Warp Sürüşüyle Işıktan Hızlı Yolculuk Olur mu?

Lund Üniversitesi araştırmacıları warp sürüşüyle ışıktan hızlı yolculuk etmek için gereken warp köpüğü oluşturmakta kullanılacak ilk denklemleri yazdı. Einstein’ın genel görelilik teorisinin Alcubierre warp sürüşü çözümünü araştıran bilim insanları ilk kez gerçek uzayda warp köpüğü oluşturmak için gereken fizik denklemlerini yazdılar. Peki ışıktan hızlı gitmek gerçekten imkansız mı ve warp sürüşüyle ışıktan hızlı yolculuk etmek mümkün mü?

Evreni warp sürüşüyle keşfetmek

Bilim yazarı ve öğretim görevlisi olmadan önce ben de birçokları gibi bilimkurgu romanları okuyup bilimkurgu filmleri izleyerek fiziğe ilgi duydum: Uzay Yolu’ndaki warp sürüşüyle ışıktan hızlı yolculuk ve ışınlanma, Yıldız Geçidi SG-1 dizisinde solucandelikleri, zaman makineleri… Bütün bunlar heyecan verici konular ama bilimkurgunun bir dezavantajı var. Anlatılanlar gerçek değil veya henüz gerçek değil. Yıldız Gemisi Atılgan’ın ışık hızını aşmadan ışıktan hızlı yolculuk etmesini sağlayan warp sürüşü de buna dahil:

Miguel Alcubierre tarafından 1994’te Einstein’ın görelilik teorisinin bir çözümü olarak geliştirilen warp sürüşünde uzay gemisinin önündeki uzayı büker ve arkasındaki uzayı genişletirsiniz. Bu tür bir warp köpüğü de ışık hızını aşmadan ışıktan hızlı yolculuk etmenize izin verir. Ne de olsa uzayın içinde hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez ama uzayın ışıktan hızlı bükülmesi, genişlemesi ve bükülmesi mümkündür.

Warp sürüşünü şimdilik bilimkurgunun alanına sokan kısıtlama ise ışıktan hızlı yolculuk meselesi: Fizikçi Alcubierre warp sürüşüyle ışıktan hızlı yolculuk edebileceğimizi varsaydı ve uzayı ışıktan hızlı bükebileceğimizi gösterdi ama uzay gemisini saran warp köpüğünü ışıktan hızlı olarak uzayda nasıl iteceğimizi göstermedi. Köpük kendi kendini itebilir mi? Peki köpüğü dışarıdan itmek mümkün mü? Sahi warp köpüğü nasıl oluşur? Şimdi bu soruların yanıtını göreceğiz; çünkü fizikçi Alexey Bobrick ve Gianni Martire warp sürüşüyle ilgili yeni bir makale yazdılar: Warp sürüşü nedir ve nasıl çalışır?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Warp sürüşü nedir?

Bilimkurgu literatüründe warp sürüşü uzay-zamanı bükerek, yani şeklini değiştirerek ışıktan hızlı yolculuk etmenizi sağlayan bir teknolojidir. Dediğim gibi uzayı bükmekte ışık hızı sınırı yoktur. Hatta gözlemlenebilir evreni oluşturan sıcak büyük patlamadan önce evrenin kısa süre için ışıktan hızlı genişlediğini düşünüyoruz. Burada doğru bilinen iki yanlışa dikkat çekmek istiyorum:

1) Görelilik teorisi ışıktan hızlı hareketi yasaklamıyor. Hatta ışıktan hızlı yolculuğun zaman paradokslarına yol açması da şart değildir (ayrıca yazacağım). Yasak olan şey ışıktan yavaş giden bir şeyin ışıktan hızlı gitmesinin imkansız olmasıdır. Örneğin ışıktan hızlı giden teorik takyon parçacıkları var diyelim. Bunlar ışıktan iki kat hızlı gidiyorsa üç kat hızlı da gidebilir. Hatta ışıktan hızlı giden bir parçacığın ışık hızının altına düşmesi de mümkündür. Einstein sadece ışıktan yavaş giden bir parçacığı ışık hızını aşana kadar nasıl hızlandıracağımı bilmiyorum demiştir. Aynı şey warp sürüşü için de geçerli.

