Yazar: Mario Borunda

Dünya’ya en yakın konumdaki yıldız Proxima Centauri’dir. Yaklaşık 4,25 ışıkyılı veya yaklaşık 25 trilyon mil (40 trilyon km) uzaklıktadır. Bu zamana kadar yapılmış en hızlı uzay aracı olan ve şimdi uzayda bulunan Parker Solar Probe‘ın gidebildiği en yüksek hız 450.000 mil/saat (yaklaşık 725.000 km)’tir. Bu hızla Los Angeles’tan New York City’ye gitmek sadece 20 saniye sürer, ama Parker Solar Probe’un Dünya’nın en yakın komşu güneş sistemine ulaşması yaklaşık 6.633 yıl sürecektir.

İnsanoğlu eğer yıldızlar arasında kolayca seyahat etmek istiyorsa ışıktan daha hızlı gitmesi gerekiyor. Ancak bu zamana kadar ışıktan hızlı seyahat etmek yalnızca bilim kurgularda mümkün oldu.

Issac Asimov’un Foundation serisinde insanlık evrende gezegenden gezegene, yıldızdan yıldıza “jump drive” aracılığıyla seyahat edebilmektedir. Çocukluğumda bu hikayelerin çoğunu elimden geldiğince okumaya çalıştım. Şimdi bir teorik fizikçiyim ve nanoteknoloji üzerine eğitim alıyorum, ancak insanlığın bir gün uzayda hangi yollarla seyahat edebileceği konusuna hala hayranım.

“Interstellar” ve “Thor” filmlerindeki astronotlar gibi bazı karakterler, güneş sistemleri arasında saniyeler içinde seyahat etmek için solucan deliklerini kullanır. “Star Trek” hayranlarının aşina olduğu başka bir yaklaşım da warp motoru teknolojisidir. Zorlama (belki inanılmaz) bir teknoloji olsa bile, warp motorları teorik olarak mümkündür. Warp motorları teorisinin gerçek olabilmesinin önünde engel teşkil eden çok sayıda zorluktan birinin üstesinden geldiğini iddia eden araştırmacılar eliyle iki yeni makale Mart ayında manşetlere taşındı.

Peki bu teorik warp motorları gerçekten nasıl çalışıyor? Ve insanoğlu yakın bir zamanda warp hızına sıçrayabilecek mi?

Bu 2 boyutlu gösterimde, düz, çarpık olmayan uzay zaman balonununun merkezinde yer alan bir warp motoru, sağ tarafta sıkıştırılmış uzay-zaman (aşağı yönlü eğri) ve sol tarafta genişletilmiş uzay-zaman (yukarı yönlü eğri) ile çevrili şekilde görülmektedir. AllenMcC/Wikimedia Commons

Sıkıştırma ve genişleme

Fizikçilerin uzay-zaman ile ilgili mevcut anlayışı, Albert Einstein’ın Genel Görelilik teorisine dayanmaktadır. General Görelilik, uzay ve zamanın kaynaştığını ve hiçbir şeyin ışık hızından daha hızlı gidemeyeceğini belirtir. Genel görelilik aynı zamanda kütle ve enerjinin uzay-zamanı nasıl sarmaladığını da tanımlar – yıldızlar ve kara delikler gibi iri nesneler etraflarındaki uzay-zamanı büker. Bu bükülme bizim yerçekimi olarak hissettiğiniz şeydir ve birçok uzay yolculuğu yapan kahramanının bir yerçekimi kuyusu “içerisinde sıkışıp kalma” veya “içerisine düşme” endişesinin nedenidir. İlk bilim kurgu yazarlarından John Campbell ve Asimov, bu bükülmeyi hız sınırını aşmanın bir yolu olarak gördü.

Ya bir yıldız gemisi, önündeki boşluğu sıkıştırırken arkasındaki uzay-zamanı genişletebilirse? İşte “Star Trek” bu fikri aldı ve ona warp motoru adını verdi.

1994 yılında, Meksikalı bir teorik fizikçi olan Miguel Alcubierre, uzay gemisinin arkasındaki uzay-zamanı sıkıştırırken önündekini genişletmenin Genel Görelilik yasaları dahilinde matematiksel olarak mümkün olduğunu gösterdi. Peki bunun anlamı nedir? İki nokta arasındaki mesafenin 10 metre (33 fit) olduğunu hayal edin. A noktasında duruyorsanız ve saniyede bir metre yol alabiliyorsanız, B noktasına gelmeniz 10 saniye sürecektir. Ancak diyelim ki bir şekilde B noktasıyla aranızdaki boşluğu sıkıştırabiliyorsunuz ve böylece bu aralık sadece bir metre olmuş oluyor. Ardından, maksimum hızınız olan saniyede 1 metre hızla uzay-zamanda hareket ederek yaklaşık bir saniye içinde B noktasına ulaşabilirsiniz. Bu yaklaşım teorik olarak çevrenizdeki uzayda ışıktan daha hızlı hareket etmediğiniz için görelilik yasalarıyla çelişmez. Alcubierre, “Star Trek”in warp motorunun aslında teorik olarak mümkün olduğunu gösterdi.

