มาต่อกันตอนที่ 4 ครับ มีหลายท่านที่เดาทางว่าแอดมินจะเขียนต่อไปในทางใดได้หลายคนเลย บางคนใจดีแปะบทความวิชาการที่น่าเชื่อถือและอัดแน่นด้วยเนื้อหาให้อีกด้วย ขอบคุณมากครับ เรามาเริ่มกันเลย
Miguel Alcubierre นักฟิสิกส์เชื้อสายเม็กซิกันจบจากมหาวิทยาลัย Wales ในระดับปริญญาเอกสำหรับการวิจัยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี 1994 โดยได้แก้ปัญหาสมการความโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ จนกระทั่งได้ตีพิมพ์ผลงานในชื่อ
The Warp Drive : hyper-fast travel within general relativity”
ซึ่งพูดถึงเกี่ยวกับการปรับแต่งอวกาศในแง่ที่ทำให้ยานอวกาศสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงอย่างเหลือเชื่อ
ในบริบทของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้อธิบายไว้ว่าวัตถุที่มีมวลจริง (Real Mass) จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงสุดได้ที่ความเร็วแสง และการเพิ่มความเร็วให้กับวัตถุมากขึ้นเรื่อย ๆ จะทำให้วัตถุมีมวลสัมพัทธ์เพิ่มขึ้นจนถึงขีดจำกัดค่าหนึ่ง สุดท้ายวัตถุก็มีความเร็วภายใต้ความเร็วแสงอยู่ดี
แต่หากมองในแง่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในขอบเขตขนาดเล็ก (local reference frame) Alcubierre ได้พัฒนาเมทริกโดยใช้สมการคณิตศาสตร์แทนความโค้งของอวกาศในแนวราบ ในรูปฟังก์ชัน Hyperbolic Tangent โดยมีบางบริเวณของอวกาศขยายตัวชันขึ้น (ด้านซ้ายของรูป) และอีกขอบด้านของขอบเขตดังกล่าวอวกาศมีการหดตัวชันลึกลงไป (ด้านขวาของรูป)
หากเรานำยานอวกาศไปวางตรงกลางระหว่างสภาวะของอวกาศทั้งสองแบบ
ด้านหลังยานอวกาศ – อวกาศขยายตัว ช่วยผลักดันยานไปข้างหน้าโดยการขยายพื้นที่
ด้านหน้ายานอวกาศ – อวกาศหดตัว ช่วยเหนี่ยวนำให้อวกาศเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้รวดเร็วขึ้น
เราเรียกบริเวณรอบ ๆ ที่ยานอวกาศอยู่ว่า “Alcubierre Warp Bubble” เสมือนว่ามีฟองอากาศของอวกาศห้อมล้อมยานอวกาศอยู่ ทั้งนี้ Alcubierre กล่าวว่า
ขณะที่ยานอวกาศกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง มันจะเหมือนตกลงมาอย่างอิสระตามความโค้งที่เกิดขึ้นรอบ ๆ ยาน อยู่ตลอดเวลา
โมเดลนี้ช่วยแก้ปัญหาการเพิ่มขึ้นของมวลสัมพัทธ์และผลกระทบจากการขยายของเวลาได้
ด้วยรูปทรงของอวกาศรอบ ๆ ยานที่ด้านหนึ่งอวกาศมีการขยายตัว และอีกด้านมีการหดตัว Alcubierre อธิบายว่าเวลาบนยานอวกาศจะเดินด้วยความเร็วเท่ากับเวลาที่ผู้สังเกตข้างนอกวัดได้ และผู้สังเกตด้านนอกจะตรวจไม่พบความเปลี่ยนแปลงของมวลที่เพิ่มขึ้นของยานอวกาศ แม้มันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าแสงก็ตาม
ปัญหามีอยู่อย่างเดียว
แล้วเราจะปรับแต่งอวกาศได้อย่างไร
มันไม่เหมือนเราอยากรีโนเวทบ้าน หรือห้องชุดครับ เนื่องจากมันเป็นวัตถุเราจึงปรับแต่ง ทุบ ทาสี ตามใจชอบได้ แต่อวกาศมันเป็นบริเวณ หรือ spacetime เราจะปรับแต่งมันอย่างไร?
