millis, M. G. 'Défi pour créer la commande spatiale,' Journal de l'AIAA sur la propulsion et la puissance , Vol. 13 (5), p. 577-582. (1997)

Propulsion quantique sous vide : Maclay, J. & Forward, R., « Un vaisseau spatial Gedanken qui fonctionne à l'aide du vide quantique (effet Casimir adiabatique) » Fondements de la physique , Vol. 3. 4 (3), p. 477 – 500. (2004)

Compilation d'approches : Millis & Davis, (dir.), Frontières de la science de la propulsion , Institut américain d'astronautique et d'aéronautique (AIAA). (2009)

Une version plus longue de cet article a été initialement publiée sur Centauri Dreams de Paul Gilster : ' Star Trek : Star Tech. '

Les opinions exprimées sont celles de l'auteur et ne reflètent pas nécessairement celles de l'éditeur. Cet article a été initialement publié le guesswhozoo.com .