¿Alcubierre Drive sin FTL?

La unidad de Alcubierre funciona distorsionando el espacio alrededor de una burbuja: expandiendo el espacio detrás y contrayendo el espacio frente a ella. Es una buena forma de viajar más rápido que la luz sin, bueno, técnicamente viajar más rápido que la luz. Pero el mecanismo básico detrás de esto puede funcionar a cualquier velocidad. Nada en las ecuaciones prohíbe viajar a velocidades inferiores a la de la luz.

El impulso de Alcubierre pertenece a una clase más general de espaciotiempos ( Natario 2001 ), y la métrica que describe cómo el espacio se curva a su alrededor se define en parte por una elección arbitraria de una función$x_s(t)$, de donde obtenemos la velocidad$v_s$diferenciando:

Desafortunadamente, incluso los viajes a velocidades inferiores a la de la luz son víctimas de uno de los problemas clásicos de la idea original de Alcubierre: todavía requiere una densidad de energía negativa. La densidad de energía dentro de la burbuja, vista por un observador externo, es$\rho\propto -v_s^2$, y mientras esto va a$0$como$v_s$va a$0$, sigue siendo negativo. Sería bueno que viajar más despacio que la luz nos sacara de ese pequeño lío, pero no es así.

Sin embargo, viajar más lento que la luz es una mejora en otros aspectos. Por ejemplo, se forman horizontes particulares (ver Finazzi et al. 2009 ) cuando el impulso alcanza$v_s=c$; esos horizontes están ausentes a velocidades inferiores a la de la luz. Esto permite la comunicación (un término que uso vagamente aquí) entre la burbuja y el universo exterior. Los horizontes han sido considerados históricamente como otro de los problemas prácticos de un accionamiento clásico de Alcubierre, junto a la densidad de energía negativa.

Dicho todo esto, sí, puede usar una unidad de Alcubierre de forma sublumínica. Déjame saber cómo va eso para ti.

Sí. La métrica de Alcubierre puede producir impulsos arbitrarios, tanto por encima como por debajo de c . De hecho, usarlo para viajes subluz rápidos es tecnológicamente más plausible que el viaje FTL para el que se investigó inicialmente, porque en realidad se puede controlar de manera plausible una burbuja subluz de Alcubierre. Las burbujas FTL, tal como se entienden actualmente, tienen la desafortunada característica de no permitir que ninguna señal del interior de la burbuja alcance el límite, por lo que no puede encenderla ni apagarla internamente. Las burbujas warp sublight, por otro lado, no tienen ese problema.

La métrica de Alcubierre es independiente del tiempo, es decir, asume que el impulso siempre ha existido en el pasado y siempre existirá en el futuro. No describe cómo acelera el variador hasta su velocidad de crucero y no describe cómo desacelera el variador para volver a descansar.

El impulso funciona mediante el uso de un toroide de materia exótica. Como HDE 226868 describe en su respuesta, esto deforma el espacio-tiempo de tal manera que la unidad se mueve a una velocidad constante. Tenga en cuenta que esto no requiere el suministro de energía porque mientras un objeto se mueva a una velocidad constante, es decir, no acelere ni desacelere, su energía cinética es constante. Sin embargo, se necesita energía para acelerar y se necesita energía para desacelerar nuevamente. Su problema es averiguar cómo suministrar la energía.

La métrica de Alcubierre no te ayuda aquí porque, como mencioné, no describe la aceleración o desaceleración. Para iniciar el impulso tendrías que empezar con la materia exótica muy separada y tendrías que juntarla para formar el toro. Al hacer esto, la unidad comenzaría a acelerar. Entonces tendrías que separar la materia nuevamente, es decir, desmantelar el toro y alejar las piezas unas de otras. Eso detendría el viaje.

Y se necesitará energía para ensamblar el toroide para iniciar la unidad, luego se necesitará energía para desmantelar el toroide para detener la unidad. Este es tu problema. ¿De dónde obtienes esta energía? Las unidades de Alcubierre necesitan masas enormes: gigatoneladas de masa. Tienes que descubrir cómo atraer esta enorme masa desde una gran separación y luego empujar la masa hacia una gran separación cuando quieras detenerte. No es obvio que esto sea más fácil que simplemente acelerar una unidad convencional de una manera convencional. Si necesita velocidades superlumínicas, entonces necesita algo como la unidad de Alcubierre. Para velocidades subluminales no es obvio que ofrezca alguna ventaja.

