Warp-Antrieb und "Star Trek": Physik der Zukunft Raumfahrt (Op-Ed)

Marc G. Millis unter der Leitung NASA Durchbruch Propulsion Physics Project und nahm eine vorzeitige Pensionierung weiterhin diese Arbeit als Teil der interstellaren Forschungsaktivitäten von der Tau Zero Foundation . Er trug dieses Artikels auf SPACE.com des Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Ein weiterer "Star Trek" Film schlagen Sie einfach den Bildschirm – mit dem ehrwürdigen Raumschiff Enterprise. Um solche fantastischen Sterne Flug zu ermöglichen, brauchen wir schneller als Licht (FTL) Flug, Kontrolle über träge und Gravitative Kräfte, extreme Energie-Leistungsfähigkeit und die gesellschaftliche Disziplin, so viel macht sicher zu nutzen. Zwischen den sensationslüsternen Hype und pedantisch Verachtung ist wieviel wirklich Fortschritte?

Für den Anfang, nicht mehr die technischen Ziele nur Science-Fiction mit einem Vermächtnis der einschlägigen Publikationen vor Jahrzehnten sein (siehe unten Anmerkung des Herausgebers). Um klar zu sein, bedeutet dies nicht , die diese Durchbrüche an der Schwelle der Entdeckung sind. Was es bedeutet, ist, dass diese Begriffe vorangebracht haben, wo sie jetzt sind Probleme, die angegriffen werden können. Eine Diplom-Level Abhandlung, zusammen mit der nächsten Schritt Recherchemöglichkeiten gibt es als Compilation "Frontiers of Propulsion Science" (AIAA, 2009). Für den Rest von uns ist hier eine kurze Version.

Schneller als Licht-Motoren

Im Vergleich zu den Entfernungen zwischen den Sternen, ist Lightspeed langsam. Das benachbarte Sternsystem uns (Alpha Centauri) am nächsten ist mehr als vier Jahren Weg mit Lichtgeschwindigkeit (wie aus der Perspektive eines externen Beobachters gemessen). Der nächsten bewohnbaren Planeten möglicherweise überall von 25 Lichtjahre zu 200 Lichtjahre entfernt. Und treffen neue Aliens für jede Woche Folge, unser Schiff betrachten würde benötigen eine naive Reisegeschwindigkeit von mindestens 25.000 Mal Lichtgeschwindigkeit. Das Wort "naiv" wird verwendet, um uns daran zu erinnern, die wir nicht wirklich wissen, was passiert mit Zeit und Raum hinaus Lightspeed. [Warp Antrieb & Transporter: Funktionsweise 'Star Trek'-Technologie (Infografik)]

Wurmlöcher und Warp-Antriebe – Ansätze zur FTL-Flug – sind theoretisch möglich, aber die Theorie hat nicht noch ausgereift, um ihren Bau zu führen. Diese Theorien basieren auf Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie. Der Fortschritt konzentriert sich meist auf die Energie-Bedingungen – wie um den Energiebedarf zu senken und zu schaffen und die erforderliche "negative Energie." Eine Schlussfolgerung, die wir bereits gefunden habe ist, dass Wurmlöcher energieeffizienter zu schaffen FTL als Warp-Antrieb. Weitere Informationen finden Sie Eric Davis' "Faster Than Light Space Warps, Status und die nächsten Schritte" Papier aus der letztjährigen 48. AIAA/ASME/SAE/ASEE gemeinsamen Antrieb Konferenz & aufweisen.

Aktuelle News über das Werk von Harold "Sonny" White am Johnson Space Center der NASA wurde übertrieben. Diese Arbeit ist ein Versuch, Raum-Zeit-Verzerrungen durch die Anwesenheit von negativer Energie zu messen. Leider habe ich keinen Artikel über diese Hypothese oder die Methoden, die verwendet wird, da solche Informationen nicht zitieren (noch?) veröffentlicht worden. Obwohl dies Eric Davis für die Tau Zero Foundation verfolgt, wissen wir noch nicht genug, um Urteil übertragen.

Die Quantenphysik stellt auch verlockend Phänomene für FTL Fragen relevant. Eine Reihe von Phänomenen wie Tunnelbau und Verstrickung, fallen unter die Überschrift "Quanten nicht-Lokalität" – ein Begriff, ich von Physiker John Cramer an der University of Washington, Seattle lernte. Cramer Versuch, die möglichen Auswirkungen der Zeit-Paradox von solchen Phänomenen zu testen ist immer noch unvollständig. Das letzte Update, was, das ich sah, war "Status der nichtlokale Quanten-Kommunikation-Test", präsentiert von Cramer und seine Kollegen.

