ალკუბიერეს ძრავა

ალკუბიერეს ძრავა ან ალკუბიერეს მეტრიკა (შეეხება მეტრიკულ ტენზორს) — თეორიული იდეა, რომელიც დაფუძნებულია აინშტაინის ველის განტოლებებზე და რომელიც შემოთავაზებულია მექსიკელი ფიზიკოს-თეორეტიკოსის მიგელ ალკუბიერეს მიერ. ამ მოსაზრების თანახმად, ნეგატიური მასის არსებობის შემთხვევაში, შესაძლებელი იქნებოდა სინათლეზე სწრაფად მოძრაობა. იმის მაგივრად, რომ კოსმოსურმა ხომალდმა განავითაროს სინათლეზე მეტი სისწრაფე ათვლის ადგილობრივ სისტემაში, ხომალდი დაფარავს მანძილს მის წინ სივრცის შეკუმშვით, ხოლო მის უკან სივრცის გაფართოებით, რაც გამოიწვევს სინათლეზე სწრაფ მოძრაობას.

საერთოდ, ნორმალური დრო-სივრცის პირობებში ობიექტებს არ შეუძლიათ სინათლის სისწრაფემდე აჩქარება, ამის მაგივრად ობიექტის გარშემო არსებული სივრცე ისე გადაადგილდება რომ ეს ობიექტი დანიშნულების ადგილას ჩავა უფრო მალე, ვიდრე სინათლე ნორმალური სივრცის შემთხვევაში. ალკუბიერეს მიერ შემოთავაზებული საზომი მათემატიკურად ეთანხმება აინშტაინის ველის განტოლებებს, მაგრამ ეს მაინცდამაინც არ ნიშნავს, რომ ეს საზომი ფიზიკურად შესაძლებელია ან ასეთი ძრავა სინამდვილეში შეიძლება აგებულ იქნეს. შემოთავაზებული მექანიზმი ითვალისწინებს ენერგიის უარყოფით სიმკვრივეს და შესაბამისად ითხოვს ეგზოტიკურ მატერიას. თუმცა არ არსებობს არავითარი მტკიცებულება, რომ ასეთი მატერია არსებობს, მაგრამ ზოგიერთი თეორიული მოდელი (რომლებიც განსხვავდებიან სტანდარტული მოდელისგან) მოითხოვს ასეთი მატერიის არსებობას.

ისტორია
1994 წელს მიგელ ალკუბიერემ შემოგვთავაზა მეთოდი,რომელიც შეეხებოდა სივრცის გეომეტრიის შეცვლას ტალღის შექმნის გზით და რომელიც კოსმოსური ხომალდის წინ სივრცეს შეკუმშავდა, ხოლო უკან კი გააიშვიათებდა. ეს ხომალდი შემდგომ აამოძრავებდა ამ ტალღას ბრტყელი სივრცის შიგნით, რომელსაც გამრუდებული ბუშტი ეწოდება და არ იმოძრავებდა ამ ბუშტის შიგნით, ამის ნაცვლად რეგიონი თვითონ გადაადგილდება.

ალკუბიერეს მეტრიკა
ალკუბიერეს მეტრიკა განსაზღვრავს გამრუდებული ძრავის დრო-სივრცეს. ეს არის ლორენცისეული მრავალფეროვნება, რომელიც თუ ფარდობითობის ზოგადი თეორიით იქნება ინტერპრეტირებული, საშუალებას მისცემს გამრუდებულ ბუშტს გამოჩნდეს ადრე ბრტყელ დრო-სივრცეში და იმოძრაოს სინათლეზე სწრაფად. ბუშტის შიგნით მყოფი ადამიანი არ იგრძნობს არავითარ ინერციალურ ეფექტებს. პროპულსიის ეს მეთოდი გამრუდებული ბუშტის მიმართ სინათლეზე სწრაფ მოძრაობას არ გულისხმობს. ეს ნიშნავს, რომ ამ ბუშტის შიგნით სინათლის სხივი უფრო სწრაფად იმოძრავებს ვიდრე ხომალდი. რადგან ობიექტები ბუშტის შიგნით არ მოძრაობენ (ლოკალურად) სინათლეზე სწრაფად. ალკუბიერეს მეტრიკის მათემატიკური ფორმულირება არ ეწინააღმდეგება ფარდობითობის თეორიის მტკიცებულებებს, კერძოდ კი იმას, რომ არცერთ ობიექტს რომელსაც აქვს მასა არ შეუძლია სინათლის სისწრაფის ან მეტის განვითარება. რაც შეეხება რელატივისტურ ეფექტებს, კერძოდ დროის შეყოვნებას, მას არ ექნება არავითარი შეხება ამ სახის მოძრაობასთან, რადგან ეს ეფექტი ვლინდება მხოლოდ სინათლესთან მიახლოებული სიჩქარის შემთხვევაში.

