بحث جديد “يذهب بجرأة” إلى حيث لم يجرؤ الفيزيائيون على الذهاب من قبل، مما يشير إلى ما يمكن أن يحدث للفضاء حول محرك الالتواء الفاشل.
عشاق الخيال العلمي على دراية بمفهوم “محرك الالتواء”، وهو جهاز يسمح للمركبة الفضائية بالسفر بسرعات أكبر من سرعة الضوء، تسمى السرعات “فائقة الضوء”. توصف هذه الأدوات عمومًا بأنها قادرة على التلاعب ببنية المكان والزمان، أو الزمكان. ومع ذلك، قد يتفاجأ حتى أكثر عشاق الخيال العلمي تعصبًا عندما يعلمون أن العلم الحقيقي يحتوي أيضًا على بعض التأملات النظرية حول محركات الالتواء. وأشهر مثال على ذلك هو “محرك ألكوبيير” للفيزيائي المكسيكي ميغيل ألكوبيير.
بالإضافة إلى ذلك، اكتشف فريق من جامعة كوين ماري في لندن، وجامعة كارديف، وجامعة بوتسدام ومعهد ماكس بلانك (MPI) لفيزياء الجاذبية أيضًا أنه إذا كانت المركبات الفضائية تستخدم بالفعل محركات الالتواء فائقة السطوع، فيمكننا اكتشافها عبر تموجات صغيرة في الفضاء. وقت يسمى “موجات الجاذبية” يتم إنشاؤه في حالة فشل هذه المحركات.
“على الرغم من أن محركات الالتواء نظرية بحتة، إلا أن لها وصفًا محددًا جيدًا في نظرية النسبية العامة لأينشتاين، وبالتالي فإن المحاكاة العددية تسمح لنا باستكشاف التأثير الذي قد تحدثه على الزمكان في شكل موجات جاذبية،” قائد الفريق. وقالت كاتي كلوف من جامعة كوين ماري في لندن في بيان.
متعلق ب: تشير دراسة جديدة إلى أن “محركات الاعوجاج” قد تكون ممكنة يومًا ما
الخيال العلمي vs الواقع العلمي
في كل من الخيال العلمي والعلوم الحقيقية، عادة ما تعود أصول محركات الالتواء إلى نظرية ألبرت أينشتاين للجاذبية، والمعروفة باسم النسبية العامة. تشير النسبية العامة، التي تم افتراضها في عام 1915، إلى أن الأجسام ذات الكتلة تتسبب في تشويه البنية رباعية الأبعاد للزمكان. تأثيرات الجاذبية التي نشعر بها تأتي من هذا التشويه.
كلما زادت كتلة الجسم، زاد انحناء الفضاء الذي يولده، وبالتالي، أصبح تأثير جاذبيته أقوى. يضطر الضوء والأشياء الأخرى ذات الكتلة إلى التحرك حول التشوه المعقد للفضاء.
تشير النسبية العامة أيضًا إلى أنه عندما تتسارع الأجسام، فإنها تسبب “رنين” موجة الجاذبية في الزمكان. ومع ذلك، فإن الأجسام ذات النطاق الكوكبي، مثل السيارة المتسارعة، لها كتلة منخفضة جدًا بحيث لا يمكنها إنشاء موجات جاذبية كبيرة. في المقابل، فإن الأجسام الضخمة مثل الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية التي تدور حول بعضها البعض في أنظمة ثنائية وتتصادم في النهاية تخلق موجات جاذبية يمكن اكتشافها هنا على الأرض.
ويشير كلوف وزملاؤه إلى أن المحركات الاعوجاجية يمكنها أيضًا إصدار موجات جاذبية، خاصة إذا تعطلت.
بالإضافة إلى ذلك، أسس أينشتاين النسبية العامة على نظريته النسبية الخاصة عام 1905؛ أساس النسبية الخاصة هو أنه لا يمكن لأي شيء له كتلة أن يتحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء.
