Yerçekimi Sürüşü için En Yeni Warp Motoru

Fizikçiler yerçekimi sürüşü için yeni warp motoru teknolojisi geliştiriyor. Yeni motorlar itiş gücü sağlamak üzere yakıt kullanmadan, sadece yerçekimiyle çalışacak. Fizikçiler yeni yayınladıkları iki makalede hem ışıktan hızlı yolculuk hem de ışıktan yavaş yolculuk için tasarlanacak warp sürüşünün sınırlarını belirledi. Uzay Yolu’ndan bildiğimiz warp sürüşü bilimkurguda uzay gemilerinin ışıktan hızlı yolculuk etmesini sağlıyor. Bu tür warp motorlarının fiziksel sınırlarını önceki yazıda ele almıştık. Şimdi uzayı bükerek ardışık yerçekimi kuyuları açan uzay araçlarını görelim. Araçların yakıt harcamadan bu kuyulara düşerek yol almasını sağlayan gravitik motorları, yeni warp sürüşü yöntemini inceleyelim.

Warp motoru ve Einstein

Einstein yıldızlara yayılma hayalimizi yıkan insandır. Bunu hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez diyerek yapmıştır. Parlak Samanyolu diski çapının 100 bin ışık yılı, karanlık kısmıyla da 200 bin ışık yılı olduğunu düşününce bunu anlıyoruz. Einstein ışık hızı sınırı getirerek evreni bizzat keşfetmemizin imkansız olduğunu söylemiştir. Daha doğru bir ifadeyle 1) ışıktan yavaş giden kütleli bir cismi veya 2) ışık hızında giden kütlesiz bir cismi daha fazla hızlandırmanın bir yolu yoktur kuralı bugün de elimizi bağlıyor. Oysa Einstein bize kütle ve enerjinin uzayı büktüğünü göstererek umut verdi. Biz de bugün üç yeni makaleyi bu açıdan ele alarak warp (bükme) motorlarının nasıl üretilebileceğini tartışacağız.

Einstein bize uzayı bükmek konusunda umut verdi dedik ya, büküm (warp) motorlarının adı buradan geliyor. Bunu kavramak için Einstein’ın ışık hızı sınırının geçerli olmadığı bir duruma bakalım: Uzayın genişlemesine… Biz insanlar ışık hızına ulaşamaz ve ışıktan hızlı gidemeyiz. Bununla birlikte uzayın ışıktan hızlı genişlemesine engel yoktur; çünkü uzay ve zaman değişebilir ama bunlar aynı zamanda uzayzamanın bileşenleridir. Uzayzaman da mutlak olup evrenin nihai referans çerçevesidir.

Büyük patlamada söylediğim gibi gözlemlenebilir evrenin ötesindeki galaksiler bizden ışıktan hızlı uzaklaşıyor. Bunun sebebi galaksilerle aramızdaki uzayın evrenin ötesinde ışıktan hızlı genişlemesi. Açıkçası en iyi bilimkurguyu bilim insanlarıyla iletişim halinde olan bilimkurgu yazarları yapar. Hatta bazen bilimsel buluşların teknolojik sonuçlarını onlardan önce görürler. Örneğin Jules Verne dönemin önde gelen fizikçileriyle mektuplaşıyordu (ömrü boyunca 100 bin mektup yazdığı söyleniyor. :o). Öyleyse ilk warp motoru konsepti için genel göreliliğin keşfinden 15 yıl sonrasına gidelim:

Muhteşem Hikayeler Dergisi

Yıl 1931. John W. Campbell Jr. Amazing Stories (Muhteşem Hikayeler) dergisinde yayınlanan Islands of Space (Uzay Adaları) romanında ilk kez warp motorundan söz etti. Warp motorları uzayın dokusunu bükerek kozmik hız sınırını yükseltiyordu. Uzay Adaları’nın Türkçe baskısı var mı bilmiyorum ama yoksa büyük eksiklik. Amazon Türkiye’deki İngilizce baskı fiyatı ise 438 TL! Gençlere tavsiyem telefona Amazon US ve Amazon Kindle uygulamalarını kursunlar. Bu romanın Kindle sürümü sadece 1,17 dolar. Ben de elim değmişken aldım. 😊 Storytell, Amazon Kindle ve ücretsiz e-pub uygulamaları, dijital kitaplar candır. Peki ya warp motoru?

