Egzotik Madde Gerektirmeyen Büküm Sürüşü (Warp Drive) Yöntemi Geliştirildi!

Önde gelen itki araştırmacısı fizikçiler tarafından yapılan yeni bir çalışmada, genel görelilik yasalarına meydan okumadan çalışabilecek, daha genel ve sabit hızlı olan ilk büküm sürüşü (İng: "warp drive") konsepti tanıtıldı. Araştırmacılar, çalışmalarından elde ettikleri bulguları, 29 Nisan 2024 tarihinde Classical and Quantum Gravity'de yayımlanan makalelerinde açıkladılar.^[1]

Sabit Hızlı Işık Altı Büküm Sürüşü (İng: "Constant-Velocity Subluminal Warp Drive") olarak adlandırılan bu konsept, New York merkezli araştırma kuruluşu Applied Physics’in İleri İtki Laboratuvarı ve Alabama Üniversitesi Huntsville Departmanı fizikçileri tarafından geliştirildi. Yenilikçi konsept, egzotik maddeye olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor ve ışık hızına çok yakın hızlarda uzay seyahati için teorik bir itki yöntemi sunuyor. Fizikçiler, çalışmalarının, büküm sürüşünü gerçeğe dönüştürme yolunda yeni bir dönüm noktasını temsil ettiğini ifade ediyor. Ekip, şöyle söylüyor:

Bu heyecan verici yeni sonuç, fiziksel büküm sürüşü çözümlerini anlamaya yönelik önemli bir ilk adımdır ve enerji koşullarını sağlayan daha genel, sabit hızlı bir büküm baloncuğunun inşa edilebileceğini göstermektedir.

Çalışmayı yürüten bilim insanları, konseptlerini, ilk kez 1994 yılında Meksikalı teorik fizikçi Miquel Alcubierre tarafından önerilen ve onun adıyla anılan Alcubierre Metriği ya da diğer ismiyle Alcubierre Büküm Sürüşünden yola çıkarak geliştirdiler. Geliştirilen konsept, kayma vektörüne sahip sıradan maddeden oluşan kararlı bir kabuğun oluşturulabileceğini gösteriyor. Bu, uzay aracını içinde taşıyarak aracın yüksek hızlara ulaşmasına imkan verecek bir kütleçekim dalgası ya da bilinen adıyla "büküm baloncuğu" elde etmenin mümkün olabileceği anlamına geliyor.

Applied Physics

Alcubierre Metriğinin Teorik Temelleri ve Lentz'in Soliton Metriği

Geleneksel fizikte, Albert Einstein'ın görelilik teorisinin söylediği gibi ışık hızına ulaşmanın veya o hızı aşmanın gerçek hiçbir yolu yoktur. Ancak eğer ki ışık yıllarıyla ölçülen uzunluktaki herhangi bir yolculuk yapmak istiyorsak ışık hızını aşmanın bir yolunu bulmamız elzemdir. Bir maddeyi ışık hızının ötesinde hareket ettirip ettiremeyeceğimiz sorusunun cevabı, bildiğimiz modern fizik çerçevesinde her zaman büyük bir hayır olacaktır. Ancak her ne var ki, uzay-zaman dokusunun kendisi için böyle bir kural bulunmamaktadır.

1994 yılında Meksikalı teorik fizikçi Miguel Alcubierre, herhangi bir fiziksel yasayı çiğnemeden bir şeyin teorik olarak ışıktan daha hızlı hareket etmesine izin verebilecek gerçek bir büküm sürüşü konseptinin ana hatlarını çizdi. Model, egzotik madde kullanarak uzay aracının etrafında negatif enerjili bir büküm baloncuğu oluşturmayı içerir; böylece nesnenin önündeki uzay-zaman dokusu daralır, arkasındaki uzay-zaman dokusu ise genişler.