Kontrolle der Schwerkraft und trägen Kräfte

Stellen Sie sich Ihre Lieblings fiktive Raumschiff, wo die Crew in der Regel als ob in einem Studio auf der Erde herum ist. Dies bedeutet, dass das Schiff ein Gravitationsfeld für den Komfort und die Gesundheit der Crew zur Verfügung stellt – mitten im Weltraum, wo solche Felder nicht existieren. Dies wäre ein tiefer Durchbruch! Diese enorm wichtige Funktion wird oft vernachlässigt, im Schatten von der Schwierigkeit, FTL. Es ist also allgegenwärtig in Science Fiction, die viele Menschen nicht selbst erkennen, dass es da ist und das Ausmaß ihrer Auswirkungen. Leider hat es nicht noch Cool klingenden Namen Champion zu helfen und ihr Wesen zu vermitteln. [Wir "Star Trek" Raumschiff Enterprise bauen könnten?]

Angesichts solch eine Fähigkeit, Beschleunigung Kräfte in ein Raumschiff zu schaffen, ist es nicht viel von einem Sprung der Phantasie zu empfehlen, die Kräfte außerhalb ein Raumschiff auch erzeugt werden könnte so verschieben das Raumschiff durch das Weltall. Solch ein Nonrocket Raum Laufwerk wäre eine tief greifende Durchbruch.

Aber Moment, es gibt noch mehr. Die Physik, Gravitation und trägen Kräfte manipulieren zu können bedeutet auch die Fähigkeit, "Traktor Balken" zum Verschieben von entfernten Objekten haben "Schilde" um abzulenken, in der Nähe von Objekten, sowie die Möglichkeit, Sinn Eigenschaften von Raum und Zeit, die wir nicht noch einmal zu ergründen.

Forscher haben mehr als eine Möglichkeit, solche Beschleunigung Felder erzeugen veröffentlicht, und beide Methoden sind theoretisch Einklang mit Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie (Robert Forward 1963 Papier weiter unten zitiert und der Levi-Civita-Effekt). Diese beiden haben schwierige theoretische und Herausforderungen bei der Implementierung, ähnlich wie bei Warp-Antriebe und Wurmlöcher.

Allerdings gibt es mehrere Möglichkeiten, sich dieser Herausforderung zu nähern, wie ich letztes Jahr in "Space Drive Physik: Einführung & Next Steps" in der Zeitschrift der British Interplanetary Society präsentiert. Das ist die Herausforderung, die mein berufliche Interesse weckt. Ich bin erneutes die Werke von Eddington und Mach eine andere Formalismus der Kupplung zwischen Raumzeit (Inertialsysteme) und Elektromagnetismus zu testen, die experimentell getestet werden können. Wünscht mir Glück.

Noch nie da gewesenen Energieverbrauch Speicherung und Leistung

Interstellaren Flug – auch im Rahmen der vorhersehbaren Technologie — erfordert enorme Mengen an Energie, mehr Fähigkeiten, als die Menschheit noch nicht erreicht hat. In "Star Trek" verwenden sie Materie-Antimaterie zur Energiegewinnung (Antimaterie ist vorhandene Physik), durch die Materie vollständig in Energie umwandeln. Denken Einsteins E = Mc². Unsere fantastischen Raumschiffe benötigen mindestens so viel Energie, vielleicht mehr.

Die Kernkraft ist eine Realität, die, wenn für bemannte Raumfahrt, verwendet das Ausmaß der Raumfahrtaktivitäten mit vorhersehbaren Technologie erheblich steigern würde. Die Leistungsstufen für FTL-Flug, Werte, die einmal astronomisch hoch waren, benötigt haben mit kontinuierliche Forschung, wo sie sind jetzt einfach traumhaft entmutigend verbessert.

Andere Science-Fiction hat Null Punkt Quantenenergie als Energiequelle reichlich zitiert. Aber wurzelt Vakuum Quantenenergie in glaubwürdige theoretische und experimentelle Ansätze, die Forschung noch zu jung, um die Wünsche für ausreichend Energie-Umwandlung zu beantworten. Heute sind winzige Energie Konvertierungen über winzige Elektrode Lücken möglich. Diese Experimente sind, zwar nicht Energie Extraktoren dienen sie als hervorragendes Werkzeug, um diese junge Thema in Physik empirisch zu erforschen.

Nachhaltig friedliche Gesellschaft

Ein wichtiges Element des "Star Trek" hinausging, die Technologie ist seine Gesellschaft: Schaffung einer kooperativen Kultur, kann nutzen die Kraft des Starflight ohne sich dabei zu töten. Wenn die Potenz die reale Energie Deckungssummen für Starflight in Betracht ziehen, ist von entscheidender Bedeutung. Dies ist nicht nur eine Frage der inspirierenden Fiktion oder Wohlfühl-Vorstellungen. Dies ist eine Frage des Überlebens unserer Spezies.