Nota al pie : una nota rápida sobre las masas requeridas. El impulso original de Alcubierre requería materia exótica con la masa de Júpiter. Se han realizado varias modificaciones de la geometría para reducir la masa requerida, y Harold White de la NASA sugirió que podría reducirse, aunque que yo sepa, no ha publicado una prueba de esto. He visto la cifra de 800 kg en artículos de divulgación científica, pero no puedo encontrarla en ninguna de las publicaciones de White, así que no sé de dónde proviene esta cifra. Su artículo Warp Field Mechanics 101 se cita a menudo, pero la figura no aparece en ese artículo.

Chris Van Den Broeck ha sugerido una geometría radicalmente diferente descrita en su artículo Warp drive de Alcubierre: problemas y perspectivas (detrás de un muro de pago, me temo) que podrían reducir la masa requerida a cantidades insignificantes. Sin embargo, esto requiere densidades que son tan altas que son físicamente irrazonables, es decir, 77 órdenes de magnitud más densas que la materia en una estrella de neutrones.

Así que por el momento no hay propuestas realistas para reducir la masa de materia exótica requerida para el impulso a una cifra que pueda ser manejada razonablemente por una nave espacial.

Para completar, debo señalar que todos los físicos que conozco (incluyéndome a mí) no creen que exista materia exótica, por lo que el punto es discutible de todos modos.

En la serie Odyssey One, los primeros intentos de lograr un motor Alcubierre que funcionara no lograron un campo warp completo, pero lograron crear un campo que distorsionaba la masa de cualquier cosa dentro. Lo usaron para hacer que los barcos fueran "más ligeros" y, por lo tanto, hacer que los métodos de propulsión existentes fueran mucho más efectivos. Esto permitió que un gran barco con una tripulación de unas 300 personas alcanzara la heliopausa en unos 3 días. Cualquier cosa dentro del campo tampoco sintió los mayores efectos de la física. Hay un pasaje que explica cómo escalaron las fuerzas en ambas direcciones.

No estoy seguro de si algo de eso es realmente científico o solo pseudociencia, pero fue una mecánica de historia bastante buena. Usan esa tecnología en particular para hacer que los cazas también sean una herramienta de combate espacial viable, ya que ahora pueden moverse con más versatilidad, sin matar al piloto debido a las fuerzas G excesivas. También lo usaron para hacer misiles cinéticos ridículamente efectivos, básicamente el campo redujo la masa para acelerar el misil a velocidades relativistas, luego, en el último momento, el campo se invirtió, aumentando la masa varias veces de lo que realmente es. El impacto cinético resultante hizo que las armas nucleares parecieran tiradores de orina.

Nuevamente, suena genial, no tengo idea si es realista.

Sí, el motor warp de Alcubierre funcionaría para ti en un entorno de ciencia ficción. Actualmente no hay evidencia irrefutable absoluta de que sea posible, pero tampoco hay evidencia irrefutable de que no sea posible.

Aquí hay una serie de referencias a investigaciones actuales sólidas sobre la viabilidad de los impulsos warp de Alcubierre, ya sean FTL o subliminales. Ninguno de los artículos requiere absolutamente que la unidad sea FTL, simplemente asumen que el mejor uso sería para FTL. Creo que la idea de usar la unidad para uso subluminal es una de las áreas inexploradas de la ciencia ficción. Elimina la necesidad de que el autor considere la distorsión relativista de tiempo/distancia y los efectos de dilatación en humanos. Como dispositivo de la trama, es una buena manera de alejarlos. Si tienes 30 años en la nave espacial, tu gemelo tiene 30 años en la Tierra y tu otro gemelo tiene 30 años en otra nave.

