Volgens eerdere studies vereist het warp veld van een Alcubierre drive enorme hoeveelheden energie. Deze hoeveelheden liggen nu twee ordes van groter lager. Dat brengt een warp drive in de toekomst binnen bereik, zonder dat we een planeet zo groot als Jupiter op moeten stoken voor de aandrijving.
De Alcubierre-warpaandrijving is een exotische oplossing van de algemene relativiteitstheorie. Het maakt sneller dan licht reizen mogelijk, maar vereist enorme hoeveelheden materie met een negatieve massadichtheid. Om deze reden zien de meeste natuurkundigen de Alcubierre-warpaandrijving als “on-fysisch”, een aandrijving zonder praktisch toepasbare waarde. In deze studie ontwikkelden de auteurs een model van een andere, algemene ruimtetijd in de klassieke relativiteitstheorie. Dit nieuwe model omvat alle bestaande definities en maakt nieuwe metrieken mogelijk zonder de ernstigste problemen die aanwezig zijn in de Alcubierre-oplossing.
Een warp drive, volgens Les Bossinas, NASA. Public domain
Bestuurbare drive, geschikt voor een ruimteschip
In dit artikel presenteren beide auteurs het eerste algemene model voor subliminale positieve energie. Onderdeel hiervan zijn bolvormige warpbollen: sneller dan licht ruimte-tijden die aan kwantumongelijkheden voldoen. Ook opgenomen zijn optimalisaties voor de Alcubierre-metriek die de negatieve energiebehoeften met twee ordes van grootte verminderen. Met andere woorden: er is honderden malen zo weinig negatieve energie nodig. Ook introduceren beide auteurs een warp drive-ruimtetijd waarin de ruimtecapaciteit en de snelheid van tijd op een gecontroleerde manier kunnen worden gekozen. Met andere woorden: een warpveld dat kan worden bestuurd, dus bruikbaar is voor een ruimteschip.
Warp drive kan met bekende materie
Elke warpdrive, stellen de auteurs, inclusief de Alcubierre aandrijving, is een omhulsel van normaal of exotisch materiaal dat traag beweegt met een bepaalde snelheid. Daarom vereist elke warpaandrijving voortstuwing. Volgens het artikel kunnen we een klasse van subluminale, sferisch symmetrische (bolvormige) warp-aandrijf ruimtetijden, althans in principe, maken op basis van de natuurkunde van nu.
En, uiterst belangrijk, exotische materie is dus niet meer nodig, een warp drive bouwen kan in principe met onze “huis-tuin-en-keuken” bekende deeltjes van het Standaardmodel.
Vliegende schotel meest energie efficiënte vorm
Saillant detail: de meest veelbelovende vormen van warpruimtes hebben de vorm van een schotel, aldus het artikel. Dus zo ver naast zaten de bedenkers van Star Trek er niet. Als er in de toekomst inderdaad sneller-dan-licht schepen gebouwd gaan worden, is er dus een goede kans dat ze veel weg hebben van de Enterprise, of de vliegende schotels uit de UFO-folklore.
Met de nodige mitsen en maren: en reken maar op nog heel wat technische hordes: groot nieuws. Rest van het heelal, we komen er aan!
De warp drive, waarmee we sneller dan het licht kunnen reizen, is onze beste hoop om als mens in levenden lijve naar de sterren te reizen. In dit filmpje van april 2016, bij het schrijven van dit artikel dus sheet van de naald, de laatste vorderingen.
Volgens de speciale relativiteitstheorie reist niets sneller dan het licht. Het kost het licht 4,2 jaar om van de aarde naar de dichtstbijzijnde ster, Alfa Centauri te reizen. Zelfs de dichtstbijzijnde ster bereiken kost dus minimaal 4,2 jaar en onvoorstelbare hoeveelheden energie (denk: tientallen procenten van de massa van het ruimteschip, omgezet in energie, oftewel: duizenden atoombommen van het Hiroshima-formaat). Een mogelijke oplossing voor dit probleem is ontsnappen aan ruimtetijd zelf, door in een soort ‘bel’ sneller dan het licht te reizen. Miguel Alcubierre c.s. denken dat dit in theorie mogelijk is. Wel vereist dit exotische materie met negatieve massa (!).
