Interstelar Seyahat V: Warp Sürücüleri, Solucan Delikleri ve Halo Sürücüleri
Uzayın derinliklerine yolculuk yapma konusundaki çeşitli önerileri incelediğimiz “Interstelar Seyahat” serimize geri dönüyoruz. İlk bölümümüzde, Soğuk Savaş dönemindeki nükleer silah ve roket gelişmelerinin uzay keşfiyle nasıl paralel ilerlediğini ve bu durumun nükleer roketler için önerilerle sonuçlandığını ele almıştık. Daha sonra, termonükleer silahların yaratılmasının füzyon itme sistemlerine nasıl yol açtığına baktık.
Dördüncü bölümümüzde, güneş yelkenleri, manyetik yelkenler ve yönlü enerji itme (DEP) gibi daha pratik seçenekleri inceledik. Bu beşinci bölümde ise, teorideki en uç fikirleri ele alarak, insanlığın yıldızlararası uzay yolculuğuna bir gün ulaşabilmesinin önünü açabilecek potansiyele sahip olan kavramlara odaklanacağız.
Önceki bir yazımızda belirttiğimiz gibi, geleneksel itme yöntemlerine güvenen bir geminin yolculuğu binlerce yıl sürebilir. Teorik olarak bu süreyi on yıllara indiren yöntemler olsa da, bunların inşası çok maliyetli olacak ve muazzam miktarda yakıt gerektirecektir. Neyse ki, her zaman bilim kurgu ile gerçeğin sınırlarını bulanıklaştıran, ancak yine de bize umut veren “uzak ihtimaller” vardır.
Bunlar arasında warp sürücüleri, solucan deliği yolculuğu ve kara delikleri kullanarak ışık hızına yakın hızlara ulaşma gibi kavramlar yer alır.
İlk bölümümüzde de belirttiğimiz gibi, Güneş Sistemi dışındaki keşfedilmeye değer çok sayıda gezegen bulunmaktadır. Şu ana kadar bilim insanları, 6.354 gezegeni 4.756 yıldız sisteminde tespit etmişlerdir. Bu sayı, serimizin başladığı Temmuz ayından beri artmaktadır. O zamanlar bu sayı 6.333 gezegen ve 4.747 sistemdi. Bu da, serinin başlamasından bu yana sadece bir ay içinde 21 yeni gezegenin ve 9 yeni yıldız sisteminin daha keşfedildiğini gösteriyor.
Dahası, “Dünya benzeri” (kaya) gezegenler nadir olsalar da, toplam sayı 222’ye ulaşmış durumda ve gökdelenlerimizde şaşırtıcı bir bollukta bulunuyorlar. Özellikle, Dünya’ya 50 ışık yılı yakınında 31 kara gezegen bulunmaktadır; bunların hepsi de düşük kütleli, M tipi kırmızı cüce yıldızların etrafında dönmektedir. Bunlardan en yakını olan Proxima b, Dünya’dan 4,25 ışık yılı uzaklıkta bulunan kırmızı bir cüce yıldız olan Proxima Centauri’nin etrafında dönen kaya benzeri bir gezegendir.
2016 yılında keşfedilen bu gezegenin yüzey sıcaklığının -39 °C (-38 °F) olduğu tahmin edilmektedir; bu, Dünya’nın 15 °C (59 °F) değerine göre oldukça soğuktur. Bilim insanları, bu gezegenin yaşanabilir olup olmadığı konusunda farklı görüşlere sahip olsalar da, bazı senaryolarda Proxima b’nin yaşamı destekleyebileceği düşünülmektedir. Her ne olursa olsun, Proxima b’nin Dünya’ya yakınlığı, onu bir yıldızlararası misyon için doğal bir hedef haline getirmekte ve insanlığın Güneş Sistemi dışındaki ilk keşiflerinin öncüsü olması olasıdır (eğer bu mümkün olursa).
Peki, en uç itme yöntemleri neler yapabilir?
Bilim kurgu hayranları, “warp sürücüsü” kavramıyla zaten aşinadır. Bu fikir onlarca yıldır var olsa da, büyük ölçüde bilim kurgu ve saf spekülasyon alanında kalmıştır. 1994 yılına kadar, warp sürücüsünün bilinen fizik kuralları çerçevesinde nasıl çalışabileceğine dair somut bir öneri yapılmamıştır. Bu öneri, Cardiff Üniversitesi’nde doktora çalışmaları sırasında “Alcubierre Sürücüsü” olarak bilinecek kavramı ortaya atan Meksikalı teorik fizikçi Miguel Alcubierre tarafından yapılmıştır.
