اكتشاف محركات الاعوجاج الفاشلة الخاصة بهم

يحدد بحث تأملي جديد طريقة لاكتشاف الحضارات خارج كوكب الأرض: عن طريق التقاط موجات الجاذبية الناتجة عن انهيار أو فشل محركاتها الاعوجاجية. قد يبدو الأمر غريبًا، لكن المفهوم يرتكز على مبادئ النسبية العامة لأينشتاين.

كانت المحركات الاعوجاجية، المستوحاة من فهم ألبرت أينشتاين للفيزياء الكونية، هي الأولى تم تصميمه رياضيًا بواسطة الفيزيائي ميغيل ألكوبيير في عام 1994. وفقًا لألكوبيير، يمكن للمركبة الفضائية أن تسافر بسرعة أكبر من الضوء (بالنسبة لمراقب خارجي) من خلال آلية تُعرف باسم “فقاعة الالتواء”، والتي تعمل على تقليص الفضاء أمامها وتوسيع الفضاء خلفها. لا يعمل محرك الالتواء على تسريع المركبة الفضائية محليًا إلى سرعات أعلى من الضوء؛ وبدلاً من ذلك، فهو يتلاعب بالزمكان حول السفينة. يمكن لمثل هذه المركبة الفضائية أن تسافر مسافات شاسعة في فترة قصيرة عن طريق “تشويه” الزمكان، وتجاوز حد سرعة الضوء بطريقة تتفق مع النسبية العامة.

المشكلة هي أن هذا النموذج يتطلب طاقة سلبية، وهي شكل تأملي من الطاقة حيث توجد طاقة أقل من المساحة الفارغة، وهو أمر غير مفهوم حاليًا أو قابل للتحقيق باستخدام تكنولوجيا اليوم. هذه الفجوة في فهمنا تحافظ على البناء الفعلي لمحرك الالتواء، كما هو موضح في حرب النجوم و ستار تريك، بقوة في عوالم الخيال العلمي.

في يذاكر تم تحميلها على خادم ما قبل الطباعة arXiv، واستكشفت عالمة الفيزياء الفلكية وعالمة الرياضيات كاتي كلوف من جامعة كوين ماري في لندن، جنبًا إلى جنب مع زملائها تيم ديتريش من معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية وسيباستيان خان من جامعة كارديف، إمكانية حدوث انهيار افتراضي لمحركات الالتواء تنبعث منها موجات جاذبية يمكن اكتشافها.

عندما تذهب محركات الاعوجاج kablooie

لا يتظاهر العلماء بمعرفة كيفية بناء محرك الالتواء، لكنهم بدلاً من ذلك يستخدمون المحاكاة الرياضية لاستكشاف سلوكهم النظري المحتمل. على وجه الخصوص، ركز الفريق على ما يمكن أن يحدث إذا واجه محرك ملتوي، على حد تعبيرهم، “فشل الاحتواء”. مثل هذا الفشل يمكن أن يؤدي إلى انهيار ينبعث منه موجات جاذبية يمكن اكتشافها.

“في حين أن هناك العديد من العوائق العملية التي تحول دون تنفيذها في الحياة الحقيقية، بما في ذلك الحاجة إلى الطاقة السلبية، حسابيا، يمكن للمرء محاكاة تطورها في الوقت المناسب نظرا لمعادلة الحالة التي تصف المسألة”، كما كتب العلماء في ورقتهم البحثية، والتي يتم نشرها حاليا. تحت مراجعة النظراء من قبل المجلة المفتوحة للفيزياء الفلكية.

بفضل مرصد LIGO (مرصد موجات الجاذبية بالليزر)، الذي يرصد التموجات في الزمكان الناجمة عن الأحداث الكونية، نعلم أنه من الممكن اكتشاف موجات الجاذبية؛ لقد قام مرصد LIGO بذلك بالفعل أثبتت قدرتها لمراقبة مثل هذه الظواهر من مصادر مثل اندماج الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية.

في البداية، سعى الفريق إلى دراسة إشارات موجات الجاذبية الصادرة عن سفينة افتراضية متسارعة، لكنهم أدركوا أن انهيار فقاعة الالتواء كان خطوة أولى أبسط، وأن مثل هذا الحدث من المرجح أن ينتج إشارة أقوى، كما أوضح كلوف في بريد إلكتروني إلى جيزمودو. وأضافت أنه لا توجد آلية فيزيائية معروفة للحفاظ على فقاعة ملتوية مستقرة، وهو أمر ضروري لاستخدام محرك ملتوي للسفر عبر الفضاء، مما يؤدي إلى احتمال فشل الاحتواء.

كتب كلوف: “يحتاج المرء إلى التحكم بطريقة ما في الطريقة التي يستجيب بها الضغط للتغيرات في كثافة سائل الالتواء، أو فرض بعض آليات الاحتواء الإضافية”. “قد يكون هذا مشابهًا لكيفية استخدام الليزر لحصر البلازما في تجارب الاندماج النووي. لذا فإن نقطة البداية لدينا تفترض أن كل ما كان يحتفظ بالسائل قد انكسر بطريقة ما، وهذا يؤدي إلى تشتته. بالسائل، يشير كلوف إلى الوسط النظري أو المادة داخل فقاعة الالتواء التي تحتاج إلى السيطرة عليها واحتوائها.