La mayoría de los autores que consideran la dilatación del tiempo simplemente asumen que la mente humana y los procesos biológicos pueden manejar el hecho de que se supone que la mente y el cuerpo son más jóvenes que sus gemelos en la tierra. Al usar este dispositivo de trama de esta manera, elimina el problema de que su futuro nieto sea mayor que usted.

En otras óperas espaciales, las tripulaciones realizan viajes largos a 0,3 c y regresan a casa con... su esposa e hijos que han envejecido al mismo ritmo. ¿Que qué? O tienen compañeros de barco que estuvieron en la academia al mismo tiempo, a la misma edad, hace décadas, pero realizaron diferentes despliegues durante diferentes períodos de tiempo con diferentes variaciones de c, pero aún tienen exactamente la misma edad . De hecho, en estas óperas espaciales casi siempre se da por hecho que tal impulso de burbuja de espacio/tiempo se da por sentado, sin explicación alguna. El OP solo le está dando un nombre creíble.

La multitud de pie en la sala participa en el discurso de la teoría del impulso warp del estudiante

Agnew proporcionó recientemente a una multitud de pie en el Foro de Propulsión y Energía del Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica (AIAA) en Indianápolis, Indiana, una descripción general del estado del arte de la teoría del impulso warp y la viabilidad de un sistema de trabajo futuro, basado en un artículo que escribió. El asesor de Agnew es el Dr. Jason Cassibry, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial.

https://www.uah.edu/news/news/standing-room-only-crowd-engages-in-student-s-warp-drive-theory-speech

Los científicos están empezando a tomar en serio los impulsores Warp, especialmente un concepto específico

Como parte de una sesión titulada "El futuro de la propulsión nuclear y revolucionaria", Agnew compartió los resultados de un estudio que realizó titulado "Un examen de la teoría y la tecnología de la deformación para determinar el estado del arte y la viabilidad".

Como explicó Agnew a una sala llena, la teoría detrás de un sistema de propulsión warp es relativamente simple.

https://www.sciencealert.com/how-factible-is-a-warp-drive-here-s-the-science

Finalmente, se detallará una descripción general del banco de pruebas del interferómetro de campo warp que se está implementando en el Laboratorio de Física de Propulsión Avanzada: Eagleworks (APPL:E) en el Centro Espacial Johnson. Si bien la mecánica del campo warp no ha tenido un momento de "Chicago Pile", las herramientas necesarias para detectar una instancia modesta del fenómeno están al alcance de la mano.

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015936.pdf

Un examen de la teoría y la tecnología Warp para determinar el estado del arte y la viabilidad

https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/6.2019-4288 Lamentablemente, este está detrás de un muro de pago y no se puede citar.

El año pasado, Sonny White reveló un nuevo diseño (en la imagen superior) para el motor Alcubierre que reduce el requerimiento de energía desde la masa-energía total de un planeta del tamaño de Júpiter, hasta la masa-energía de la Voyager-1 (700 kilogramos). .

https://www.extremetech.com/extreme/164326-nasa-discusses-its-warp-drive-research-prepares-to-create-a-warp-bubble-in-the-lab

Sí, estas son fuentes de ciencia pop, pero las cosas realmente buenas están detrás de los muros de pago. La única forma de que el público en general tenga una idea de lo que contienen es a través de estas publicaciones de ciencia pop.

Pero la sinopsis de mi respuesta es que se están realizando investigaciones científicas creíbles sobre el disco, y esta nueva evidencia realmente desafía muchos de los viejos argumentos de "no se puede hacer". El requerimiento de 'materia exótica' y 'requerimientos de energía imposiblemente enormes' o incluso el requerimiento de 'densidades de energía negativas' no son, de hecho, respaldados como algo más que 'desafíos de ingeniería' a ser superados por más investigación científica.

Así que la ciencia dice que estás listo para irte. Sin problemas insuperables. Un dispositivo de trama bueno, sólido y científicamente compatible.

Esta es una pregunta cercana y querida para mí. He planteado el uso de una unidad de este tipo para mi nave de generación, por varias razones generales.