2) Warp sürüşü uzay-zamanı bükerek hızlanmak demektir ama warp sürüşü otomatik olarak ışık hızını aşmanızı sağlamaz. Ünlü bilimkurgu yazarı Isaac Asimov’un 20 bin 500 yıl sonra geçen 1982 tarihli Vakıf’ın Sınırı romanında anlattığı gravitik yıldız gemisi teknolojisinde olduğu gibi roketin önünde uzayı sürekli büken yerçekimi çukurları açarak ve geminin devamlı bu çukurların içine düşmesini sağlayarak saniyede 20-30 bin km hıza erişmesini sağlamak mümkündür. Benzer bir teknoloji Mass Effect video oyunundaki kütle ileticilerinde kullanılmaktadır. Kısacası ışıktan yavaş giden warp sürüşü de vardır.

Warp sürüşüyle ışık hızını aşmak

Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam, biz ışıktan hızlı warp sürüşünü merak ediyoruz.” İyi ama uzayı büken bir gemiyi ışıktan yavaş da olsa nasıl hızlandıracağınızı bilmeden ışık hızını aşmasını nasıl sağlayacaksınız? Alcubierre’in bırakın ışıktan hızlı yolculuğu, warp köpüğünü teorik olarak nasıl hızlandıracağına dair en ufak fikri yoktu. Teorik bir çözüm bile geliştiremedi. Oysa 25 Ocak 2021’de Bobrick ve Martire yeni makalesinde warp köpüğünü hızlandırmanın bir yolunu buldular. 😉

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

 

Warp sürüşüyle görelilik teorisi

Hızlandırma konusunu çözememiş olsa da warp sürüşüyle uzay-zamanın nasıl büküleceğini teorik olarak gösteren ilk kişi Miguel Alcubierre’dir. Bunun için uzay gemisinin önündeki uzayı büker ve arkasındaki uzayı genişletirsiniz ama size negatif enerji gerekir ki evrende negatif enerji yoktur. Evrenin genişlemesine neden olan karanlık enerji negatif enerji gibi davranır ama karanlık enerjinin tamamı evreni genişletmekte kullanılır. Karanlık enerjiden artan bir şey olmadığından boş uzaydan negatif enerji çekip warp sürüşünde kullanmak imkansızdır.

Warp köpüğünü hızlandırma problemini anlamak için de Einstein’ın alan denklemlerine bakalım. Kafanızın karışmaması için Grek işaretlerini görmezden gelin; çünkü bunlar sadece görelilik teorisindeki her uzay-zaman yön kombinezonunun kendi denklemiyle çözümlenebileceğini gösterir. Önemli olan denklemin solundaki R’lerdir. Bunlar uzay-zamanın bükülme niceliğini gösterir, yani ne ölçüde büküldüğünü hesaplamakta kullanılan parametrelerdir.

Denklemin sağında ise T var ki bu da gerilme-enerji tansörüdür. Bildiğiniz gibi kütle (denklemin sağı) uzayı büker. Bükülen uzay da (denklemin solu) kütleye uzayda nasıl gideceğini gösterir. Kütle enerjiden türediği, yani enerjiye denk olduğu için gerilme-enerji tansörü Einstein’ın alan denklemindeki tüm kütle ve enerji yoğunluklarının ölçüsüdür. Buna basınç ve momentum akışı da buna dahildir.

Basıncı pozitif basınç (yüksek ve alçak basınç, yani madde yoğunluğu arasındaki farklar) ve momentum akışını da momentum transferi olarak düşünebilirsiniz: Kütleli bir otomobil ya da elektronun duvara çarpması ya da kütlesiz fotonun momentum aktarımıyla ışık yelkenini itmesi, hatta ışıktan yaratılan kara delik kugelblitz’te olduğu gibi bizzat enerjinin uzaya bükmesi hep sağdaki T ile gösterilir.

