1. Quantum vacuum plasma thruster.
Ide o vynikajucu vec, suvisiacu s tzv. Kazimirovym javom. Ten je znamy uz od roku 1948, ked ho navrhol - prekvapujuco
- Heindrik Kasimir. Podstata jeho napadu bola zalozena na dosledku Heisenbergovho principu neurcitosti, ktory - ako asi viete - umoznuje vznik parov virtualnych castic a anticastic na isty limitovany a velmi kratky cas. Vakuum je plne takychto virtualnych parov castic, ktore generuju elektromagneticke pole. Inymi slovami, vakuum nie je prazdny priestor, ale je to len najnizsi energeticky stav casopriestoru, ktory je vsak teda plny energie. Dlho sa vsak myslelo, ze kedze tieto elektromagneticke polia a pary sa okamzite stracaju ci spriemeruju na nulu, nebude mozne (s vynimkou extremnych oblasti ako je tesna blizkost ciernych dier, ktore vdaka enormnej gravitacii tieto pary roztrhnu a zrealnia na ukor hmotnosti diery) tuto energiu ci castice ziadnym sposobom vyuzit. Ale aby som sa vratil ku Kasimirovi - ten dostal v roku 1948 ideu, ze ak by sme priblizili velmi blizko dve rovne dosky (napr. kovove), tak v priestore medzi nimi by mohli vznikat pary (resp. i zodpovedajuce elmag vlnenie) iba obmedzenej vlnovej dlzky. Kedze na druhej strane - okolo tych dvoch dosiek - vsak tieto pary vznikaju bez obmedzenia, tlak vonkajsich virtualnych elmag poli bude vacsi nez tlak poli medzi doskami. A teda na dosky zacne posobit zdanlivo pritazliva sila - teda 'len tak', bez naboja, bez dodania energie, jednoducho len z existencie casopriestoru. Bola to velmi exoticka idea, a dlho sa myslelo, ze je to len hypoteticka sila, ktoru sa mozno nikdy nepodari zmerat ci potvrdit. Ale podarilo sa! Sice to trvalo takmer polstorocie, ale v roku 1997 takuto silu v laboratoriu konecne objavili, a jej velkost bola vo vybornej zhode s teoretickym vypoctom. Ale to su vsetko uz zname veci, hovorim o tom obsirnejsie kvoli tomu, aby bolo zrejme, ze ide o REALNY a potvrdeny jav. A teraz pride to, o com som nevedel - v NASA, konkrente v jej Johnson Space Center existuje clovek, ktory je nadsencom pre medzihviezdne lety (je dokonca clenom podla mna velmi uzitocnej iniciativy Icarus Interstellar, ktoru uz niekolko rokov sledujem). Prave on posunul Heinsenbergov princip a Kazimirov efekt dalej - navrhol jeho konkretne vyuzitie na pohon kozmickych lodi. Velmi zjednodusene a laicky povedane - elektromagneticke vlny tvorene virtualnymi casticami budu sluzit ako pohonna latka.
Najlepsie sa to podla mna da pochopit na nasledujucej (hoci nie uplne presnej) analogii - kazdy vie, ze lod vo vode, alebo este lepsie napr. ponorka, sa dokaze pohybovat vdaka tomu, ze ma lodnu skrutku, pripadne vodne trysky. Lod touto skrutkou naraza do okolitych molekul vody, a posuva ich jednym smerom, pricom vdaka zakonu akcie a reakcie sa lod pohybuje opacnym smerom. Voda (a teda da sa povedat ze i 'vodne vlny') sluzi ako pohonne medium, ktore je vypudzovane zelanym smerom. Lod si nemusi toto medium niest so sebou, ma ho vsade navokol. Lod akurat musi mat so sebou zdroj energie, ktory bude tocit tou skrutkou a energiu odovzdavat okolitemu mediu, aby sa mohla pohybovat vpred.
Lietadla to robia podobne, akurat mediom pre ne su molekuly vzduchu.
Auta tiez - pre ne je danym mediom povrch/molekuly cesty (resp. teleso Zeme), od ktorych sa odrazaju (ktore sa snazia posunut za seba).
Tomuto asi kazdy rozumie.
