Albert Einstein speciális relativitáselmélete szerint semmilyen ismert objektum, amelynek tömege van, nem haladhat gyorsabban a vákuumbeli fénysebességnél, amely közel 300 ezer kilométer másodpercenként. Ez az egyik legfontosabb fizikai törvény, és hosszú ideje úgy tűnik, végleg kizárja a sci-fi filmekben látott valódi csillagközi utazás lehetőségét.

Einstein sebességhatára továbbra is érvényes

A legközelebbi csillagrendszer, az Alfa Centauri is több mint négy fényévre található, vagyis fénysebességgel is ennyi időre lenne szükség az odajutáshoz, a jelenlegi technológiánkkal pedig az út több tízezer évig tartana. Éppen ezért foglalkoztatja évtizedek óta a fizikusokat az az elképzelés, hogy vajon áthidalható-e ez az akadály úgy, hogy közben Einstein törvényeit sem sértjük meg?

Itt a kiskapu: nem az űrhajó mozogna gyorsabban, hanem maga a tér

A megoldás kulcsa nem az, hogy az űrhajó túllépné a fénysebességet. A relativitáselmélet szerint ugyanis maga a téridő képes tágulni, összehúzódni vagy torzulni tetszőleges sebességgel. Erre jó példa maga a világegyetem tágulása is.

Erik Lentz, a Göttingeni Egyetem kutatója egy olyan úgynevezett szoliton-megoldást dolgozott ki, amely egy stabil téridőhullámot hozna létre. Ez egyfajta térbuborékként működne, ugyanis az űrhajó előtt összezsugorítaná a teret, mögötte pedig kitágítaná azt, miközben maga a jármű végig nyugalomban maradna a buborékon belül.

A külső megfigyelő számára úgy tűnne, hogy az egész buborék a fénysebességnél gyorsabban halad, miközben maga az űrhajó helyileg továbbra sem sérti meg Einstein sebességhatárát.

A Star Trek ötlete ihlette a modern fizikát

A térhajtómű gondolata eredetileg nem a fizikusoktól származik, hanem a Star Trek tudományos-fantasztikus univerzumából származik, de 1994-ben Miguel Alcubierre mexikói fizikus kidolgozta az első komoly matematikai modellt, amely később Alcubierre-hajtómű néven vált ismertté.

Elmélete szerint a téridő megfelelő deformálásával létrehozható lenne egy olyan buborék, amely kívülről nézve a fénynél gyorsabban mozoghat. Az elképzelés azonban egy szinte megoldhatatlannak tűnő problémába ütközött.

A legnagyobb akadály sokáig a negatív energia volt

Az Alcubierre-féle modell működéséhez úgynevezett negatív energiára lett volna szükség. A modern fizika ugyan bizonyos kvantumjelenségeknél ismer apró negatív energiasűrűségeket, de senki sem tudja, hogyan lehetne ebből akkora mennyiséget előállítani, amely egy több száz méteres űrhajó mozgatásához elegendő lenne.

Egyes becslések szerint egy körülbelül 100 méteres térbuborék létrehozásához nagyjából a Jupiter tömege százszorosának megfelelő negatív energiára lenne szükség, ami jelenlegi ismereteink szerint teljesen elérhetetlen.

Az új elmélet egyik legnagyobb újdonsága

Lentz munkájának legfontosabb eredménye, hogy elmélete szerint negatív energia nélkül is létezhet térbuborék. Számításai alapján a téridő megfelelő geometriája lehetővé teheti úgynevezett pozitív energiájú szolitonok létrehozását, vagyis a hajtómű ismert fizikai törvényekkel is leírható lenne.

Hasonló következtetésre jutott 2021-ben Alexey Bobrick és Gianni Martire is, akik a térhajtóművek új osztályozását dolgozták ki. Kutatásuk szerint bizonyos – elsősorban fénysebesség alatti – térbuborékok kizárólag pozitív energiával is leírhatók. Ez azért jelentős előrelépés, mert a fizikusoknak többé nem kell teljesen ismeretlen egzotikus anyagokra építeniük az elképzeléseiket.