Warp sürüşüyle uzayı bükmek

Öyleyse kütle uzayı büker demek farklı enerji türlerinin dağılımı uzayı belirli şekillerde büker demektir. Bükülen uzay kütleye yol gösterir ne demektir? Bu uzayın bükülme şekliyle ölçüsü de farklı enerji türlerinin uzaya nasıl dağılacağını gösterir demektir. Dolayısıyla fizikçiler genel göreliliği çözerken belirli bir kütle-enerji kombinezonun uzaydaki dağılımını gösteren denklemleri çözerler. Warp sürüşü de genel göreliliğin bir çözümüdür. Peki bu ışıktan hızlı gitmenizi sağlayacak bir marifet midir?

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Warp sürüşüyle itiş sağlamak

Kolaylık olsun diye denklemin solu uzay dedim. Oysa denklemin iki yanını birlikte düşünürseniz göreceğiniz gibi bu aslında uzay-zamandır. Biz de Einstein’ın alan denklemlerini çözerken soldan başlarız. Güneş sistemindeki gezegenlerin kütlesinin gezegenler arası uzayı nasıl büktüğü gibi bir uzay-zaman değeri alır, yani mevcut uzay-zamanı alır ve uzaydaki kütle-enerji dağılımını hesaplarız. Kısacası gözlemlerle uzay-zamanı ölçer ve bunu bükecek gezegenleri hesaplarız.

Alcubierre warp sürüşü sadece uzay zamanı su damlası ve warp köpüğü şeklinde bükebileceğimizi gösterir. Buna karşın gerçek uzayı nasıl bükebileceğimizi göstermez. Bu teoride 3 sorun vardır: 1) Uzayı var olmayan negatif enerjiyle bükmeniz gerekir. 2) Büyük miktarda negatif enerji gerekir ve 3) enerji korunmaz. Sonuçta uzay-zamanı bükmek için gereken negatif enerji evrenin dışından gelecektir, yani yoktan enerji oluşacaktır. Haydi bunu yaptınız diyelim. Gemiyi saran warp köpüğünü nasıl iteceksiniz? Köpük kendi kendini itiyorsa yine yoktan enerji yaratmış olacaktır.

Neden derseniz gemiyi köpüğün içinde klasik bir roketle iterseniz roket köpüğün ön duvarına çarpar ve aşırı bükülmüş uzayda parçalanarak yok olur. Bu durumda warp köpüğünü dışarıdan itmek gerekir ama dışarıdan iterseniz ışıktan hızlı itemezsiniz; çünkü ancak uzay ışıktan hızlı bükülebilir. Bu durumda köpüğün kendini itmesi gerekir. Bu da yelkenli geminin içine vantilatör koyup gemiyi itmek gitmektir. Bu enerjinin korunumu ve termodinamiğe aykırıdır. Kendinizi itmeyi deneyin. 😉 Bobrick ve Martiere warp sürüşüyse gerçek uzayı köpük şeklinde nasıl bükeceğimizi gösteriyor. Bu yüzden de ilk gerçek warp teorisidir. Peki uzayı nasıl bükersiniz?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Warp köpüğü nasıl yaratılır?

Yeni teoride warp köpüğü bir su damlası şeklindedir. İç kısmına yolcu bölümü denir (siyah bölge). Burası dış uzay gibi düzdür. İçinde normal uzaydaki gibi hareket edersiniz. Köpüğün duvarı (warp kalkanı) kara deliğin olay ufku gibi uzay-zamanın aşırı büküldüğü bir bölgedir. Gelgit etkisiyle parçalanmamak için buraya dokunmak istemezsiniz. Alcubierre işte bu duvarın negatif enerjiyle büküleceğini varsaymıştır. Köpüğün kuyruğu ise asimptotik olarak düzleşen bir su damlasına benzer. Burası bükülen uzay-zamanın arkada genleşip düzleşerek normal uzay-zamana dönüşmesini gösterir.

Öyle ki warp köpüğünün vatoz benzeri kuyruğu sonsuza dek düzleşir. Oysa asla bükülme ölçüsü 0 olmaz, yani dümdüz olmaz. Hep 0’a yaklaşır. Asimptotikten kastımız budur. Bakın burası önemli: Bobrick ve Martiere warp köpüğünün normal uzayla nasıl temas edeceğini göstermeyi başardılar! Geminin önünde uzayı büküyorsunuz ve arkasında uzayı düzleştirip eski haline getiriyorsunuz. Bu da bir geminin suyu yarması gibi oluyor. Alcubierre bunu herhangi bir uzay zamanda nasıl yapacağımızı gösterdi.

