Işıktan Hızlı Yıldızlararası Yolculuk, Görelilik Teorisi Çerçevesinde Mümkün Olabilir!

İnsanlar olarak, diğer yıldız sistemlerini ziyaret etme düşüncesi onlarca yıldır hayallerimizi süslüyor. Ancak, bize en yakın yıldız sistemi olan Alpha Centauri bile, Dünya'dan çok ama çok uzaktadır. Öyle ki, geleneksel uzay araçları ile Alpha Centauri'ye ulaşmak binlerce yıl sürecektir. Yine de bilim insanları, bu hayali gerçeğe dönüştürecek araçlar aramaktan vazgeçmiyorlar.

Almanya'daki Göttingen Üniversitesi'nden fizikçi Erik Lentz'in Classical and Quantum Gravity dergisinde yayımlanan makalesinde Lentz, sadece geleneksel fiziği kullanarak ve diğer yöntemlerde olduğu gibi keşfedilmemiş egzotik madde formlarını kullanmaya ihtiyaç duymaksızın bir büküm sürücüsü (İng: "warp driver") oluşturmanın yeni bir yöntemini ortaya koyuyor.^[1] Bu yöntem, diğer olası büküm sürücülerinden daha erişilebilir bir yol sunuyor olabilir.

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

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 warp sürücüsü tasarımının ana hatlarını çizdi. Model, bir nesnenin etrafında bir negatif enerji 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. Aslında ışıktan hızlı ilerleyen uzay aracı değildir, uzay aracının üzerine "bindiği" uzay-zaman dokusunun, yani "büküm baloncuğu"nun kendisidir.

Yukarıda da belirttiğimiz üzere, uzay-zaman dokusunun kendisi için ışık hızı sınırı bulunmamaktadır: Yani uzay ışık hızında, ışık hızının ötesinde veya herhangi bir diğer hızda genişleyebilir veya hareket edebilir. Buna rağmen, Alcubierre Büküm (Warp) Sürüşü'nün önemli bir sorunu bulunmaktadır: Böyle bir büküm baloncuğu oluşturmak, "egzotik madde" ve "egzotik enerji" gibi henüz keşfedilmemiş olguların varlığını gerektirmektedir. Örneğin negatif enerji, büküm sürücüsüne güç sağlayabilir.

Bu spekülatif konsept, varsayımsal bir uzay aracının etrafındaki alanı bükmek için negatif enerji ilkelerini kullanacak ve bu da, yukarıda açıklanan nedenler dışında, geleneksel fizik yasalarına meydan okumadan uzay aracının ışıktan daha hızlı ve etkili bir şekilde seyahat etmesini sağlayacaktır. Ancak, ışıktan hızlı gitme hayallerimiz, daha varlığını ya da yokluğunu bile kanıtlayamadığımız, sadece teorik olarak mümkün olan egzotik bir yakıt kaynağına dayanıyorsa, daha çok bekleriz.

Peki ya, Einstein'ın Görelilik teorileri dahilinde, herhangi bir egzotik fizik gerekmeden ışıktan hızlı hareket etmek mümkün olsaydı? Lentz, warp sürücüleriyle ilgili mevcut araştırmaları inceledikten sonra, araştırmacıların gözden kaçırdığı belirli uzay-zaman baloncuk formları olduğunu fark etti.

Lentz, "hiper-hızlı soliton sınıfı" olarak adlandırdığı yöntem sayesinde ışıktan hızlı yolculuk yapabileceğimiz bir yol öneriyor. 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 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 içinde var olabilir ve tamamen pozitif enerji yoğunluklarından kaynaklanır. Bu, şu anlama gelmektedir: Işıktan hızlı hareket etmek için henüz varlığı doğrulanmamış egzotik negatif enerji yoğunluğu kaynaklarını hesaba katmaya gerek yoktur.

Eric Lentz

Lentz, son derece yüksek manyetizmaya sahip nötron yıldızlarını çevreleyen plazmaların, pozitif enerjili solitonların imzalarını aramak için doğal bir yer olabileceğine inanıyor. Yeterli enerjiyle, bu solitonların konfigürasyonları, süperlüminal (ışıktan hızlı) hareket yapabilen ve teorik olarak bir nesnenin aşırı gelgit kuvvetlerinden korunurken uzay-zamandan geçmesine olanak tanıyan "büküm baloncukları" olarak işlev görebilir.

Bununla birlikte, zamanın geçişi, uzay aracındaki yolcular için korunmuş olacaktır. Normalde, ışık hızında hareket eden gözlemci için zaman, dış dünyaya göre çok daha yavaş geçmektedir. Öyleyse, eski bir düşünce deneyinin önerdiği gibi, ışık hızında seyahat eden bir uzay gemisine bir ikiz koyarsanız, belli bir süre geçtikten sonra Dünya'daki ikizinden çok daha genç görünecektir. Lentz'in öne sürdüğü model, bu potansiyel paradoksun üstesinden geliyor. Çünkü solitonun merkezinde minimal gelgit kuvvetleri olduğundan, zaman, büküm baloncuğunun içinde ve dışında aynı hızda geçecektir.

Bu yöntem, teorik ilerleme için çok etkileyici bir başarı olsa da, yine de ihtiyaç duyulan enerji miktarı, bu büküm sürücüsünün şimdilik sadece varsayımsal bir olasılık olduğunu gösteriyor. Lentz, şöyle söylüyor:^[2]

Yarıçapı 100 metre olan varsayımsal bir uzay aracını kapsayan ve ışık hızıyla ya da daha hızlı hareket etmeyi sağlayan bu sürücü için gereken enerji, Jüpiter gezegeninin kütlesinin yüzlerce katına eş değer bir miktardır. Bu değer, modern nükleer reaktörlerin gücünden yaklaşık 30 kat daha fazladır. Neyse ki, daha önceki araştırmalarda, yaklaşık 60 büyüklük mertebesinde gerekli olan enerjiyi potansiyel olarak düşürebilecek birkaç enerji tasarrufu mekanizması önerilmiştir.