تموجات عبر الزمكان

من شأن انهيار محرك الالتواء أن يؤدي إلى موجات جاذبية قوية لأنه ينطوي على تغيير مفاجئ ومثير في الزمكان. إن إعادة التوزيع السريع للطاقة والمادة المستخدمة لتشويه الزمكان في محرك الالتواء من شأنه أن يخلق اضطرابات كبيرة، على غرار الطريقة التي تخلق بها الحركات المفاجئة موجات في الماء. من شأن هذا الحدث المكثف أن يطلق طاقة كافية لتوليد موجات الجاذبية، المشابهة لتلك الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء أو اصطدام النجوم النيوترونية.

وقال كلوف إن الإشارة الناتجة ستكون “قوية للغاية”. ويرجع ذلك إلى الالتواء الهائل للزمكان المطلوب لدفع السفينة للأمام بجزء كبير من سرعة الضوء (10% إلى 30% من سرعة الضوء، كما هو مذكور في الورقة). يطلق الانهيار جزءًا كبيرًا من الطاقة الموجودة في انحناء الزمكان، مما يجعل الإشارة قابلة للاكتشاف.

وتعتمد الدراسة على النسبية العددية، وهي أداة تسمح للفيزيائيين بمحاكاة الزمكان في ظل الظروف القاسية. يتيح هذا النهج دراسة وفهم الظواهر التي تلعب فيها قوى الجاذبية القوية بشكل استثنائي دورًا، مثل الثقوب السوداء، ومن الناحية النظرية، فقاعات الالتواء المنهارة. من خلال محاكاة إشارات موجات الجاذبية التي قد تنبعث أثناء انهيار محرك الالتواء، تقترح كلوف وفريقها طريقة لتحديد مثل هذه الأحداث، في حالة وجودها.

ومن خلال تحليل كيفية إشعاع الطاقة وموجات الجاذبية من مثل هذا الحدث، تكهن الباحثون بالتوقيعات التي قد تلتقطها أجهزة الكشف المتقدمة في يوم من الأيام. تعتمد قوة الإشارة وتكرارها على حجم فقاعة الالتواء. في الورقة البحثية، أعطوا مثالًا لفقاعة ملتوية يبلغ عرضها 0.6 ميل (1 كيلومتر) وتتحرك بسرعة 10% من سرعة الضوء. وفقًا لحساباتهم، من المفترض أن يولد هذا إشارة بتردد 300 كيلو هرتز يمكن اكتشافها على مسافة تصل إلى 3.26 مليون سنة ضوئية، إذا كانت الإشارة قوية بما يكفي. يمكن لكاشف مشابه لـ LIGO ولكنه مصمم للترددات الأعلى اكتشاف هذه الإشارة، وفقًا للعلماء. وقال كلوف: “إن المقترحات الخاصة بمثل هذه الكاشفات موجودة وممكنة، ولكن في الوقت الحالي لم يتم تمويل أي منها”.

متعة التكهن

إن فكرة استخدام موجات الجاذبية لاكتشاف التقنيات الفضائية هي فكرة جامحة بلا شك. ما زلنا بعيدين عن القدرة على استخدام أجهزة الكشف مثل LIGO لاكتشاف هذا النوع من البصمات التقنية للكائنات الفضائية. علاوة على ذلك، نحن لا نعرف في الواقع ما إذا كانت الكائنات الفضائية تلتزم بمفاهيمنا المستوحاة من الخيال العلمي، لذلك يضيف هذا طبقة أخرى من التخمين. على الرغم من أن هذا المجال من البحث يبدو واعدًا، إلا أنه لا يزال متجذرًا بعمق من الناحية النظرية.

ومع ذلك، فإن الآثار المترتبة على هذا البحث تمتد إلى ما هو أبعد من البحث عن حياة خارج كوكب الأرض. إن فهم بصمات انهيار محرك الالتواء يمكن أن يعزز أيضًا فهمنا لديناميكيات الزمكان في السيناريوهات التي تنتهك ظروف الطاقة المعروفة. مثل هذه الدراسات تدفع حدود فهمنا للفيزياء، وتختبر حدود النسبية العامة، وربما تؤدي إلى رؤى نظرية جديدة.

قال كلوف: “إن تجاوز الفيزياء الفلكية القياسية كما فعلنا في هذه الدراسة يمثل تحديًا حقيقيًا لنا للتكيف ودفع الأساليب إلى أقصى حدودها، ومن المؤكد أن هذه المعرفة والخبرة ستساعدنا بينما ندرس أنظمة أكثر تحديًا في تطبيقات الفيزياء الفلكية في المستقبل”.

للمزيد من رحلات الفضاء في حياتك، تابعنا X والمرجعية المخصصة لGizmodo صفحة رحلات الفضاء.