ალკუბიერეს ძრავა რჩება მხოლოდ კონცეფციად, რომელსაც როგორც ჩანს გადაუჭრელი პრობლემები ეღობება წინ: იმ რაოდენობის ენერგია, რაც საჭიროა ამ მიზნისათვის მეტად ძნელი მოსაპოვებელი იქნება, არ არის ცნობილი არც გამრუდებული ბუშტის შექმნის და არც მისი დატოვების მეთოდი როცა კოსმოსური ხომალდი მიაღწევს დანიშნულების ადგილს.

ალკუბიერეს ძრავის მათემატიკა
ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ფორმალიზმის გამოყენებით სივრცე-დრო აღიწერება ჰიპერზედაპირების სივრცის მსგავსი შრეების საშუალებით დროის მუდმივი კოორდინატით. იმ მეტრიკის ზოგადი ფორმა რომელიც აღიწერება ამ ფორმალიზმის ფარგლებში არის:
^2 = -\(\^2- \_ \^\)\,^2+2 \_ \,^\, + \_{}\,^\,^
სადაც:
\ არის გაშვებული ფუნქცია რომელიც გვაძლევს მართებულ დროებს შორის ინტერვალს მეზობელ ჰიპერზედაპირებს შორის,
\^ არის წანაცვლების ვექტორი, რომელიც ეხება სხვადასხვა ჰიპერზედაპირების სივრცულ კოორდინატებს
\_{} არის დადებითი განსაზრვრული მეტრიკა ყოველ ჰიპერზედაპირზე.
კერძო ფორმა რომელიც ალკუბიერემ შეისწავლა

ფიზიკა
იმათთვის ვისთვისაც ნაცნობია ფარდობითობის თეორიის ისეთი ეფექტები, როგორიცაა ლორენცისეული შემოკლებები და დროის დაყოვნება ალკუბიერეს მეტრიკა წარმოადგენს ძალიან თავისებურ მოვლენას. კერძოდ, ალკუბიერემ აჩვენა, რომ თვით მაშინაც კი როდესაც კოსმოსური ხომალდი აჩქარდება ის მიჰყვება გეოდეზიურ ხაზებს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როდესაც ხომალდი მოძრაობს გამრუდებული ბუშტით, ის ყოველთვის თავისუფალ ვარდნაშია და ხომალდის ეკიპაჟი არ განიცდის არავითარ გადატვირთვებს. სამაგიეროდ უძლიერესი მოქცევითი ძალები იქნება ბრტყელი სივრცის კიდეებზე სივრცის უდიდესი გამრუდების შედეგად, მაგრამ ეს ძალები არსებითად უმნიშვნელო იქნებიან იმ ადგილას, რომელსაც თვითონ ხომალდი დაიკავებს. რადგან შეკუმშვა და გაიშვიათება სინამდვილეში ეხება კატეგორიის ახლომყოფი წევრების შეფარდებით მოძრაობას.

