A fénynél gyorsabb (FTL) kommunikáció felfedezése, a sci-fiben gyökerező koncepció évek óta izgatja a tudósokat és a mérnököket. Az FTL utaz...
A fénynél gyorsabb (FTL) kommunikáció felfedezése, a sci-fiben gyökerező koncepció évek óta izgatja a tudósokat és a mérnököket. Az FTL utazás közmondásos kistestvére, ahol egy űrhajót egy távoli helyre küldenek, ígéretes első lépés lehet, és az egyik teoretikus a "hiperhullámokra" helyezi a hangsúlyt, egy olyan módszerre, amellyel a fénysebességnél gyorsabban küldhetnek üzeneteket hatalmas távolságokra.
A brit kormány Védelmi Tudományos és Technológiai Laboratóriuma és a Védelmi Minisztérium által részben finanszírozott tanulmány, amelyet Dr. Lorenzo Pieri töltött fel az arXiv-re, "Hiperhullám: Hipergyors kommunikáció az általános relativitáselméletben" címmel, új megközelítést kínál erre a kihívásra. Azt javasolja, hogy "hipercsöveket" használjanak - olyan struktúrákat, amelyek képesek kezelni a negatív energia eloszlását és konfigurációját - a térbuborékok felgyorsítására és lassítására, megkönnyítve az FTL kommunikációt. (1)
A fénynél gyorsabb kommunikáció
A kulcsfogalom, amely mindezt összetartja, a térbuborék, egy elméleti konstrukció, amely lehetővé teheti a szuperluminális utazást vagy kommunikációt. Pieri javaslatának lényege Miguel Alcubierre 1994-es munkájának alkalmazásában rejlik.
Alcubierre térhajlítási modellje, amelyet gyakran tárgyalnak a fénynél gyorsabb utazás összefüggésében, magában foglalja egy buborék létrehozását a téridőben, amely összehúzza az előtte lévő teret, és kiterjeszti mögötte, hatékonyan lehetővé téve az űrhajó számára, hogy a fénynél gyorsabban haladjon anélkül, hogy megsértené Einstein relativitáselméletének sebességkorlátozását.
Ez a manipuláció hatékonyan mozgatja a járművet vagy a jelet a fénynél gyorsabban a környező téridőhöz képest, bár nem a gyorsulás hagyományos értelmében. A koncepciót azonban továbbra is kritika éri, mivel az egzotikus "negatív energia" csillagászati mennyiségű energiát követel meg.
"A nagyméretű térbuborékok hatalmas energiát igényelnek," - magyarázza Dr. Jason Cassibry. Cassibry az FTL meghajtási elméletek szakértője és a huntsville-i Alabama Egyetem Propulsion Research Center professzora.
"Egy térhajtással rendelkező űrhajó helyben nem igazán lépi túl a fénysebességet. Csak kinyújtja a teret, és lerövidíti a távolságot."
A Casimir-effektus központi szerepet játszik abban, hogy ez valóban működjön. A kvantumtérelméletben a Casimir-effektus a mező kvantumvákuum-fluktuációiból ered. Megmutatja, hogy a látszólag üres tér tele van energiával és részecskékkel, amelyek be- és kiugranak a létezésből.
Ez a hatás kicsi, de mérhető erőket hozhat létre a közeli tárgyak között, ami arra utal, hogy "negatív energia" van jelen. Ez a negatív energia kritikus összetevője a térbuboréknak és az FTL kommunikációs elméleteknek, mivel felhasználható a téridő manipulálására.
A probléma az, hogy mindez erősen elméleti. A mérnöki munka és a Casimir-effektus mögötti bonyodalmakat félretéve, lehetetlen elegendő "negatív energiát" generálni ahhoz, hogy olyan térbuborékot hozzon létre, amely egy tárgyat a térben mozgathat.
Az üzenet küldése azonban egy kicsit könnyebb.
"Maga a kis sugarú funkció elég egyszerű. A buborék negatív energiaigénye arányos a buboréksugár négyzetével, így a kisebb buborékokat könnyebb felépíteni," - mondta Pieri.
