Valgusest kiiremini

IMELINE TEADUS

26. veebruar 2014, 08:26

Einsteini relatiivsusteooria järgi ei saa miski liikuda kiiremini kui valgus. Kuid NASA füüsikud tahavad seda siiski teha, seejuures füüsikaseadusi rikkumata. Nimelt lubab relatiivsusteooria kõverdada aegruumi ja luua mulli, mis kannaks kosmoselaeva edasi valguse kiirusest kümneid kordi kiiremini.

Niinimetatud varpajam tooks näiteks Päikese naabertähe Proxima Centauri meie käeulatusse. Kui praeguse raketitehnoloogiaga kuluks selle täheni jõudmiseks ca 77 000 aastat ja näiteks tuumasünteesi kasutava kosmoselaevaga jõuaksime sinna umbes 60 aastaga, siis ulmeline varpajamiga kosmoselaev jõuaks Proxima Centaurini kahe nädalaga.
Houstonis NASA Johnsoni kosmosekeskuse laboratooriumis püüab rühm teadlasi tõestada, et on võimalik valgusest kiiremini liikuda. Nende idee järgi tuleks ruumi niivõrd palju painutada, et kosmoselaev saaks reisida valgusest mitu korda kiiremini, ilma et ta sealjuures paigast liiguks.

Ameerika inseneri Harold White’i juhtimisel tahavad teadlased luua ala, kus eespool olev ruum välkkiirelt kokku tõmbub ja tagapool olev ruum taas laieneb, seega teatava ruumi- või nn varpmulli (ingl k warpbubble). Esialgu proovitakse mulliga liigutada vaid ühte laserikiirt, kuid kui tulevikus suudetakse luua nii suur mull, et sinna mahub sisse kosmoselaev, saaks astronaute lähetada kaugetele tähtede juurde ja isegi võõrastesse galaktikatesse.

Esmapilgul tundub, et tegemist on loodusseaduste rikkumisega. Einsteini relatiivsusteooria järgi ei saa miski liikuda kiiremini kui valgus. Mida lähemale jõuab massiga objekti kiirus valguse kiirusele, seda rohkem energiat tuleb kulutada kiiruse suurendamisele ja seetõttu jääb valguse kiirus Universumi ülimaks kiirusepiiranguks. Aga Harold White kavatseb kasutada relatiivsusteoorias olevat “ussiauku”. Selge see, et miski ei saa liikuda läbi tühja ruumi valgusest kiiremini, kuid Einsteini võrrandid ei sea takistusi aegruumi enda (kolm ruumimõõdet koos ajamõõtmega) palju kiiremale laienemisele. Tegelikult ongi see juba toimunud. Nn inflatsiooniteooria kohaselt laienes sekundi murdosa vanune Universum tohutu kiiresti ülilühikese aja jooksul. Küsimus seisneb nüüd selles, kas teadlased suudavad looduse kasutatud võtet väikeses ruumiosas korrata.

Idee pärineb ulmefilmist

Varpmulli loomiseks peavad füüsikud ehitama seadme, millega aegruumi kokku voltida või välja venitada. Tegelikult on see seade juba olemas, vähemalt teoreetilisel tasandil. Seda nimetatakse Alcubierre varp­ajamiks Mehhiko füüsiku Miguel Alcubierre järgi, kes kirjeldas 1994. aastal, kuidas Einsteini esitatud seaduspärasuste raames on võimalik muuta aegruumi geomeetriat selliselt, et piltlikult öeldes aeg­ruumi lainel ratsutav kosmoselaev liiguks valgusest kiiremini. Inspireerituna 1966. aastal teleekraanile jõudnud ulmeseriaalist “Star Trek” nimetas Alcubierre selle ebatavalise liikumisvahendi varpajamiks (ingl k warp-drive), mida eesti keeles nimetatakse ka ruumimuunduriks. Ulmeseriaalis liiguvad kosmoselaevad sellise “mootori” abil valgusest mitu korda kiiremini. Ingliskeelne sõna warp tähendab koolutamist või kõverdamist ning varp­ajam töötabki aegruumi kõverdamise põhi­mõttel.

