Door op een bijzondere golf van de ruimtetijd te surfen, kan een raket sneller dan het licht reizen. Dit idee van een fysicus van de universiteit van Göttingen past ‘gewoon’ binnen de regels van de natuurkunde.
Sneller dan het licht reizen is vooralsnog alleen weggelegd voor de bemanning van de fictieve USS Enterprise, maar in de toekomst kan daar verandering in komen. Althans, dat hopen natuurkundigen die zoeken naar manieren om de snelheidslimiet in de kosmos te omzeilen. Hun ideeën leunen vooralsnog veelal op speculatieve natuurkunde zoals onbekende deeltjes en nieuwe vormen van energie.
Fysicus Erik Lentz laat die hypothetische zaken links liggen en richt zich op een eigenschap van een oude bekende van de natuurkunde: de ruimtetijd. Als die op de juiste manier golft, kan dat een warp drive veroorzaken.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Natuurkundigen weten dat de ruimtetijd bewegelijk is. Je kunt de ruimtetijd zien als de structuur van het heelal waarin alles zich bevindt. Als die structuur krom is, moet alles wat door de ruimte beweegt – zoals planeten, maar ook een lichtstraal die door de ruimte schiet – zich aan die kromming houden. Zware objecten zoals sterren en zwarte gaten kunnen de ruimte buigen. Maar daar blijft niet bij: omdat de ruimtetijd kan bewegen, kan er ook een golf doorheen trekken.
Stadionwave door de ruimte
Het soort golf dat een raket sneller dan het licht door de ruimte moet duwen, is een zogeheten soliton. Dit is een golf die eindeloos ver kan reizen met een constante snelheid, zonder ooit van vorm te veranderen. Als hij een andere solitongolf tegenkomt, verandert er niks aan de twee golven: ze gaan allebei op dezelfde manier verder. Je kunt het een beetje voorstellen als wanneer er twee waves door stadionpubliek trekken. Wanneer ze elkaar tegenkomen, trekken die allebei onverstoord verder door de mensenmassa.
Om een schip snel genoeg voort te stuwen, moet zo’n soliton razendsnel door de ruimte bewegen. Dat kan volgens de berekeningen van Lentz, die zijn onderzoek publiceerde in het wetenschappelijk blad Classical and Quantum Gravity. Maar om de ruimtetijd in de gewenste vorm te buigen, heb je wel enorm veel energie nodig.
‘Om een ruimteschip van 100 meter lang met de snelheid van het licht te laten reizen, vergt dat een energie die gelijkstaat aan honderden keren de massa van planeet Jupiter’, zegt hij. Daarbij gebruikt hij het feit dat een bepaalde massa een bepaalde hoeveelheid energie vertegenwoordigt, wat Einstein samenvatte in zijn formule E = mc2.
Gewone fysica
Een enorme berg energie, dus. Maar, stelt Lentz, dat is wel een bekende vorm van energie. Je hoeft geen nieuwe fysica in het leven te roepen om dit klusje te klaren. ‘Het opent de discussie over superluminale technieken die bouwen op gewone natuurkunde’, schrijft hij in zijn onderzoekspublicatie.
Bovendien zou ‘op’ de golf de tijd hetzelfde tikken als in de buitenwereld. Dat is bijzonder, omdat andere warp-drive-suggesties juist proberen de tijd van de reiziger te vertragen. In zo’n geval ervaart de reiziger dat zijn of haar tripje naar een volgende ster maar kort duurt, maar lijkt de reis voor buitenstaanders wel degelijk veel tijd te kosten. Omdat er bij de soliton-oplossing geen enorme zwaartekrachtseffecten zijn die de reiziger parten spelen, ontstaat dit probleem niet.
Natuurkundige Carlo Beenakker van de Universiteit Leiden noemt het idee van Lentz een ‘wormgat op wieltjes’. Het idee van een wormgat is dat je ergens in het heelal in zo’n gat kan duiken en in een mum van tijd een stuk verderop weer tevoorschijn komt. ‘Wormgaten zouden op bepaalde plekken in het heelal zitten. Als je er gebruik van zou willen maken, moet je er dus naartoe reizen. Dit idee oppert iets dat zelf door de ruimte heen beweegt’, aldus Beenakker.
Haalbaarheid
Lentz is behoorlijk optimistisch. ‘Dit werk verplaatst het probleem van sneller dan het licht reizen een stap van puur theoretisch onderzoek richting techniek’, zegt hij in een persverklaring. ‘De volgende stap is om uit te zoeken hoe we de enorme hoeveelheid energie die hiervoor nodig is kunnen terugbrengen naar iets dat binnen de huidige technologieën mogelijk is. Daarna kunnen we gaan praten over het bouwen van de eerste prototypes.’
‘Het is geen crackpot fysica’, onderstreept Beenakker. Het buigen van de ruimtetijd, zoals Lentz beschrijft, is daadwerkelijk mogelijk. ‘Het doel van dit soort onderzoek is om het gedrag van de ruimtetijd onder extreme omstandigheden te leren kennen. Je zoekt naar welke merkwaardige vervormingen in de ruimtetijd kunnen bestaan. In het voorbeeld van Lentz vervormt de ruimtetijd nog krachtiger dan in de buurt van een zwart gat. Uit zijn werk blijkt dat dat kan. De berekening is getoetst door experts, de wiskunde is in orde.’
Maar, zo stelt Beenakker, ‘de vraag wanneer kunnen we dit kunnen gebruiken, is vooralsnog zinloos. Het klopt: er is geen natuurwet die dit verbiedt. Maar het is niet alsof we nu weten hoe dit moet. Wie weet, over duizend jaar. Maar niet nu. Het is goede wiskundige fysica die inzicht biedt in de structuur van ruimte en tijd, verpakt in een leuk verhaal.’
Binnen de lijntjes
Toch noemt hij het werk een grote conceptuele sprong voorwaarts. ‘Tot nog toe had je voor een warp drive materie met negatieve zwaartekracht nodig. Dat wil zeggen: materie die geen aantrekkende kracht uitoefent op zijn omgeving, maar een afstotende. Dat idee is minder aantrekkelijk, want die materie kennen we niet. We weten niet of het bestaat.’
Lenzt weet daarentegen binnen de lijntjes van de bestaande natuurkunde te kleuren. ‘Prachtig’, vindt Beenakker. ‘Je kunt hem zijn enthousiasme moeilijk kwalijk nemen.’