Alcubierre, 1994 yılında yayınladığı “The Warp Drive: Hyper-Fast Travel Within General Relativity” adlı makalesinde, Einstein’ın Görelilik Kuramı’nı ihlal etmeden ışık hızından daha hızlı (FTL) seyahat etmenin mümkün olduğunu savunmuştur. Daha spesifik olarak, Einstein’ın Özel Görelilik Teorisi (SR) ile Genel Görelilik Teorisi (GR) arasındaki farkları vurgulamıştır.
“Özel görelilik üzerine çalıştığımızda, hiçbir şeyin ışık hızından daha hızlı hareket edemeyeceğini öğreniriz. Bu gerçek, genel görelilikte de geçerlidir, ancak bu durumda biraz daha dikkatli olmak gerekir: genel görelilikte, hiçbir şey yerel olarak ışık hızından daha hızlı hareket edemez.” Kavram, uzayın önünde büzülmesini ve arkasında genişlemesini sağlayacak bir “warp kabarcığı” oluşturmayı içerir. Bu şekilde, bu dalga üzerinde bulunan bir nesne, süper-relativistik hızlara ulaşabilir. Alcubierre’nin açıklamasına göre:
“Bu temel fikir, erken Evrenin enflasyonel fazını ve iki hareketli gözlemci arasındaki göreceli hızı düşünerek daha kolay anlaşılabilir. Bu göreceli hızın, uygun uzaysal mesafenin uygun zamanda değişimi olarak tanımlandığında, ışık hızından çok daha yüksek bir değer elde edeceğimizi kendimize ikna edebiliriz. Bu, gözlemcilerimizin ışıktan daha hızlı hareket ettiği anlamına gelmez; bunlar her zaman kendi yerel ışık konilerinde hareket ederler. Enormous hız, uzayın kendisinin genişlemesinden kaynaklanır.”
Geminin, hareket etmeden taşınırken, bu durumun geçerli olmadığı için genel görelilik kuralları geçerli olmaz, çünkü bu yöntem yerel olarak ışıktan daha hızlı hareket etmeye dayanmaz. Sadece, gemi kabarcığın içinde bulunduğu için, bir dış gözlemci tarafından ışık hızından daha hızlı seyahat ediyor gibi görünecektir. Bu sistemin teorik temeli, Alcubierre’nin Einstein’ın genel görelilik denklemlerine uyguladığı çözümlerdir ve “Alcubierre Metriği” olarak bilinir.
Alcubierre’ye göre, kuantum alan teorisi, uzay-zaman bölgelerinde negatif enerji yoğunluklarının var olmasına izin verir. Bu, iki yüzey arasındaki vakumda oluşan çekici kuvvet olan Casimir Etkisi olarak bilinir. Eğer bir “negatif kütle” halkası oluşturulursa, uzay-zaman teorik olarak önünde büzülebilir ve arkasında genişleyebilir. Alcubierre’nin yazdığı gibi:
“Tamamen yerel bir uzayın genişlemesiyle geminin arkasında ve tam tersi bir büzülme ile önde, dışarıdaki gözlemciler tarafından ışık hızından daha hızlı hareketin mümkün olduğunu savunabiliriz. Bu, gözlemcilerin ışıktan daha hızlı hareket ettiği anlamına gelmez; bunlar her zaman kendi yerel ışık konilerinde hareket ederler. Enormous hız, uzayın kendisinin genişlemesinden kaynaklanır.”
Ancak, bu kavramın da teorik zorlukları vardır. Alcubierre’nin orijinal makalesine göre, warp alanı oluşturmak için gereken negatif kütle (veya “ekzotik madde”) miktarı, insanlığın şu anda üretebileceğinden çok daha fazladır. Ayrıca, nedenselliğin ihlali gibi birçok belirsizlik de bulunmaktadır. Ek olarak, tüm warp sürücüsü teorileri çeşitli enerji koşullarını ihlal etmektedir.
Son yıllarda, Alcubierre Sürücüsü’ne olan ilgi yeniden canlanmıştır, bu büyük ölçüde NASA bilim insanı Harold “Sonny” White’ın çalışmaları sayesinde olmuştur. White’ın bu konuya olan ilgisi, NASA ve Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) tarafından ortaklaşa yürütülen 100 Yıl Yıldız Gemisi projesinin ilk seminerinde konuşma yaparken başlamıştır. White, bu seminerde Alcubierre’nin alan denklemlerini tartışmış ve bazı hesaplamalar yaparak, gereken enerji miktarının aslında mümkün olabileceğini fark etmiştir.
2012 yılında, White ve meslektaşlarının NASA Eagleworks’teki İleri İtki Fizik Araştırma Laboratuvarı’nda (AIPRL) bir interferometre inşa ederek uzaysal bozulmaları tespit ettiklerini ve bunun warp alanının varlığını desteklediğini duyurmuştur.