De Alcubierre warp drive is theoretisch mogelijk, tenminste: als we in staat zijn exotische materie met negatieve massa te genereren.
Er is september 2012 de nodige publiciteit geweest rond een claim van NASA-onderzoekers, dat zij in staat zouden zijn om een zogeheten warpveld op te wekken. Hoewel de meetopstelling waarmee de ruimtetijdvervorming wordt gemeten uitgebreid wordt beschreven, is het opmerkelijk stil rondom het interessantste onderdeel. Namelijk de ring, die het warpveld op zou wekken. Hoe zouden White en zijn groep dit warpveld op willen wekken? Een uitstapje naar frame dragging en onverklaarbare anomalieën bij supergeleiding.
Wiskundig gezien en volgens de algemene relativiteitstheorie kan het Alcubierre warpveld bestaan. Zullen we op een dag sneller dan het licht kunnen gaan?
Massa-anomalie
Het verhaal begint bij het vaststellen van een merkwaardig effect in supergeleiders. Volgens de heersende en ook best werkende theorie voor het beschriiven van supergeleiding, die van Bardeen, Cooper en Schrieffer (het drietal kreeg voor hun werk de Nobelprijs natuurkunde in 1972) vormen elektronen in supergeleiders paren, de zogeheten Cooperparen. Deze elektronenparen kunnen ongehinderd door het supergeleidende materiaal bewegen, waardoor de elektrische weerstand nul is. Wordt meer energie aan een Cooperpaar toegevoerd dan de binding aankan, bijvoorbeeld door botsingen met hoge-temperatuur fononen (trillingsquanta), dan valt het paar uit elkaar en stopt het materiaal supergeleider te zijn. De reden waarom supergeleiding alleen bij lage temperaturen lukt. Cooperparen hebben een bepaalde massa, immers dat hebben de elektronen waar ze uit bestaan ook. Om precies te zijn: een kleine fractie minder dan twee elektronmassa’s, immers: massa is evenredig aan energie en omdat de elektronen samen een Cooperpaar vormen, is hun totale energie lager dan twee losse elektronen).
Nu blijkt uit zeer nauwkeurige metingen van Tate (1998) die daarna bevestigd zijn door andere onderzoekers, dat de massa van elektronen in Cooperparen afwijkt van die door de BCS theorie voorspeld word in ‘klassieke’ supergeleiders, zoals niobium (die verder goed begrepen worden). Hoge-temperatuur supergeleiders zijn überhaupt nog steeds een raadsel. Om precies te zijn: de Cooperparen blijken een tienduizendste elektronmassa zwaarder te zijn dan BCS en de algemene relativiteitstheorie voorspellen (1). Tot nu toe is er nog geen theoretisch natuurkundige geweest, die met klassieke natuurkunde een bevredigende verklaring kon geven. Martin Tajmar veronderstelt dat deze bizarre toename van massa wordt veroorzaakt door een vrij onbekend fenomeen: gravitomagnetisme, dat de Cooperparen op de een of andere manier extra massa verschaft.
Wat is gravitomagnetisme?
Gravitomagnetisme is niets nieuws. Analoog aan de effecten van bewegende elektrische lading, die een magnetisch veld opwekt, bestaat er ook voor zwaartekracht een dergelijk effect. Dit Lense-Thirring effect is al ruim een halve eeuw geleden voorspeld en kort geleden door de Gravity B probe aangetoond. Het Lense-Thirring effect (frame dragging effect) komt er op neer dat in de buurt van een rondtollend zwaar voorwerp, zoals de aarde of nog beter: een pulsar, ruimtetijd wordt meegesleept, zodat voorwerpen die zich in een baan om de pulsar bevinden, ook gaan rondtollen. Rond de aarde is dit effect zeer zwak en zelfs de Gravity Probe B satelliet had de grootste moeite om deze voorspelling van de algemene relativiteitstheorie te verifiëren. Dit is ondertussen toch gelukt. Voor meer achtergronden over gravitomagnetisme, zie hier.