Problem s kozmickymi lodami je vsak ten, ze tie samozrejme nemaju okolo seba ziadne medium, ziadnu latku v rozumnej hustote, ktoru by mohli za seba nejakou tou 'skrutkou' odsuvat ci od ktorej by sa mohli odrazat a teda hybat sa zelanym smerom. Kozmicke lode si teda toto medium, ktore vypustaju za seba, musia niest vzdy so sebou. A to je klasicky problem - aby sa hybali, musia hybat/prenasat so sebou aj medium, na pohyb ktoreho ale spotrebuju omnoho viac paliva - neprijemne. Uz Ciolkovskij davno tento handicap ciastocne riesil viacstupnovou raketou (pouzite nadoby na medium/palivo sa odhodia a znizi sa tym hmotnost lode), ale napriek tomu je to stale ohromna komplikacia. Vacsina hmotnosti kozmickych lodi je tvorena palivom/mediom, uzitocny naklad tvori vzdy len malu cast, a cim dalej chceme ist, tym mensiu. Uplny rozdiel oproti morskym lodiam, ktore si nenesu medium (vodu) so sebou, ale im staci iba zdroj energie (motor).
No a prave tuto potrebu niest si so sebou hmotnost media, ktore budeme vystrelovat za lod, by vyuzitie virtualnych castic mohlo odburat. Virtualne elektromagneticke vlnenie totiz evidentne vdaka Kazimirovmu javu ma nielen kvantovomechanicke prejavy na mikroskopickej urovni, ale i experimentalne overene MAKROskopicke efekty. Toto elmag vlnenie by mohlo sluzit ako medium, ktore bude mozne 'dtlacat' od lode, a lod teda urychlovat. Nie je to porusenie ziadneho fyzikalneho zakona, pretoze zakon zachovania momentu hybnosti zostava zachovany - je to sice virtualne elmag pole, ale vdaka Kazimirovmu javu vieme jeho homogenitu narusit, tym ho 'zrealnit' aj na makroskopickej urovni a vyuzit na vygenerovanie nenulovej a makroskopicky meratelnej sily. A teda lod sice bude vo 'vakuu' v tom zmysle, ze sa v nom nenachadzaju ziadne realne castice, ale moment hybnosti odovzda zdeformovanemu ('zrealnenemu') virtualnemu elmag polu - podobne, ako lod rozceri (=zdeformuje) a udeli hybnost vode (vytvori vlnenie).
Neviem ci sa mi to podarilo popisat dostatocne zrozumitelne, snad ano. Co je vzrusujuce, je skutocnost, ze NASA uz spravila posledne obdobie i prve experimenty, a tie vyzeraju nadejne - na velmi skromnom prototype sa podarilo vygenerovat malicku silu (radovo miliNewtony). Je to smiesna sila, ktora nepostacuje na pohon nicoho praktickeho, ale je to ohromny impulz do dalsich testov - sila generovana tymto minimotorom je totiz na urovni cca 0.1 Newtonu na kiloWatt. To znamena, ze uz napr. 100 MW reaktor na palube kozmickej lode by generoval velmi slusny tah 10 kN. A to uplne bez media, ktore by bolo potrebne za lod 'vymrstovat', cize lod by bola extremne lahka, a pomer tah/hmotnost lode by bol teda mnohonasobne vyssi nez u dnesnych pohonov. Vacsinu jej vahy by teda mohol tvorit naklad - rovnako ako pri morskych lodiach.
Velmi vzrusujuca moznost. Dalsie experimenty NASA prave uskutocnuje. Som velmi zvedavy ako sa tato zatial velmi realisticka a teoreticky dobre podlozena moznost dalej vyvinie - samozrejme tu vzdy zostava moznost, ze sa nepodari vytvorit velke zariadenie, ktore zreprodukuje vysledky maleho, ale teoria zatial neodhalila prekazky, preco by to nemalo ist.