Özetle bize uzayı bükmek için bir alet takımı tasarladı. Bobrick ve Martiere de bu takımı kullanarak gerçek uzayı nasıl bükeceğimizi gösterdiler. Dahası uzay-zamanı normal enerjiyle bükerek ışıktan yavaş giden (gravitik) bir warp köpüğü yapmak mümkündür. Gelecekte bununla ışık hızının onda biriyle giden uzay gemileri geliştirmek mümkün olacaktır. Diğer yandan ışıktan hızlı yolculuk için maalesef negatif enerji gerekir. Yeni teorinin en güzel yanı ise warp köpüğünü normal enerjiyle gerçek uzayda nasıl bükebileceğimizi göstermesidir. Bu warp sürüşü için iyi bir başlangıç ki devamına gelince:

Warp köpüğü vatoza benziyor

Yeni teoriye göre warp köpüğünü su damlası gibi değil de vatoz balığı gibi geniş ve yassı yaparsınız. Böylece yolcuları yan yana oturtursanız daha az enerjiyle daha hızlı giden bir gemi üretirsiniz. Peki ışıktan hızlı yolculuk için negatif enerji şart mı? Şartsa evrende negatif enerji üretmek gerçekten imkansız mı? Genel görelilik teorisi uyarınca iki sorunun yanıtı da evet. Oysa bu teorinin büyük patlamadaki yüksek enerjide ve kara deliklerin merkezindeki tekillikte bozulduğunu biliyoruz:

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

 

Warp sürüşüyle büyük patlama

Örneğin sıcak büyük patlamadan önce evrenin ışıktan hızlı şiştiği soğuk büyük patlama vardı. O anda evrene inflaton kuantum alanı hakimdi ki bu alan negatif enerjiden oluşuyordu. Hatta bugün evrenin hızlanarak genişlemesinden sorumlu olan ve yine negatif enerjiden oluşan karanlık enerji de inflaton alanının değişim geçirmiş bir kalıntısı gibidir! 😮 Belki de negatif enerji göreliliğin geçersiz olduğu yüksek enerji, yoğunluk, basınç, sıcaklık ve aşırı şiddetli yerçekimi alanlarında ortaya çıkıyordur.

O zaman görelilikte negatif enerjinin yasak olması engel teşkil etmez. Evreni genel görelilikten daha kapsamlı bir teoriyle, örneğin kuantum kütleçekim kuramıyla açıklarsanız negatif enerji üretmenin bir yolunu bulabilirsiniz. Sorun şudur: Evren, evreni yok etmeden, uzayda negatif enerji üretmenize izin veriyor mu? Veriyorsa gelecekte ışıktan hızlı yolculuk etme şansımız olacaktır ama izin vermeyebilir.

Warp sürüşüyle herkes nerede?

Uzaylılar varsa neden Taksim meydanına inip bizi liderine götür demediler? Işıktan hızlı yolculuk mümkünse dünya dışı uygarlıkların çoktan bizimle temas kurması gerekirdi. Belki de fizik yasalarının işlemesi için negatif enerji ve ışıktan hızlı yolculuğun imkansız olmalıdır. Belki de evrenin nedenselliği ihlal etmeyerek anlamlı olması için bu yasak gerekiyor. Oysa ışıktan hızlı giden parçacıkların zaman paradoksuna yol açmadığını söylemiştim değil mi? Gelecek yazıda anlatacağım.

Öyleyse siz de Işık Hızını Neden Ölçemezsiniz? yazısını okuyabilir, Işıktan Hızlı Yolculuk İçin Yeni Solucandeliği Teorisine bakabilir ve ışık hızına yaklaşırken boyunuzun neden kısaldığını görebilirsiniz. Işık Hızının Yüzde 99’una Ulaşan Sarmal Motora göz atarak ışıktan hızlı giden parçacıkları araştırabilirsiniz. Bu hafta sonu da bilimle kalın, sağlıcakla kalın. 🙂

Warp sürüşüyle diğer roketler

¹Introducing physical warp drives
²The Alcubierre Warp Drive: On the Matter of Matter
³Curvature Invariants for the Alcubierre and Natário Warp Drives