Van gravitomagnetisme naar zwaartekracht
Gravitomagnetisme staat ruwweg tot zwaartekracht als magnetisme tot elektriciteit. Ruwweg, want er bestaat uiteraard geen negatieve zwaartekracht voorzover we weten. De vergelijkingen die gravitomagnetische beschrijven lijken sterk op de Maxwellvergelijkingen voor elektromagnetisme, alleen een minteken verschilt. Zoals een wisselend gravitatieveld gravitomagnetisme opwekt, zo wekt een wisselend gravitomagnetisch veld zwaartekracht op. Zo kan je een gravitomagnetische versneller bouwen. Stel, je zou in staat zijn een aantal extreem dichte rondtollende ringen te construeren met de massa van een kleine ster. Stel, die ringen vormen samen een soort torus. Dan wekken ze door hun rotatie een gravitatieveld op, waardoor bijvoorbeeld een ruimteschip zonder voelbare versnelling bijna tot de lichtsnelheid zou kunnen versnellen. De energie wordt dan geleverd uit de rotatie-energie van de ringen.
Hoe wek je gravitomagnetisme op zonder een pulsar bij de hand?
Uiteraard is het niet erg praktisch om neutronensterren om elkaar in een cirkelvormige baan te laten draaien. Al was het maar dat we daar in het zonnestelsel niet genoeg materie voor hebben. En je smartphone en computer in een smeulend hoopje metaal zullen veranderen, omdat de bijbehorende magneetvelden extreem sterk zijn. Tajmar vermoedt dat het mogelijk is om met roterende supergeleiders gravitomagnetisme op te wekken en wel in veel sterkere mate dan volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie kan. Dit op grond van het gemeten massaeffect, dat vele miljoenen malen groter is dan de algemene relativiteitstheorie voorspelt. Vervolgexperimenten van Tajmar vonden inderdaad een meetbaar gravitomagnetisch effect, maar een Nieuw-Zeelandse onderzoeksgroep slaagde er niet in zijn meting te reproduceren. Op dit moment is het daarom nog de vraag of het werkt.
De meetopstelling. Als de ruimte binnen de orus inkrimpt of uitzet, verandert dat het zeer gevoelige interferentiepatroon. Bron: NASA
Hoe werkt de NASA warpdrive (niet)?
Centraal in de proefopstelling die door White wordt beschreven staat een zogeheten Michelson-Morley interferometer. Met een primitieve versie van dit apparaat werd in 1868 voor het eerst aangetoond dat er niet zoiets als een ether bestond (tenzij de ether ook de interferometer zelf deed inkrimpen). Dit leidde uiteindelijk tot de ontwikkeling van Einsteins relativiteitstheorie. Deze interferometer is nu uitgerust met een laser, wat het een extreem gevoelig apparaat maakt, waarmee verschuivingen van fracties van nanometers zijn vast te stellen. Dit apparaat wordt in het NASA-experiment van White en zijn groep gebruikt om de vervorming van ruimtetijd vast te stellen binnen een torus onder hoge spanning, waarover door White verder geen mededelingen worden gedaan(2) (3).
Uiteraard draait het om die torus. Bekend is dat NASA en luchtvaartgigant Boeing intensieve contacten hebben gehad met de Russische supergeleidingsonderzoeker Evgeni Podkletnov. Podkletnov beweerde dat een roterende supergeleidende schijf het zwaartekrachtsveld er boven tot twee procent afzwakte, wat hem in enorme moeilijkheden bracht. Als het hier om een supergeleidend object gaat (en zowel het werk van Podkletnov als Tajmar laten dit veronderstellen) probeert White vermoedelijk dit effect na te bootsen en te exploiteren.