Lentz'in çalışması, türünün bilinen ilk çözümü olduğunu gösteriyor olsa da, fiziksel olarak çalışması için negatif enerji gerektirmeyen olası bir büküm sürücüsü için alternatif bir yöntem öneren başka bir yeni analizle hemen hemen aynı zamanda geldi. Lentz, her iki çalışma ekibinin de artık iletişim halinde olduğunu ve bu konu üzerine çalışan diğer bilim insanlarının da çalışmalarını daha iyi anlayabilmeleri ve geliştirebilmeleri için daha fazla veri paylaşmayı planladıklarını söylüyor.^[3] Ek olarak, Lentz, araştırmasını 18 Mart 2021'de YouTube üzerinden canlı olarak yaptığı sunumda açıkladı; aşağıdan bu sunumu izleyebilirsiniz:

Işıktan hızlı yıldızlarası yolculuk bulmacasının hâlâ çözülmesi gereken parçaları var, ancak bu tür fikirlerin serbest akışı, o uzak, parıldayan yıldızları ziyaret etme şansını elde etmek için en büyük umudumuz olmaya devam ediyor. Lentz, sözlerine şunları ekliyor:^[2]

Bu çalışma, ışıktan hızlı yolculuk problemini temel fizikteki teorik araştırmalardan bir adım öteye ve mühendisliğe yaklaştırdı. Bir sonraki adım, büyük bir modern nükleer fisyon enerji santrali gibi günümüz teknolojilerinin kapsamı dahilinde ihtiyaç duyulan astronomik enerji miktarının nasıl azaltılacağını bulmaktır. Sonra ilk prototipleri yapmaktan bahsedebiliriz.

Neredeyse aynı zamanlarda, Lentz'den bağımsız bir şekilde büküm sürücüsü çalışmaları yapan Applied Physics'deki Advanced Propulsion Lab (APL) bilim insanları, klasik ve kuantum kütleçekiminde fiziksel bir warp sürücüsü için dünyanın ilk modelini yayımladılar.^[4] Tıpkı Lentz'in araştırması gibi, bu model de ışık hızı ve üzeri hızlarda yolculuk için egzotik maddeye ihtiyaç duymuyor.

Alexey Bobrick ve Gianni Martire, fiziksel bir warp sürücüsü için bir makale yazdılar ve bunu Classical and Quantum Gravity dergisinde yayınladılar. Gerçek bir uzay aracı için mümkün olmayacak kadar büyük miktarda negatif enerji gerektiren Alcubierre büküm sürücüsü konseptinden yola çıkan Bobrick ve Martire, negatif enerji yerine, uzay-zaman dokusunu bükmek için büyük bir kütleçekim kuvvetinin kullanılabileceğini öne sürüyorlar. İşin püf noktası, kütleçekim kuvvetini kullanmak için gezegen büyüklüğündeki bir kütleyi kontrol edilebilir bir uzay aracı modülü boyutuna sıkıştırmanın bir yolunu bulmaktır. Frankfurt İleri Araştırmalar Enstitüsü'nde profesör ve araştırma görevlisi olan Sabine Hossenfelder'ın bulguları ayrıntılandırdığı yararlı bir videoyu aşağıdan izleyebilirsiniz.

Lund Üniversitesi'nden astrofizikçi Alexey Bobrick şöyle söylüyor:^[5]

Bilim alanındaki birçok kişi, Alcubierre sürücüsünün farkındadır; ancak negatif enerji ihtiyacı nedeniyle büküm sürücülerinin fiziksel olmadığına inanmaktadır. Ancak bu, artık doğru değildir; NASA ve diğerlerinden farklı bir yöne gittik ve araştırmamız, aslında Genel Görelilik'te birkaç başka warp sürücü sınıfı olduğunu gösterdi. Özellikle, negatif enerji gerektirmeyen ve dolayısıyla fiziksel hale gelen yeni sınıf warp sürücü çözümleri formüle ettik.

Araştırmalarından elde edilen bir başka ilginç bulgu, büküm sürücüsünün şekli ile ilgilidir: Daha geniş, daha uzun bir gemi, uzun ve ince bir gemiden daha az enerjiye ihtiyaç duyacaktır.

Yeni çalışma, warp sürücüsünün ilkelerinin bilimsel açıdan sağlam olduğunu öne süren, gittikçe büyüyen bir araştırma alanına yapılan en son eklemelerden bir diğeridir. Araştırmacılar, makalelerinde anlattıkları teknolojiyi tam olarak nasıl bir araya getireceklerinden hala emin olmadıklarını kabul ediyorlar. Ancak bu çalışmanın başlangıç için etkileyici bir ilerleme olduğu yadsınamaz. Araştırmacılar, gelecekte, warp sürücüsünün gerçeğe dönüşeceğinden eminler. Gianni Martire şunları söylüyor:^[5]

Hâlâ ışık hızını aşamıyor olsak da yıldızlararası bir tür olmak için buna ihtiyacımız yok. Warp sürücüsü araştırmalarımız, hepimizi birleştirme potansiyeline sahiptir.

Daha yakın bir gelecekte, ışık hızından hızlı olmasa da, yıldızlararası yolculuğa imkan verebilecek bir diğer gelişmiş itki sistemi hakkında bilgi edinmek için, MEGA sürücü ile ilgili yazımızı okuyabilirsiniz.