NASA teadlane Harold White usub, et kosmoselaeva varpajam võib saavutada enam kui sajakordse valguse kiiruse. Esimese asjana soovib ta tõestada, et tegemist pole jabura ideega. Oma katses püüab ta manipuleerida aegruumiga. White kavatseb luua mõnesentimeetrise läbimõõduga varpmulli. Ta loodab spetsiaalsete suures koguses elektrienergiat salvestavate komponentide abil tekitada mulli, millest saaks läbi juhtida laseri­kiire. Siiani pole ta väikese varp­ajami tööpõhimõtteid paljastanud, aga kui laseri kiiratava valguse kiirus muutub isegi ühe kümnemiljondiku võrra tänu sellele, et varpmull seda edasi kannab, saavad teadlased tekitatud mõju mõõta ja katse võib lugeda õnnestunuks.

Varpmootor sõidab miinuskilodel

Kui kunagi tulevikus tõepoolest õnnestub luua varpajamiga kosmoselaev, saab sellest ülimõnus transpordivahend. Nimelt seisab kosmoselaev mullis paigal, seega ei tunne reisijad ebameeldivat kiirendust. Lisaks kulgeb aeg kosmoselaevas üldiselt samamoodi kui Maa peal, sest aegruum paindub vaid kosmoselaeva ees ja taga. Mulli sees on kõik normaalne.
Kuid oleks lihtsameelne arvata, et sellist varpajamit on kerge ehitada. Paljude füüsikute arvates on see projekt teostamatu. Kaks Itaalia füüsikut Stefano ­Finazzi ja Stefano Liberati on koos hispaanlase Carlos Barcelóga välja arvutanud, et kogu varpmulli sisemuse hävitab teatav kvantmehaanilise kiirguse erivorm. Lisaks peavad nad mulli ebastabiilseks. Kuid NASA teadlased lükkavad selle väite ümber.

Kõige suuremaks takistuseks on tõenäoliselt siiski aegruumi kõverdamiseks vajaliku energia saamine. Varpajami jaoks on vaja teatavat liiki negatiivset energiat, näiteks negatiivse massiga eksootilise aine kujul. Tükk sellist ainet kaaluks näiteks miinus üks kilo. Niisugust ainet ei ole kusagilt leitud ega kunagi valmistatud ja füüsikud vaidlevad, kas see saab üldse olemas olla.

Pärast varpajami ideega lagedale tulekut on teadlased püüdnud välja arvutada, kui palju negatiivset energiat oleks vaja, et kosmoselaev paari nädala või kuuga mõne tähe juurde lennutada. Esialgsed arvutused näitasid, et sellise reisi jaoks on vaja palju rohkem energiat, kui on terves Universumis. Kuid Harold White usub, et õigete mõõtmetega varpmulli puhul on võimalik toime tulla palju väiksema energiahulgaga. Tema viimased arvutused kinnitavad, et peaks piisama negatiivsest energiast, mis vastab eksootilise aine tükile, mille mass on 500–1000 miinuskilogrammi. See energiahulk suudab White’i sõnul panna kümne meetri pikkuse kosmoselaeva liikuma valgusest kümme korda kiiremini.

Tee tähtedeni on pikk ja sama võib öelda ka teekonna kohta, mis tuleb läbida toimiva varpajami ehitajatel. Kuid Harold White on veendunud, et varpmull, mille ta oma laboris loob, paisub tulevikus oluliselt suuremaks ja suudab ehk transportida tervet kosmoselaeva.

Vaata kõiki uudiseid

Toetajad:

Telli ajakiri

Telli National Geographic
Imeline Teadus on Skandinaavia suurim populaarteaduslik ajakiri.
Ajakiri ilmub ühe korra kuus, iga kuu alguses.
Hind: e-arve püsimaksega 6,95 €, 1 aastaks 79 €
Telli Ajakiri