2. Aby toho nebolo malo, to iste laboratorium uskutocnuje aj dalsi - este zaujimavejsi - experiment podlozeny vzrusujucou teoriou. A to konkretne warp drive. Nesmejte sa, ano, je to ten isty warp drive, ktory pouzivaju v Star Treku
. Aby to nevyzeralo patavedecky - teoriu pre warp drive vyvinul teoreticky fyzik Alcubierre uz pred viacerymi rokmi. Bola to vsak sice pekna a korektna, ale predsa len iba teoreticka moznost deformacie casopriestoru okolo kozmickej lode a jej vyuzitiu na cestovanie zdanlivo nadsvetelnou rychlostou. Teoreticka kvoli tomu, ze na toto zakrivenie by bolo potrebne obrovske mnozstvo energie (skutocne obrovske - napr. pre malicku lod by bolo potrebne zanihilovat cely Jupiter - miziva pravdepodobnost, ze by takyto zdroj energie niekedy malo ludstvo k dispozicii). Takze sice pekna, ale len teoreticka hracka. Az donedavna - clovek z NASA, a to ten isty, co navrhol, teoreticky podlozil a experimentalne overuje kvantovy pohon z bodu 1 (a uz je namieste byt konkretny - vola sa Harold White, ziskal jedno z najcennejsich oceneni od NASA a je sefom jej Advanced Propulsion vyskumu - cize presne ten typ cloveka, ktory ma velku predstavivost, je schopny sa nadchnut pre myslienku a ma otvorenu mysel, ale zaroven dokaze zostat stat na pevnych zakladoch teorie, matematiky a logiky), tak prave tento clovek mal ideu a nasiel mozny sposob, ako dramaticky znizit energiu potrebnu na uskutocnenie Alcubierrovho driveu. Ide o mnohoradove vylepsenie. White sucasne navrhol aj experimentalny setup, ktory by umoznil jeho teoriu potvrdit. Nie je to nic zlozite - ide o interferometer, ktory dokaze zmerat aj extremne male zmeny vzdialenosti pomocou laseroveho luca (je to ten isty prinxip, ktory pouziva aj Einstein@home v jeho LIGO a GEO observatoriach), pricom do drahy jedneho luca umiestni warp zariadenie. Tym nie je nic zlozitejsie ako mala cievka s priemerom 1 cm, ktorou prechadza extremne velky elektricky prud. Taka je idea - extremne silne elektromagneticke pole by mohlo teoreticky zakrivit casopriestor. Tu chcem hned upozornit, ze na rozdiel od Kazimirovho efektu je toto zatial cista teoria nepodlozena experimentalnymi dokazmi. Jej najmenej experimentalne overenym predpokladom je to, ze casopriestor ma viac nez 4 dimenzie. Je to vsak velmi solidna teoria, ktora je znacne konzistentna (viacdimenzionalny priestor je totiz nevyhnutny pre takmer vsetky vyznamne rozsirenia standardnej fyziky, ci uz mikro alebo makrosveta, umoznujuc popisat niektore anomalie v dnesnych experimentoch) a ma velku vyhodu aj v tom, ze je experimentalne testovatelna - a prave to sa White chysta uskutocnit v tomto obdobi. Predbezne vysledky ukazuju moznost, ze pri zapnutom elektrickom prude v cievke sa casopriestor velmi jemne zdeformoval - avsak tento vysledok nie je este overeny, resp. nie je definitivne iste, ci vysledok je statisticky vyznamny oproti sumu a nepresnostiam merania. Na to sa pripravuje upgrade experimentu.Drzme mu palce, nech sa mu to podari - ak experimenty potvrdia realnost vyuzitia kvantoveho motora, tak napr. pri 100 MW vykone by sme s tymto pohonom boli schopni doletiet na Mars za niekolko dni a kolonizacia okoliteho priestoru bude na dosad. A ak sa podari experimentalne preukazat moznost zakrivenia casopriestoru jednoduchym elektromagntickym polom, tak to bude znamenat moznost v buducnosti vyvinut nadsveteleny pohon, revolucnost coho snad ani radsej nechcem popisovat.
Ale naspat k zemi - obe moznosti su teoreticky a matematicky dobre podlozene, prva dokonca do istej miery uz i experimentalne. Kedze sa vsak vedci pri objavovani na pokraji znalosti vzdy pustaju do neznamych oblasti (where no man has gone before
), je vzdy mozne, ze v matematickej teorii im chyba parameter, ktory sa doteraz neprejavil, a ktory moze povodnu ideu (vacsinou) skomplikovat ci dokonca uplne znemoznit. Vyborne vsak je, ze napady existuju, a ze technlogicke nadsenie pre prienik cloveka do vesmiru nezostalo len v sestdesiatych a sedemdesiatych rokoch 20. storocia, ale neustale pokracuje.
Verme, ze z NASA budeme pocut do niekolkych rokov prevratne novinky, ak nie tykajuce sa priamo bodov 1 a 2 tak aspon nove idei na testovanie...
Live long and prosper, physics!