Alcubierre อธิบายว่ามีทางเดียวที่จะทำให้สร้างขอบเขต Alcubierre Warp Bubble ได้ก็คือ การทำให้ความหนาแน่นของพลังงานต่อปริมาตรต่ำกว่าสภาวะสูญญากาศ หากทำได้ เราจะสามารถบิดให้อวกาศโค้ง นั่นหมายความว่าต้องใช้พลังงานที่เป็นลบ (Negative Energy)
มวลเชิงลบคือกุญแจ
เรารู้ว่ามวลเชิงลบ ถือว่าเป็น Exotic Mass อย่างหนึ่งที่มีสมบัติต่างจากมวลทั่วไป (ในแง่ทฤษฎี) หาก Exotic Mass มีอยู่จริงจะมีส่วนช่วยทำให้ความหนาแน่นของพลังงานของอวกาศในบริเวณที่ต้องการลดลงได้ ก็จะสามารถสร้างความโค้งตามโมเดล Hyperbolic Tangent ได้ (ลองคิดง่าย ๆ ว่า ถ้าเรามีมวลเชิงลบแล้วเร่งให้มันเคลื่อนที่ พลังงานจลน์ 1/2(-m)v^2 จะให้ค่าพลังงานลบตามต้องการ)
ในปี 2011 Harold G. White วิศวกรเครื่องกล | วิศวกรการบินและอวกาศ และนักฟิสิกส์ประยุกต์ของ NASA ให้ความสนใจในโมเดลของ Alcubierre โดยเขาได้ตีพิมพ์แนวคิดที่เสนอไอเดียใหม่ในเอกสาร Warp Field Mechanics 101 รวมถึงความเป็นไปได้ที่จะทำให้โปรเจกนี้เป็นจริง
เขาเสนอว่าการที่จะทำให้ Warp Drive นี้เกิดขึ้นตามไอเดียของ Alcubierre จะต้องใช้แหล่งพลังงานมหาศาลในการปรับแต่งอวกาศเป็นรูปฟองอากาศรอบยานอวกาศ
จะดีกว่าไหมหากใช้ในรูปวงแหวนแทน หรือ Torus ซึ่งใช้พลังงานน้อยกว่า (เพียงพอที่จะทำให้ยานอวกาศเคลื่อนที่ได้) ทำให้มีความเป็นไปได้สูงขึ้น
ปี 2012 NASA ทำได้แค่ทดลองสร้าง Intererometer เพื่อวัดความแปรปรวนของกาลอวกาศขณะขยายตัว และหดตัวรอบ ๆ ยานอวกาศ ในขณะที่ Alcubierre เจ้าของไอเดียกล่าวว่า
ตามความเข้าใจของผมไม่มีทางที่จะทำให้เกิดขึ้นจริงตอนนี้ได้ และไม่น่าจะเป็นในช่วงสองสามร้อยปีนี้อย่างแน่นอน
ทั้งนี้ทฤษฎี Alcubierre ได้รับแรงบันดาลใจจากหนัง Star Trek ไม่เพียงแค่คำว่า Warp Drive จะใช้เหมือนกันเท่านั้น ในแง่ทฤษฎีหรือรูปลักษณ์ความเป็นไปได้ในวาร์ปก็ยังคล้ายกันอีกด้วย (อ้างอิงจากข้อความอีเมลที่ Alcubierre เขียนถึง Willaim Shatner นักแสดงที่ได้รับบทเป็นกัปตัน James T. Kirk ของยาน Starship USS Enterprise) [5]
Sources:
[1] The warp drive: hyper-fast travel within general relativity. arxiv.org, 2019
[2] Miguel Alcubierre. wikipedia, 2019
[3] Alcubierre drive. wiki, 2019
[4] Negative mass. wikipedia, 2019
[5] : The Physics of Warp Drive. waybackmachine, 2019
[6] : The Alcubierre Warp Drive. npl.washington.edu, 2019