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Bilimkurguda warp motoru

Campbell’ın warp sürüşü fikri aldı yürüdü. Bilimkurgu Tarihi Sözlüğü sitesine göre (İngilizcedir) uzay bükümünü itiş mekanizması olarak adlandıran ilk yapıt J. Williamson’ın 1936 tarihli iki kitaplık The Cometeers (Kuyrukluyıldızcılar) roman serisidir. Williamson’la birlikte warp sürüşü bilimkurgu edebiyatında yaygınlaştı. Uzay warp sürücüleri, zaman warp sürücüleri ve en sonunda da kısaca warp sürücüleri Einstein’ın kurallarını hayallerimizde çiğnemenin en yaygın yolu oldu.

1966’da gösterime giren Uzay Yolu – Özgün Dizi (Star Trek TOS) warp motorlarını geniş kitlelerle tanıştırdı. Artık warp teknolojisi popülerdi. Uzay Yolu yazarları Einstein’ın görelilik teorisinin ilk uzay büküm çözümlerinden esinlenmişti. 1990’larda fizikçi Miguel Alcubierre de ilk warp motoru teorisini geliştirdi. Bilin ki gelecekte Yıldız Gemisi Atılgan’ı yaparsak Alcubierre okullarda Newton ve Einstein gibi saygıyla okutulacak. Muhtemelen farkında değil ama kendisi çoktan ölümsüz olmuş olabilir. 😉

Alcubierre Sürüşünü eni boyu yazdım ama yeni makalelere geçmeden önce nasıl çalıştığı ve sınırlamalarını özetleyelim. Bir kere Alcubierre’in makalesi bilim dünyasının en özenle hazırlanmış, hatası olmayan makalelerinden biri olarak kabul ediliyor. Aynı zamanda birçok temel fizik yasasını da çiğniyor ama ne yapalım? Warp motoru istiyorsanız fiziğin sınırlarını zorlayacaksanız. Şaka bir yana Alcubierre warp motorunu inşa etmek imkansızdır. Zaten yeni makaleler de Alcubierre’in eksiklerini gidermeye çalışıyor. Öyleyse warp sürüşünün temellerinden başlayalım:

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Warp motoru nedir ve nasıl çalışır?

Eşdeğerlilik İlkesinde anlattığım gibi aslında ışık hızı sınırı yoktur. Sadece ışıktan yavaş giden cisimleri ışık hızını aşacak şekilde nasıl hızlandıracağımızı bilmiyoruz. Özel görelilik teorisine göre pozitif kütleyi geleneksel roketlerle ışık hızına çıkarmak sonsuz enerji gerektirir. Bu da pratikte kütleli cisimlerin ışık hızına ulaştığını asla görmeyeceğiz anlamına gelir ama bu sınırlamada boşluklar var ki uzayın genişlemesini buna örnek gösterdik. Oysa kara deliklerin içinde de uzay tekilliğe (?) ışıktan hızlı akar. Demek ki uzayın ışıktan hızlı akmasını sağlamak mümkündür. Peki bunu warp sürüşü yapabilir mi?

Alcubierre warp sürüşü

Warp sürüşü de uzayı bükerek ve genişlemeye benzer bir etki yaratarak çalışır. Uzay gemisini saran ve bükülmüş uzaydan oluşan bir warp köpüğü yaratır. Uzay gemisi köpüğün içinde hareketsizdir ama warp köpüğü uzayda ışıktan hızlı gider. Bunu Uzay Yolu’ndan bilirsiniz. Atılgan warp hızına çıkarken veya warp hızından çıkarken Kaptan Kirk hızlanma ya da yavaşlama gibi etkiler hissetmez. Warp köpüğünün içindeki uzay (adeta cep evren) Einstein’ın alan denklemlerinin geçerli bir çözümüdür. Bu köpüğü oluşturan aşırı bükülmüş uzayın şiddetinden etkilenmez.