Obwohl Trends zeigen, dass die Menschheit friedlicher geworden ist, insgesamt bin ich besorgt, dass diese Herausforderung härter erweisen könnte als die neue Physik für FTL und steuerbare Schwerkraft zu schaffen. Die gute Nachricht ist, dass dies etwas ist, können wir alle arbeiten in Richtung als nachdenklicher über wie jeder von uns zur Konfliktlösung von Ansichten, Wünsche und Bedürfnisse wählt.

Was können Sie tun

Wenn Sie einen Arzt auf der Suche nach "Star Trek"-Stil Raumfahrt werden wollen, benötigen Sie eine reichliche Ausbildung in Physik, eine lebhafte Phantasie, stetige strenge arbeiten durch die Details und beharrlich durch die Rückschläge und die persönliche versierte inmitten einer Welt, die mehr daran interessiert, in kurzfristige Renditen, und manchmal sogar zurück zu Wiederholungen navigieren.

Für diejenigen, die von der Seitenlinie aus unterstützen wollen, nimmt der Tau Zero Foundation jetzt Mitgliedschaften und Spenden entgegen. Erfahren Sie mehr darüber, wie die Stiftung hier beitreten:.

Wenn durch irgend einen Zufall, Sie ein großzügiger Mäzen dies lesen und Frage mich sind, ob Tau Zero das Zeug dazu hat, ein komplettes Programm rund um das Thema laufen, ist die Antwort "Ja". Ich führte das NASA-Projekt auf solche Ambitionen, einschließlich der Entwicklung des Prozesses, durch Vorschläge zu vermeiden die Nachteile der pedantisch Entlassungen und die Lunatic Fringe zu sortieren. Diese Details sind im letzten Kapitel unseres Buches "Frontiers of Propulsion Science". Wir haben ein Netzwerk von qualifizierten Praktikern, die gerne helfen würde, wenn auch nur für eine bescheidene Honorare. Und wenn Sie ein Forscher in der Hoffnung, die Mittel für dieses Thema zu finden sind, bitte lassen Sie uns wissen wenn du welche findest. Noch haben wir nicht genug für uns, geschweige denn Vorschläge einladen.

Ad Astra incrementis (zu den Sternen in immer größeren Schritten)

Helfen Sie uns weiterhin zu prüfen, diese hochspekulativen Aussichten heute – Perspektiven, die schließlich zu fantastischen Starflight eskalieren könnte – die Menschheit überleben und gedeihen in der Galaxis.

Die folgenden Publikationen illustrieren Fortschritt im Hinblick auf die technischen Ziele der interstellare Reisen:

Induzierte Gravitation: Sturm, R. L. "Richtlinien, Antigravitation," in : American Journal of Physics, Bd. 31, s. 166-170. (1963)

FTL Wurmlöcher: Morris, M. S. & Thorne, K. S. "Wurmlöcher Raumzeit und ihrer Verwendung für interstellare Reisen: ein Werkzeug für den Unterricht der allgemeinen Relativitätstheorie," American Journal of Physics, Bd. 56, s. 395-412. (1988)

FTL Warp Laufwerke: Alcubierre, M. "Warp-Antrieb: hyperschnelle Reisen innerhalb der allgemeinen Relativitätstheorie" Klassik und Quantengravitation, Bd. 11, s. L73-L77. (1994)

Raum Laufwerke: Millis, M. G. "Herausforderung für die Raum-Laufwerk erstellen" AIAA Journal of Propulsion & Power, Vol. 13(5), s. 577-582. (1997)

Quantum Vakuum Antrieb: Maclay, J. & vorwärts, R., "Ein Gedanken-Raumschiff, das arbeitet mit dem Quanten-Vakuum (adiabatische Casimir-Effekt)," Grundlagen der Physik, Bd.34(3), s. 477-500. (2004)

Zusammenstellung der Ansätze: Millis & Davis, (Hrsg.), Grenzen der Antrieb Wissenschaft, Amerikanisches Institut von Raumfahrt und Luftfahrt (AIAA). (2009)

Eine längere Version dieses Artikels erschien ursprünglich auf Paul Gilster Centauri Dreams: " Star Trek: Star techn. "

Diese Geschichte wurde von SPACE.com, eine Schwester Website LiveScience zur Verfügung gestellt. Die Meinungen sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Meinung des Herausgebers. Dieser Artikel erschien ursprünglich auf SPACE.com.