Primero, realmente no sabemos qué efectos tendrán las velocidades relativistas en la vida en general y en los humanos en particular. La vida en la tierra se formó específicamente para sobrevivir en nuestro marco relativista, biorritmos y ritmos circadianos, períodos de gestación y demás, por ejemplo. Sabemos que la vida en la ISS, solo un pequeño aumento de velocidad sobre la Tierra, produce cambios biológicos significativos que no se pueden atribuir a nada en particular y que, de hecho, podrían resultar de 'naturaleza relativista'. Al cuerpo humano de alguna manera no parece gustarle el 'envejecimiento' a un ritmo diferente al que lo haría su gemelo en la tierra. Simplemente SABE que no debería ser tan joven. Esta posibilidad, hasta donde puedo determinar, ha sido ignorada en el mundo de la ciencia ficción. Pero el cuerpo humano operando en un 0.3 cmarco de referencia para aquello para lo que fue diseñado? ¿Con qué firmeza están la 'vida' y los mecanismos como el 'alma' ligados al 'hogar' (nuestro marco relativista)? ¿La vida siempre se verá a sí misma desde ESTA referencia en particular? La burbuja de espacio/tiempo elimina cualquier necesidad de cualquier conjetura. El cuerpo envejece al ritmo para el que fue diseñado, en relación con cualquier otro cuerpo humano en la tierra.

En segundo lugar, la unidad no necesita masa de reacción. Siempre que uno plantee una fuente de energía lo suficientemente grande, se vuelve factible viajar distancias muy largas a un delta-v alto.

En tercer lugar, elimina cualquier restricción sobre el tamaño de la masa del barco de generación. La masa de reacción tiene que ser proporcional a la masa del barco y es particularmente inútil para el objetivo final. No importa cuán eficientemente o a qué velocidad se expulse, la masa de reacción restringe en última instancia el tamaño de la nave, y los requisitos de energía siempre tienen que adaptarse a la masa de reacción original completamente cargada en el punto de partida. Nada de la masa de reacción tiene ningún propósito o función al final del viaje, una completa pérdida de espacio y energía. El tamaño final de la nave que utiliza este motor se basa en la cantidad de energía que puede producir, no en la cantidad de masa de reacción que transporta.

Cuarto, la masa del barco no disminuye durante la duración del viaje, excepto por la pérdida de masa en su conversión directa a energía. Por lo tanto, la gravedad de la nave no cambia. Una cualidad útil si usa la gravedad natural para aumentar la gravedad artificial. (Los generadores de antimateria, por ejemplo, consumen antimateria. La fusión y la fisión, entiendo, no dan como resultado exactamente la misma cantidad de masa después que antes).

Quinto, las personas envejecen al mismo ritmo que sus parientes en la Tierra. No hay problema con volver a casarte con tu tatara-tatara-sobrina. Si crees que las almas pueden conectarse de alguna manera a grandes distancias, esto podría ser importante psicológicamente.

Sexto, las declaraciones que requieren cantidades de energía absolutamente imposibles se relacionan con viajar más rápido que c , lo que requiere una 'densidad de energía negativa', un requisito que no es necesario para velocidades inferiores a c hasta donde puedo decir.

Séptimo, las naves de generación lo suficientemente grandes también permiten colocar a bordo grandes colisionadores. Un buen truco si necesitas partículas especializadas.

Por lo tanto, en este sentido, he investigado el impulso extensamente (no las cosas de ciencia pop, que generalmente son un galimatías realmente espeluznante, sino las postulaciones científicas reales) basadas en la formulación original y las posteriores reafirmaciones, y no he encontrado nada en el ecuaciones con respecto a la operación o generación de la unidad en sí con ' c ' en él (las ecuaciones con c en ellas se refieren a los requisitos para viajar a c o más rápido que c , y por lo tanto la necesidad de c como la velocidad objetivo, pero no en el ecuaciones para generar la burbuja en sí), y no he encontrado ecuaciones con ' c ' en ellas que puedan impactar de alguna manera en la unidad. La única advertencia es que, viajando exactamente en cpuede haber algún problema con masa y energía infinitas en la capa límite de la burbuja. Un error de 'dividir por cero', tal vez, ya que infinito menos infinito es cero, o una multiplicación por infinito. Cualquier variación de e = m****c ^2 realmente se complica si e o m son infinitos.