"Hagyományosan ezt a határt többnyire figyelmen kívül hagyták, mivel az irodalom a csillagközi utazásra alkalmas tervek vizsgálatára összpontosított, amelyek képesek emberi méretű hasznos terhek szállítására. A gondolatmenetem alapvetően ez volt: 'Egyáltalán lehet valamit csinálni a hajlítóhajtás geometriáival? Milyen feltételezéseket lehet lazítani? Mi van, ha nem törődünk a hasznos teher szállításával?"
A Brit Védelmi Minisztérium finanszírozza az FTL kommunikáció kutatását
Pieri, aki fizikából doktorált, és jelenleg a Createc mesterséges intelligencia csapatát vezeti, háttérrel rendelkezik a gravitáció és a kvantumuniverzum tanulmányozásában. Mivel erősen érdekli a jövő technológiája, az MI és bármi, ami a tudomány határait feszegeti, Pieri három évvel ezelőtt elkezdte tanulmányozni a különböző térhajtás-elméleteket. Figyelembe véve a téma általános fejletlenségét, Pieri úgy döntött, hogy beleveti magát a kutatásba.
"Minden különösebb várakozás nélkül benyújtottam egy javaslatot a térbuborékok technológiai felhasználásának vizsgálatára, és a javaslatot finanszírozták," - mondta Pieri.
Bár Pieri titoktartási követelmények miatt nem tudott belemenni a kormányzati támogatás konkrét részleteibe, nem titok, hogy a brit hadsereg több mint 6 milliárd fontot fektet több kutatás finanszírozásába, amelyek az MI-vel, a kvantumfizikával, az érzékeléssel és a kommunikációval kapcsolatos áttörést jelentő technológiákra összpontosítanak.
Az online keresések azt mutatják, hogy Pieri munkáltatója, a Createc több kapcsolatot tart fenn a Brit Védelmi Minisztériummal (MoD) különböző projektekben, amelyek a robotikától az érzékelési technológiáig terjednek.
Azonban a Védelmi Tudományos és Technológiai Laboratórium egyik konkrét szerződése, melynek címe "Disruptive Science and Technology Impacting the Future of Defence" (A védelem jövőjét befolyásoló diszruptív tudomány és technológia), 50000 fontot ítélt oda a Createcnek a kutatásra.
A pályázat célja "olyan újszerű, korai szakaszban lévő kutatási ötletek azonosítása és kidolgozása, amelyek jelentős és zavaró hatással lehetnek a védelem jövőjére," és amelynek egyik legfontosabb feladata "olyan ötletek vizsgálata, amelyek elméletileg megalapozottak, indokolt magyarázattal vannak alátámasztva".
Pieri nem tudott nyilatkozni, hogy ez a konkrét támogatás az-e, amelyre pályázott, de a tanulmánya egyértelműen jelzi, hogy a Brit Védelmi Minisztérium új és egzotikus tudományok kutatását finanszírozza, amelyek valóban a jövőbe mutatnak.
A hiperhullám
Isaac Asimov sci-fi opuszának, az Alapítvány sorozatnak a kommunikációs rendszeréről elnevezve Pieri kis sugarú hajlító buborékok használatát javasolja a fénynél gyorsabb kommunikáció elérése érdekében. Ez az elmélet, ha megvalósul, felboríthatja az információátvitelről alkotott jelenlegi ismereteinket, és mélyreható következményekkel járhat az űrkutatásra és a globális kommunikációs hálózatokra nézve.
Pieri munkája a negatív energia akadályát kerüli meg azáltal, hogy a sokkal kisebb sugarú térbuborékokra összpontosít, drasztikusan csökkentve a negatív energiaigényt. Ez a csökkentés Pieri szerint az energiaszükségletet a jelenlegi technológiai képességek körébe vonhatja.
A javasolt "hiperhullámok" ezeket a kis sugarú hajlítási buborékokat használják az információ kódolására és továbbítására. Az elmélet azt sugallja, hogy ezeknek a térbuborékoknak a manipulálása, különösen gyorsulásuk és lassulásuk nagy energiájú részecskék kibocsátását eredményezné. A Morse-kód pontjaihoz és kötőjeleihez hasonlóan ezek a kibocsátások modulálhatók úgy, hogy összetett adatokat továbbítsanak hatalmas távolságokra, olyan sebességgel, amely meghaladja a fény határértékeit.