Warp motoru uzay gemisinin önündeki uzayı kumaş gibi büzer ve sıkıştırır. Arkasındaki uzayı da su damlası kuyruğu gibi uzatır. Böylece ortaya çıkan itiş gücü uzay gemisini içeren köpüğün geri kalan uzayda ışıktan hızlı gitmesini sağlar. Alcubierre warp sürüşünün özeti budur. Şimdi sınırlarına geçelim. Normalde kütle uzayı büker ve buna yerçekimi denir. Einstein’ın alan denklemlerinde bunu resimdeki gibi yazarız. Kısacası önce denkleme fiziksel açıdan mümkün olan bir kütle dağılımı koyarız. Güneş ve yörüngesinde dönen Dünya gibi. Sonra da Dünya’nın Güneş çevresinde nasıl döndüğüne bakarız.  Alcubierre ise denklemi tersten çözdü:

Önce ışıktan hızlı giden bir warp köpüğünün geometrisi nasıl olur diye düşündü. Sonra bunun için gereken madde–enerji dağılımını hesapladı. Bunu herhangi bir geometride yapabilirsiniz ama hemen tüm geometrilerde gerçek olamayacak kütle–enerji dağılımları çıkar. Bu yüzden görelilik teorisine enerji koşulları getiririz; yani gerçek evrende gördüğümüz kütle–enerji dağılımları için gereken enerji düzeylerini belirleriz. Alan denklemlerini bu sınırların içinde çözeriz. Aksi takdirde genel görelilik evrenimizi tanımlamaz. Alcubierre warp sürüşü de işte bu enerji koşullarını deliyor. Bunu nasıl çözeriz?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Warp motoru ile ışıktan hızlı yolculuk

Alcubierre daha baştan tasarladığı warp sürüşünün fizik yasalarını çiğnediğini belirtmişti. Kısaca Alcubierre motoru ancak negatif enerji yoğunluğuyla çalışabilir. Bu da kuantum köpük gibi atomaltı egzotik ortamlar hariç imkansızdır. Bazen warp sürüşü için negatif kütle gerektiği de söylenir ki buna egzotik madde deriz. Son olarak warp sürüşü için gereken egzotik maddeyi Jüpiter kütlesine indirmeyi başardık. Oysa evrende 1 gram egzotik madde olmadığı için Alcubierre motoru çalışmayacaktır.

İkincisi warp motoruyla ışık hızını aşacak orta boy bir uzay gemisi için gereken negatif enerji de evreni oluşturan büyük patlama enerjisinden büyüktür. Buna da şaşmamak lazım. Evreni oluşturan sıcak büyük patlamadan önce uzay belki de sonsuz enerjiyle ışıktan hızlı şişiyordu. Warp köpüğünün ışıktan hızlı gitmesi için gereken enerjinin büyük patlama enerjisinden fazla olmasına şaşmamak lazım. Bütün bu nedenlerle klasik warp sürüşüyle ışıktan hızlı yolculuk etmek mümkün değildir.

Diğer araştırmalar ise warp sürüşüyle ilgili yeni sorunlar buldu. Örneğin warp köpükleriyle manevra yapamazsınız. Abi, uzay gemisini sağa çeksene diyemezsiniz; çünkü warp köpüğü ile uzay gemisini barındıran içindeki uzay nedensel olarak birbirinden kopuktur. Işıktan hızlı giden bir warp köpüğünü içinde hiç hareket etmeyen bir gemiyle nasıl etkilersiniz? Hem de uzayı kara deliğin civarındaki gibi şiddetli bükecek kadar enerjik olan bir uzay köpüğünü hangi enerjiyle yönetebilirsiniz?