2013 yılında, Jet Propulsion Laboratory (JPL), vakum koşulları altında yapılan bir warp alanı testinin sonuçlarını “sonuçları belirleyici olmayan” olarak yayınlamıştır. 2019’da NASA, White’ın kurumdan ayrılmasının ardından warp sürücüsü ve ileri itki araştırmalarını etkili bir şekilde sonlandırmıştır. Bir yıl sonra, White, eğitim, tanıtım ve ileri itme yöntemlerine adanmış kar amacı gütmeyen bir kuruluş olan Limitless Space Institute (LSI)’da mühendisler ve bilim insanlarıyla birlikte çalışmaya başlamış, amaçları ilk warp sürücüsünü yaratmaktı!
White’ın araştırmaları, yıldız gemisi mühendisi Kevin Long ile birlikte Starship Mühendisliği projesini kuran astrofizikçi Richard Obousy’nin çalışmalarına dayanmaktadır. Ayrıca, 2009 yılında Obousy ve co-yazar Aram Saharian tarafından yayınlanan “Casimir enerjisi ve daha yüksek boyutlu manipülasyon olasılığı” adlı bir çalışma, kuantum alan teorisindeki Casimir etkisinin yerel olarak yoğunlaştırılmasıyla nasıl negatif enerji yoğunluklarının yaratılabileceğini incelemiştir. Çalışmalar ayrıca, bu durumun yaklaşık Jüpiter büyüklüğünde (1,898 x 1024 kg; 4,18 x 1024 lbs) bir kütlenin üretilmesiyle mümkün olabileceğini göstermiştir.
Bu çalışmalar, warp kabarcığının “kalınlık parametresinin” yeniden değerlendirilmesiyle enerji gereksinimlerinin daha da azaltılabileceğini göstermiştir. Kısacası, daha kalın bir warp kabarcığı, uzay-zaman üzerindeki gerilimi azaltarak, bir uzay gemisinin sadece iki ton (2,2 ABD tonu) kadar egzotik madde kullanarak 10 kat ışık hızına ulaşabileceği gösterilmiştir.
Ancak, bu kavram ne kadar uygulanabilir hale gelse de, hala teorik bir öneri olmaya devam etmektedir. Bilim insanları henüz negatif maddenin varlığını doğrulamamışlardır ve bir prototipin geliştirilmesi hala çok uzaktadır.
Bir diğer popüler bilim kurgu unsuru ise solucan delikleridir. Solucan delikleri, iki nokta arasındaki bağlantıyı sağlayan teorik tünellerdir. Bu fikir, Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi’nin erken dönemlerinde ortaya çıkmıştır ve ışık hızının aşılması veya geçilmesi halinde ne gibi sonuçlar doğabileceğini araştırmayı amaçlamıştır. İlk olarak bu kavramı öne süren kişi, Schwarzschild metriğinin ilk çözümünü bulan Alman fizikçi ve astronom Karl Schwarzschild’dir.
Schwarzschild metriği, hiçbir şeyin kaçamayacağı bir kara delik ile hiçbir şeyin giremeyeceği bir “beyaz delik” arasındaki bağlantıyı sağlayan bir köprü olan “Einstein-Rosen Köprüsü” kavramını ortaya atmıştır. Ancak bu köprünün kara deliğin olay ufkunun arkasında yer aldığı için geçilemez olduğu ve çok çabuk çökeceği için travers edilemez olduğu gösterilmiştir. Bir solucanı travers edilebilir hale getirmek için negatif maddeye ihtiyaç vardır.
Juan Maldacena (Institute for Advanced Study) ve Alexey Milekhin (Princeton Üniversitesi) tarafından yapılan bir dizi çalışma, insanların solucan deliklerinden geçebilme olasılığını araştırmıştır. İlk çalışmada, “Traversable wormholes in four dimensions” adlı makalede, yüklü, kütlesiz fermiyonların Casimir benzeri bir enerji oluşturarak stabil bir solucanı destekleyebileceği gösterilmiştir. İkinci çalışmada, “Humanly traversable wormholes,” adlı makalede ise, bu solucanların Standart Model ile uyumlu olduğu savunulmuştur.
Ancak, bu senaryonun sadece mikroskobik kara delikler için geçerli olacağı ve insanların geçebileceği kadar büyük solucanlar için daha gelişmiş bir fiziksel modele ihtiyaç duyulduğu belirtilmiştir. Bu nedenle, araştırmacılar Randall-Sundrum II modelini (5 boyutlu bükülmüş geometri teorisi) kullanarak ara büyüklükteki yüklü kara delikleri incelemişlerdir. Ancak bu durum, güçlü gelgitlemelerin oluşmasına neden olacağından, uzay gemisinin ve mürettebatının zarar görmemesi için yüksek bir hızlanmaya ihtiyaç duyulacağını göstermiştir.
Son olarak, en uç itme yöntemlerinin de diğerleri gibi aynı sorunları paylaştığı unutulmamalıdır: muazzam miktarda enerji
GÖZLEM DEĞERLENDİRMELERİ (66)