"A hiperhullám küldő (Alice) stratégiailag növelheti a részecskék sűrűségét a hiperhullám sáv mentén, hogy intenzív sugarat generáljon, amelyet Bob észlel és '1'-es bitként kódol," - mondja Pieri. "Éppen ellenkezőleg, ha Bob nem mér felesleges részecskéket, akkor a kapott hiperhullámot '0'-nak jelöli. Miután meghatároztuk a '0' és '1' bináris kódolásának módját, Alice és Bob üzeneteket küldhetnek egymás között."
Az olyan mérnökök, mint Cassibry, óvatosan optimisták, de tisztában vannak az előttük álló jelentős kihívásokkal.
A kis sugarú térbuborékok létrehozása és stabilizálása, valamint a szükséges negatív energiasűrűség generálása és manipulálása nem triviális teljesítmény. A negatív energia, a fizika ellentmondásos és egzotikus fogalma, központi szerepet játszik ebben az elméletben.
Bár megfigyelték olyan jelenségeknél, mint a Casimir-effektus, ahol negatív energiasűrűség jelenik meg a szorosan elhelyezett fémlemezek között a kvantumfluktuációk miatt, az ilyen hatások felskálázása a hiperhullámú kommunikációhoz szükséges szintre monumentális mérnöki kihívás.
Ezenkívül a nagy energiájú részecskék kibocsátásából származó információk észlelése és dekódolása a komplexitás egy újabb rétegét jelenti.
"Ha létre tudnánk hozni egy csatornát, amely kívülről generál egy térbuborékot, amely a csatornában halad, és amely magában hordozza magát vagy egy részecskét belül, akkor gyorsabban küldhetnénk információt ezen a vonalon, mint ahogy az elektromágneses hullámok haladhatnak," - magyarázta Cassibry.
De Cassibry megjegyzi, hogy bár ez elvben egyszerű, végrehajtása összetett.
A térbuborék dinamikájának pontos szabályozása és az ebből eredő részecskekibocsátás értelmezése mind az elméleti, mind a kísérleti fizika fejlődését igényelné.
Egyszerűen fogalmazva, hasonlóan a telefonkábelhez, ezeknek a térbuborékoknak szükségük van egy zárt térre, amelybe bejuthatnak, egy (valamiféle) csőre, amelyben a térbuborék létezhet. Pieri ezt látja a legfontosabb kérdésnek.
"Talán a legszembetűnőbb korlát az, hogy a hiperhullám útvonalának szuperluminális részét a buborékjárat előtt kell megépíteni," - ismeri el.
Egy speciálisan kialakított detektor közelébe érve ez a térbuborék lelassul, ami nagy energiájú részecskék kitörését okozza. Ezeket az információkkal kódolt kibocsátásokat a detektor rögzítené, majd dekódolná őket, hogy visszanyerje a továbbított üzenetet.
A detektor kialakítása a rendszer kritikus eleme lenne, amely érzékeny műszereket igényelne, amelyek képesek pontosan értelmezni a nagy energiájú kibocsátásokat adatokként. Bár elméletileg hihető, ez a folyamat jelentős technológiai kihívásokat jelent, különösen a kis méretű térbuborékok létrehozása és ellenőrzése, valamint az olyan detektorok kifejlesztése terén, amelyek elég érzékenyek ahhoz, hogy pontosan rögzítsék és dekódolják a keletkező részecskekibocsátásokat.
Mindenki érti, hogy ez erősen elméleti, de Cassibry elismeri, hogy az FTL-elméletek apró lépéseinek világában Pieri kisméretű térbuborékjának felépítése sokkal megvalósíthatóbb.
"Ez egy nagyon ügyes ötlet, amivel előállt!" - mondta Cassibry.
"A tanulmány azt mutatja, hogy elvileg megvalósítható elegendő negatív energia előállítása a hiperhullám felépítéséhez, de ez távolról sem praktikus. Mivel úgy tűnik, hogy rövid távon további optimalizálási lehetőségek vannak, mint például a nagyobb energiaigényű források megfontolása, jobb, ha a további elméleti fejlesztésekre összpontosítunk," - magyarázta Pieri.
"Ha már megnöveltük negatív energiahozamunkat, minden bizonnyal érdekes lenne megkísérelni a hiperhullámok építését, mivel még a negatív eredmények is megtaníthatnak valamit a gravitáció és a kvantum kölcsönhatásáról." (2)
(1) - https://arxiv.org/abs/2311.12069
(2) - https://thedebrief.org/government-funded