Warp taşıyıcı bandı

Bu zorluk fizikçi Sergey Krasnikov’un kendi adını verdiği Krasnikov Tüpüne esin kaynağı oldu ki bu da bir tür warp motorlu taşıyıcı banttır. Evet, şu fabrikalarda olanlardan… Bu sistemde uzay gemisi hangi gezegene gidecekse onu hedef belirlersiniz ve gemi hiç durmadan hedefine gidip geri döner. Gemiden inmek ve dışarıyla iletişim kurmak imkansız olduğu için bu da sınırlı manevra kabiliyeti olsa bile hiçbir işe yaramayan bir warp sürüşü yöntemidir. Yine de fizikçilerin yayınladığı iki yeni makale bilimkurgu severlere ümit verdi. Warp sürüşünü yerçekimi motoru (gravitik motor) olarak kullanmak:

İlgili yazı: Büyük Patlama Nerede Gerçekleşti?

 

Yerçekimi warp motoru nedir?

Isaac Asimov, 1982 tarihli Vakıf’ın Sınırı adlı bilimkurgu romanında (Apple TV için uyarlanan ünlü Vakıf romanları dizisi) gravitik gemilerden söz eder. Bunu göre uzay gemisinin warp motoru uzayı bükerek yerçekimi kuyuları yaratır. Gemi kuyudan kuyuya düşerek uzayda yol alır. Kısacası itiş gücü için yakıt harcamayan tepkisiz yerçekimi motorları (gravitik motorlar) kullanır.

Benzer bir motor EA’nın mayısta Remastered Sürümünü satışa sunacağı Mass Effect (Kütle Etkisi) video oyunu üçlemesindeki Normandiya firkateynlerinde vardır. Özellikle de Normandiya hayalet kipindeyken (mod yerine kip diyebilirsiniz)… İşte iki yeni bilimsel makalede ışıktan hızlı warp sürüşünden ziyade bu tekniği ele alıyorlar. Asimov’un kulakları çınlasın! Alexey Bobrick ve Gianni Martire, Einstein’ın alan denklemlerinin herhangi bir çözümüyle sınırlı olmayan genel bir warp motoru tasarladılar. Peki bu ne demek?

Alıntı yaparsak: “Warp sürücüleri eylemsizlikle hareket eden ve düz metrikli bir yolcu bölgesini saran pozitif veya negatif enerji maddesidir.” Bu sözleri çözmek için eylemsizliğe odaklanalım: Alcubierre ve diğer warp köpüklerini ışıktan hızlı gidecek kadar nasıl hızlandıracağımız belli değildir. Mesela Alcubierre warp köpüğünün ışıktan hızlı gittiğini varsayar ama hangi motorun ittiğini düşünmez bile!

Oysa 2002’de Jose Natario’nun belirttiği gibi uzayın bükülmesi ve genleşmesi Alcubierre’in denklemlerinde kullanmayı seçtiği warp alanının özelliklerine bağlıdır. Kısacası başka tür warp köpüğü yaparsak Alcubierre motorunun sınırlamalarından kurtuluruz. Natario, Bobrick ve Martire işte bu yüzden warp alanlarını uzayda potansiyel olarak ışıktan hızlı kayan köpükler olarak tasarlıyor.

Pratik warp motoru tasarlıyoruz

Buna karşın üçü de ışıktan hızlı gitmek için egzotik madde gerektiğini belirtiyor. Bildiğimiz madde ve enerjiyle warp köpüklerini hızlandırmanın yolu vardır ama ışık hızını aşmanın yolu yoktur. Ya köpüğün zaten ışıktan hızlı gitmesi gerekir ya da köpük ışıktan yavaş gidecektir. Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam, o zaman yeni makaleler neyi çözdü?” Alcubierre köpüğü itmenin yolunu göstermemişti. Artık ışık altı hızlarda nasıl iteceğimizi biliyoruz. Bu da pratik warp motoru yapmakta büyük ilerlemedir:

İlgili yazı: Büyük Patlama Nerede Gerçekleşti?