Bu baloncuğun merkezinde, nesnenin rahatça seyahat edebileceği, herhangi bir yolcunun hareket ediyormuş gibi hissetmeyeceği, fizik yasalarının aynen geçerli olduğu "düz" bir uzay-zaman bölgesi bulunur. Ayrıca uzay aracı, uzay-zamanda hareket etmediğinden ancak uzay-zamanın kendisini hareket ettirdiğinden dolayı Interstellar filminden de aşina olunabileceği üzere zaman genişlemesi gibi geleneksel görelilik etkileri geçerli olmayacaktır. Burada anlaşılması gereken şudur: ışıktan hızlı ilerleyen uzay aracı değildir, uzay aracının üzerine "bindiği" uzay-zaman dokusunun, yani "büküm baloncuğu"nun kendisidir. Sörf yaparken denizdeki dalgaların sörf tahtasını hareket ettirmesi gibi uzay aracı, bu kütleçekim dalgasına binerek yerini değiştirebilecektir. Bu örnekten de anlaşılacağı üzere, ışıktan hızlı giden uzay gemisi değildir; o an içerisinde bulunduğu uzay-zaman bölgesidir ve uzay ışık hızında, ışık hızının ötesinde veya herhangi bir diğer hızda genişleyebilir veya hareket edebilir.

Öte yandan ise uzay-zaman dokusunun esnekliği oldukça azdır, bu da bir büküm baloncuğu oluşturabilmek için uzayı bükmeyi sağlayacak türden büyük miktarlarda enerji gerektirecektir. Alcubierre, bu zorluğu aşmak için egzotik madde kullanmayı önermiştir. Her ne kadar egzotik madde teoride mümkün olsa da henüz varlığı ya da yokluğu kanıtlanabilmiş değildir. Egzotik madde gerektirdiği için Alcubierre Büküm Sürüşü, başlangıçta çoğu bilim insanı tarafından pek ciddiye alınmadı.

Ancak aradan geçen yaklaşık 30 yılın ardından, 9 Mart 2021'de, Almanya'daki Göttingen Üniversitesinden fizikçi Erik Lentz tarafından yapılan devrim niteliğindeki bir çalışma her şeyi değiştirdi.^[2] Lentz'in "hiper-hızlı soliton sınıfı" olarak adlandırdığı yöntem sayesinde egzotik madde ve enerji formlarının varlığına ihtiyaç duymadan uzayı bükmenin ve ışıktan hızlı yolculuk yapmanın teorik bir yolu ilk kez ortaya konuldu. Matematikte ve fizikte "soliton", sabit bir hızda hareket ederken şeklini ve enerjisini koruyan, kendi kendini güçlendiren bir tür tekil dalgayı ifade etmektedir. Bu konuda ise "soliton", ışıktan hızlı sabit bir hızı ifade etmektedir (durağan bir göl boyunca sürekli hareket eden tek bir dalgalanmayı düşünün).

Lentz, Einstein'ın farklı soliton konfigürasyonları için yazdığı denklemlerini, herhangi bir egzotik maddeye ihtiyaç duymadan, geleneksel enerji kaynaklarıyla çalışan bir denklem bulana kadar yeniden yorumladı. Lentz'in teorik hesaplamalarına göre, aşırı hızlı soliton çözümleri, genel görelilik dahilinde var olabilir ve tamamen pozitif enerji yoğunluklarından kaynaklanır. Bu çalışma, büyük bir yankı uyandırdı ve bilim camiasında büküm sürüşüne olan ilgiyi canlandırdı.

Sabit Hızlı Işık Altı Büküm Sürüşünün Alcubierre Metriği ile Uyumluluğu

Applied Physics ekibi, Alcubierre metriğinin, jeodezik taşınım (bir cisim ya da enerjinin uzay-zaman dokusunun eğriliği boyunca en kısa yol olan jeodezikler boyunca hareket etmesi) özellikleriyle tamamen uyumlu olduğunu ve bu yanıyla bugüne kadarki ilk sabit hızlı ışıkaltı fiziksel büküm sürüşü çözümünü sunduklarını belirtiyor. Buna ilaveten ekibin teorik büküm sürüşü konsepti, gözlemcilerin jeodezik taşımını sağlarken çeşitli enerji koşullarını da karşılayabiliyor.