وهذا يعني أنه يجب على مؤلفي الخيال العلمي تقديم الظروف التي تسمح بكسر هذه القاعدة، أو على الأقل تحريفها قليلاً، من أجل التفكير في السفر بسرعة أسرع من الضوء. في دي سي كوميكس، على سبيل المثال، هناك مجال واسع الانتشار خارج الزمكان يسمى “قوة السرعة” التي تمنح والي ويست، والفلاش، الطاقة اللازمة لتجاوز الضوء (وسوبرمان، إذا صح التعبير).
في ستار تريك، تسمح المادة ذات الكتلة السالبة الغريبة لـ USS Enterprise بالسفر بشكل أسرع من الضوء أو بسرعات “الاعوجاج” عن طريق توليد فقاعة ملتوية حول السفينة حيث يتم تشويه الزمكان وضغطه أمام السفينة وتمدد خلفها. وهذا يعني أن سفينة يو إس إس إنتربرايز تقوم بثني وتشويه الزمكان نفسه، وبالتالي لا تنتهك قواعد أينشتاين في النسبية الخاصة، على عكس فلاش وقوة سرعته.
قام هذا الفريق بدراسة ما يمكن أن يحدث إذا انهارت فقاعة ملتوية مثل تلك المستخدمة في ستار تريك، أو إذا فشل احتواء هذا المفهوم الافتراضي. وللقيام بذلك، بدأوا بإنشاء محاكاة رقمية للزمكان.
واكتشفوا أن مثل هذا الحدث من شأنه أن يولد موجة من موجات الجاذبية التي سيكون ترددها أعلى من “زقزقة” تموجات الزمكان التي تنشأ عندما تصطدم الثقوب السوداء الثنائية أو النجوم النيوترونية وتندمج.
وكما أن بعض الأضواء ذات تردد عالٍ للغاية بحيث لا تستطيع أعيننا رؤيتها، فإن هذا التدفق من موجات الجاذبية عالية التردد سيتجاوز قدرة الكشف عن مقاييس التداخل مثل مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO).
ومع ذلك، قد تكون أجهزة كشف موجات الجاذبية المستقبلية قادرة على اكتشافها.
وقال عضو الفريق سيباستيان خان من جامعة كارديف: “في دراستنا، يتوافق الشكل الأولي للزمكان مع فقاعة الالتواء التي وصفها ألكوبيير”. “على الرغم من أننا تمكنا من إثبات أن الإشارة التي يمكن ملاحظتها يمكن، من حيث المبدأ، اكتشافها بواسطة أجهزة الكشف المستقبلية، نظرًا للطبيعة التأملية لعملنا، إلا أن هذا لا يكفي لتوجيه تطوير الأدوات المستقبلية. »
اكتشف الفريق أيضًا أن محرك الالتواء المعطل سوف ينبعث منه موجات متناوبة من “مادة الطاقة السلبية” ثم موجات الطاقة الإيجابية. إذا تفاعلت هذه الموجات مع مادة عادية غير غريبة، فإن ذلك سيمنح العلماء طريقة أخرى لتعقب محركات الالتواء المعطلة.
يعتزم الفريق الآن دراسة كيفية تغير إشارة موجة الجاذبية عند النظر في تصميمات محرك الالتواء الأخرى وعواقب الانهيار الذي يحدث أثناء السفر بسرعات فائقة الضوء.
وبطبيعة الحال، هذه كلها تكهنات، على الرغم من أنها مبنية على أسس سليمة وسليمة رياضيا، حيث لا يوجد دليل فعلي على وجود محركات الالتواء. لكن هذا لا يعني أن هذه النتائج بدون تطبيق.
“بالنسبة لي، الجانب الأكثر أهمية في الدراسة هو حداثة النمذجة الدقيقة لديناميات الطاقة السلبية للمكان وإمكانية توسيع التقنيات لتشمل المواقف الفيزيائية التي يمكن أن تساعدنا على فهم أفضل لتطور وأصل كوننا”. قال تيم ديتريش، عضو الفريق في معهد ماكس بلانك (MPI) لفيزياء الجاذبية، في البيان.
وقد تم نشر بحث الفريق في المجلة المفتوحة للفيزياء الفلكية.