Az energiaigény azonban szinte felfoghatatlan

A pozitív energia azonban nem jelenti azt, hogy a probléma megoldódott. Lentz számításai szerint egy 100 méter sugarú űrhajó meghajtásához továbbra is a Jupiter tömegének több százszorosával egyenértékű energia kellene.

Ahhoz, hogy a rendszer egy modern atomreaktor teljesítményével működhessen, az energiaigényt mintegy 30 nagyságrenddel kellene csökkenteni. A kutató jelenleg éppen azt vizsgálja, hogyan lehetne ezt az elképesztő energiaigényt mérsékelni.

A fizikusok szerint további súlyos problémák állnak fenn

Az energia csupán az egyik akadály. A szakemberek szerint a térhajtóműnek számos más, egyelőre megoldatlan nehézséggel is szembe kellene néznie. Ilyen például az úgynevezett horizontprobléma. Egy fénysebességnél gyorsabban mozgó buborék első része ugyanis már kívül esne az űrhajó hatókörén, így a fedélzetről nem lehetne szabályozni vagy létrehozni a teljes tértorzulást.

Emellett továbbra sem ismert az, hogy hogyan lehetne elindítani a térbuborékot, vagy hogy miként lehetne irányítani. Ezenkívül az is rejtély, hogyan lehetne biztonságosan lefékezni, de azt sem tudjuk, hogyan lehetne stabilan fenntartani.

Friss kutatások szerint ráadásul a térmezők természetüknél fogva instabilak lehetnek, ami újabb komoly akadályt jelent. Több új tanulmány arra is jutott, hogy még a pozitív energiára épülő modellekben is megjelenhet kisebb mennyiségű negatív energia, így lehet, hogy ezt a követelményt végül nem lehet teljesen kiküszöbölni.

Egy másik meglepő probléma: a legénység teljesen magára maradna

Tegyük fel, hogy egyszer sikerül megépíteni egy közel fénysebességgel közlekedő űrhajót. A legénység ekkor egy egészen új problémával szembesülne, ugyanis megszakadna a kommunikáció a Földdel. A számítások szerint, ha az űrhajó folyamatosan egy földi gravitációnak megfelelő gyorsulással haladna, egy idő után a Földről küldött rádióüzenetek egyszerűen már nem tudnák utolérni.

A fedélzeten ráadásul az idő is lassabban telne a relativisztikus idődilatáció miatt. Az utasok saját órájuk szerint akár 20 év alatt elérhetnék a Tejútrendszer központját, miközben a Földön több tízezer év telne el. Elméletben a megfigyelhető univerzum peremét is elérhetnék számukra néhány évtized alatt, de odakint eközben évmilliárdok telnének el.

Az IFLScience szerint a kommunikációt a Doppler-effektus és a relativisztikus fényeltérés is tovább nehezítené, ezért egy ilyen, fénysebességnél gyorsabb küldetés gyakorlatilag teljesen önálló működést követelnének meg.

Ez is érdekelhet: Óriási marsi méhsejtre emlékeztető alakzatokat talált a NASA — újabb rejtély előtt állnak a kutatók

Csak elméletben kerültünk közelebb a fénysebességhez

A térhajtómű tehát ma még messze nem áll készen arra, hogy mérnökök megépítsék. A legújabb kutatások ugyan azt mutatják, hogy a korábban leküzdhetetlennek hitt fizikai akadályok közül néhány talán megkerülhető, de a gyakorlati megvalósítás továbbra is óriási technológiai kihívás.

A tudósok szerint azonban fontos előrelépés történt: a kérdés egyre kevésbé tartozik a tiszta tudományos fantasztikum világába, és egyre inkább olyan mérnöki problémává válik, amelyet talán egyszer, a távoli jövőben valóban meg lehet oldani.

Olvass tovább: a fekete lyuknál tapasztalt jelenség alapjaiban írhatja át a fizikát