Ekip, geliştirdikleri konsept ile iç kısmında değiştirilmiş bir kayma vektörüne sahip pozitif kütleli stabil bir madde kabuğu oluşturarak bir büküm baloncuğunun elde edilebileceğini belirtiyor.

Ekip, ileriye dönük olarak teorik çerçevelerini optimize etmek ve geliştirmek amacıyla yeni çözümleriyle ilgili daha fazla olasılığı araştırmayı planlıyor. Böylece gereken tüm fiziksel koşulların sağlandığından emin olacaklar. Ayrıca, mevcut büküm sürüşü araştırmalarında önemli bir faktör olarak öne çıkan fizikselliği bozmadan sürücüyü verimli bir şekilde hızlandırma sorusuna da odaklanacaklar.

Fuchs et al.

Büküm Üreticisi (Warp Factory)

Applied Physics, Sabit Hızlı Işıkaltı Büküm Sürüşü konsepti ile Warp Factory adını verdikleri bir yazılım aracı setini tanıttı.^[3] Applied Physics, yabancı popüler bilim haberi sitesi The Debrief’e yaptığı açıklamada geliştirdikleri aracı şöyle açıklıyor:

Araç, büküm sürüşü tasarımları için bir gerçeklik kontrolü işlevi görerek araştırmacıların tasarımları kapsamlı ve otomatik bir şekilde analiz etmelerini ve fiziksel olmayan özellikleri çok daha verimli bir şekilde tanımlamalarını sağlıyor. Bu, büküm sürüşü teknolojisinin gelecekte inşa edilip çalıştırılabilecek tasarımlarına doğru evrimini yönlendirebileceğimiz anlamına geliyor.

Çalışma ekibi, büküm üreticisi aracının büküm sürüşü konseptlerini gerçeğe dönüştürme yolunda önemli bir kilometre taşını temsil ettiğini söylüyor. Araştırma kuruluşunun resmi web sitesinde yer alan bir açıklamada şunlar söyleniyor:^[4]

Warp Factory, APL'de geliştirilen büküm baloncuğunu analiz etmek için oluşturulmuş bir yazılım araç setidir. Kullanıcıların Einstein'ın alan denklemlerini incelemelerine, enerji koşullarını değerlendirmelerine ve metrik ölçekleri hesaplamalarına olanak tanımaktadır. Ayrıca, uzay-zaman metriklerini ve bunlarla ilişkili gerilme-enerji tensörlerini görüntülemek için 2D ve 3D görsel sunarak karmaşık uzay-zaman metriklerinin incelenmesini ve anlaşılmasını kolaylaştırmaktadır.

Sonuç

Yeni çalışmada ortaya konan konsept, ışık hızına çok yakın hızlarda uzayda seyahati gerçeğe dönüştürmenin yolunu açsa da böyle bir sürücünün inşa edilmesi ancak uzun vadede mümkün olabilecek gibi gözükmektedir çünkü uygarlık olarak mevcut teknolojimiz henüz bir büküm sürücüsü gibi kompleks bir cihaz inşa etmeye uzak haldedir.

Şimdilik, büküm sürüşü, Star Trek evrenine ait büyüleyici bir gerçeklik olarak kalmaktadır. Öte yandan önümüzdeki yıllar ya da on yıllarda yapılacak uzay gözlemleri, böyle bir teknolojik yeteneğin halihazırda var olabileceğini, belki de insanlık olarak bizden çok daha ileri teknolojiye sahip başka gelişmiş medeniyetlerin teknolojik araçları arasında yer alabileceğine işaret edebilir. Bu tür olasılıklar şimdilik tamamen spekülatif olsa da son yıllarda hız kazanan çalışmalar, bu teknolojinin bir gün gerçek olması yolunda ileriye yönelik önemli adımlar olarak görülmektedir. Applied Physics ekibi, web sitelerinde şöyle söylüyor:

Bu konsept önemli miktarda enerji gerektirse de fiziksel enerji kısıtlamaları dahilinde konvansiyonel madde kullanarak büküm oluşturulabileceğini göstermektedir. Applied Physics, insanlık Büküm Çağı'na adım atarken ilerleme kaydetmeye devam etmektedir.