 

Yerçekimi motoruna geri gelelim

Öncelikle 1) Alcubierre warp köpüğü oluşturmanın yolunu gösterdi ve 2) biz de warp köpüğünü uzayda itmek için teorik çözümler geliştirmeye başladık. 3) Bunun için yukarıda anlattığım gibi uzayı bükerek yerçekimi kuyusu açan yıldız gemileri inşa etmeyi düşündük. Sorun şu ki Fransisco Lobo ve Matt Visser, yerçekimi kuyusu açmak için de muazzam miktarda negatif enerji gerektiğini gösterdiler. Öyleyse Erik Lents’in Soliton Warp Teorisine geçelim. Ne de olsa bu teori ışıktan hızlı yolculuk etmeye izin veren bir warp motoru yapmanın yollarını gösteriyor. Hem de egzotik madde ve negatif enerji olmadan!

Lentz, Einstein’ın akla gelmemiş birçok olasılık barındıran alan denklemlerine baktı ve önceki warp çalışmalarından farklı çözümleri inceledi.  Böylelikle warp alanını uzayda yol alan ama uzaydan yalıtılmış olan tekil bir dalga olarak tasarladı. Bu tür dalgalara soliton diyoruz. Warp köpüğünün hem sardığı uzay gemisi hem de dış uzaydan nedensel olarak kopuk olduğunu anımsayın. Nitekim önceki çalışmalarda warp köpüğü sadece ileri–geri hareket edebiliyordu. Örneğin Alcubierre sürüşünde köpük yatay eksende giderken egzotik madde köpüğü bir çember gibi sarıyordu.

Lentz ise solitona dikey dalgalanmalar olduğu taktirde pozitif enerjiyle ışıktan hızlı yolculuğun mümkün olduğunu gördü. Bu dikey dalgaları plazma halindeki aşırı sıcak madde sağlayabilirdi. Sonuçta plazma ısı enerjisi yayar ve maddeyle enerji yoğunluğunu değiştirir. Evrenin, uzayın genişlemesine yol açan karanlık enerji de yoğunluk farkları olarak etki eder. Öyleyse 4) Teorik açıdan da olsa pozitif enerjiyle ışıktan hızlı yolculuk eden warp motoru tasarladık. Peki bunun sınırlaması nedir? Bunun için bize Güneş kütlesinin onda biri kadar kütle gerekir; yani Dünya kütlesinin 3300, Jüpiter kütlesinin ~105 katı. 😮

Yine de sınırı var

Artık pozitif enerjiyle ışıktan hızlı giden bir warp köpüğü biliyoruz ama bu zaten ışıktan hızlı gidiyorsa mümkündür. Köpüğün ışık hızını aşmasını sağlamak ise imkansızdır. Buna karşın sevinin! Warp sürüşünü en azından ışık hızının üçte birine çıkan gravitik gemiler ve yerçekimi motorları geliştirmekte kullanabileceğimizi görüyoruz. Asimov gravitik gemileri 20 bin yıl sonra geliştireceğimizi öngörmüştü. Bu gidişle 150 yılda üretebiliriz.

Peki uzayı kara deliğe dönüştürmeden büken warp sürüş sistemi var mı? Onu da şimdi okuyabilir ve genel göreliliği hemen görebilirsiniz. Hızınızı alamayıp negatif enerjiyle zaman makinesi yapmanın 9 yolunu inceleyebilirsiniz. Neden ışıktan hızlı gidemeyeceğimiz ive ışık hızını neden ölçemediğimizi de hemen görebilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊

Warp sürüşü ve dünya dışı zeka

¹Introducing Physical Warp Drives
²Breaking the Warp Barrier: Hyper-Fast Solitons in Einstein-Maxwell-Plasma Theory
³Fundamental limitations on “warp drive” spacetimes