Proxima Centauri, sıkı dur biz geliyoruz, değil mi? Ne yazık ki, Alcubierre’in uzay-zamanı sıkıştırma yönteminde bir sorun var: Negatif enerji veya negatif kütle gerektiriyor.

Bu 2 boyutlu gösterim, pozitif kütlenin uzay-zamanı (soldaki mavi dünya) nasıl büktüğünü ve yine negatif kütlenin (sağdaki kırmızı dünya) uzay-zamanı nasıl zıt yönde büktüğünü gösterir. Tokamac/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Negatif enerji sorunu

Alcubierre’nin warp motoru, uzay gemisinin etrafında düz bir uzay-zaman balonu oluşturup mesafeleri azaltmak için bu balonun etrafındaki uzay-zamanı bükerek çalışacaktı. Wrap motorunun çalışması için negatif kütle – teorik bir madde türü – veya negatif enerji yoğunluğu halkası gerekir. Fizikçiler bu zaman kadar hiç negatif kütle gözlemlememişlerdir, bu yüzden geriye tek seçenek olarak negatif enerji kalmaktadır.

Warp motoru negatif enerji ortaya çıkarmak için parçacıklar ve antiparçacıklar arasında bir dengesizlik oluşturur ve bunun için de büyük miktarda kütle kullanır. Örneğin, warp motorunun yakınında bir elektron ve bir antielektron belirirse, parçacıklardan biri kütle tarafından yakalanır ve bu bir dengesizliğe neden olur. Bu dengesizlik de negatif enerji yoğunluğuna sebep olur. Alcubierre’nin warp motoru, uzay-zaman balonunu yaratmak için bu negatif enerjiyi kullanırdı.

Ancak bir warp motorunun yeterince negatif enerji üretmesi için çok fazla maddeye ihtiyacınız olacaktır. Alcubierre, 100 metrelik baloncuğa sahip bir warp motorunun görünür evrenin tüm kütlesine ihtiyaç duyduğunu tahmin ediyordu.

1999’da fizikçi Chris Van Den Broeck, balonun içindeki hacmi genişletmenin ancak yüzey alanını sabit tutmanın enerji gereksinimlerini büyük ölçüde (güneşin kütlesi yeterli olacak kadar) azaltacağını gösterdi. Önemli bir gelişme, ancak yine de tüm uygulanabilir olasılıkların çok ötesinde.

Bilim kurgu geleceği mi?

Biri Alexey Bobrick ve Gianni Martire, diğeri Erik Lentz tarafından hazırlanan iki yeni makale, warp motorlarını gerçeğe yaklaştıran çözümler sunuyor.

Bobrick ve Martire, balonun içindeki uzay-zamanı belirli bir şekilde değiştirerek, negatif enerji kullanma ihtiyacını ortadan kaldırabileceklerini fark ettiler. Ancak bu çözüm, ışıktan daha hızlı gidebilen bir warp motoru üretmiyor.

Bağımsız olarak, Lentz de negatif enerji gerektirmeyen bir çözüm önerdi. Genel Görelilik denklemlerini çözmek için farklı bir geometrik yaklaşım kullandı ve böyle yaparak, warp motorunun negatif enerji kullanmasına gerek olmadığını buldu. Lentz’in çözümü, baloncuğun ışık hızından daha hızlı hareket etmesini sağlayacaktı.

Bu heyecan verici gelişmelerin matematiksel modeller olduğunu belirtmek lazım. Bir fizikçi olarak, deneysel kanıta sahip olmadan modellere tam olarak güvenmem. Yine de, warp motorları bilimi ortaya çıkıyor. Bir bilim kurgu hayranı olarak, tüm bu yenilikçi fikirleri memnuniyetle karşılıyorum. Kaptan Picard’ın dediği gibi, bir şey sadece mümkün hale gelene kadar imkansızdır.

Mario Borunda, Fizik Profesörü, Oklahoma State Universitesi

Orijinal hali The Conversation‘da yayınlanan bu makalenin çevirisi Creative Commons lisansı altında burada yayınlanmıştır. Orijinal makaleyi buradan okuyabilirsiniz.