ფარდობითობის ზოგად თეორიაში ხშირად ადამიანი თავდაპირველად განსაზღვრავს მატერიის და ენერგიის დამაჯერებელ განაწილებას და შემდეგ პოულობს დრო-სივრცის შესაფერის გეომეტრიას. თუმცა ასევე შესაძლებელია აინშტაინის ველის განტოლებების გამოყენებაც რომლის შემთხვევაში ჯერ ზუსტდება მეტრიკა და შემდეგ პოულობენ ენერგია-იმპულსის ტენზორს, სწორედ ასე მოიქცა ალკუბიერე მისი მეტრიკის აგების დროს. ეს პრაქტიკა ნიშნავს იმას, რომ ამ ამოცანის გადაწყვეტას შეუძლია დაარღვიოს სხვადასხვა ენერგეტიკული პირობები და მოითხოვოს ეგზოტიკური მატერიის არსებობა. ამ სახის მატერიის საჭიროებას მივყავართ იმ საკითხამდე, შესაძლებელია თუ არა იმ მეთოდის გამოძებნა, რომელიც შეგვაძლებინებს ამ მატერიის განაწილებას იმ საწყის დრო-სივრცეში, რომელსაც თავდაპირველად არ აქვს გამრუდებული ბუშტი და რომელიც მოგვიანებით შეიქმნება. თუმცა არის სხვა პრობლემაც, კერძოდ სერგეი კრასნიკოვის, მიხედვით შეუძლებელი იქნება გამრუდებული ბუშტის შექმნა იმ შესაძლებლობის გარეშე რომ ვაიძულოთ ეგზოტიკური მატერია ლოკალურად იმოძრაოს სინათლეზე სწრაფად რომელსაც თავის მხრივ დასჭირდება ტაქიონების არსებობა. შემოთავაზებულ იქნა გარკვეული მეთოდები თუ როგორ ავარდოთ თავი ტაქიონების მოძრაობის საჭიროებას, მაგრამ ისინი სავარაუდოდ წარმოშობენ შიშველ სინგულარობას ბუშტის წინ.

სიძნელეები
ამ სახის მეტრიკასთან დაკავშირებული პრობლემები გამომდინარეობს იმ ფაქტიდან ყველა ის თეორია რომელიც ეხება გამრუდებული ძრავის სივრცეს არღვევს სხვადასხვა ენერგეტიკულ პირობებს. თუმცა არსებობს ზოგიერთი ექსპერიმენტულად დადასტურებული კვანტური ფენომენი, მაგალითად კაზიმირის ეფექტი, რომელსაც როდესაც იგი აღიწერება კვანტური ველის თეორიის ფარგლებში მივყავართ სტრეს-ენერგიის ტენზორებამდე რომელთაც ასევე შეუძლიათ ენერგეტიკული მდგომარეობების დარღვევა რაც მაგალითად უარყოფით მასა-ენერგიაში გამოიხატება. გამომდინარე აქედან, ალკუბიერეს ძრავა შეიძლება აგებულ იქნეს ასეთი სახის კვანტური ეფექტებიდან გამომდინარე.

ენერგია-მასის მოთხოვნები
გარკვეული სახის კვანტური უტოლობების თანახმად, რომლებიც შემოთავაზებულ იქნა ლ.ჰ. ფორდის და ა.ტ. რომანის მიერ უაღრესად დიდი რაოდენობის ენერგიაა საჭირო გამრუდებული ძრავებისათვის. მაგალითად, იმისათვის რომ შედარებით პატარა ზომის კოსმოსური ხომალდი ვამოძრაოთ ჩვენი გალაქტიკის მასშტაბებით საჭირო იქნება 1064 კგ მასის ექვივალენტური ენერგია, ეს კი მთელი რიგით მეტია ვიდრე მთელი სამყაროს მასა. თუმცა შეიძლება ამის საწინააღმდეგო კონტრარგუმენტებიც იქნეს შემოთავაზებული. მან შეძლო პატარა ატომების გადაადგილებისათვის საჭირო ენერგიის რაოდენობა ჩამოეყვანა მზის სისტემის მასის ექვივალენტურ ენერგიამდე, საამისოდ საჭირო გახდა ძრავის მიერ გადაადგილებადი „ბუშტის “ 3+1 განზომილებიანი ზედაპირის შეკუმშვა და ამავდროულად ბუშტის შიგნით არსებული სამგანზომილებიანი სივრცის გაფართოება. მოგვიანებით, სერგეი კრასნიკოვმა ცოტათი შეცვალა ვან დენ ბრუკის მეტრიკა და საჭირო ნეგატიური ენერგიის რაოდენობა შეამცირა რამდენიმე მილიგრამამდე.

2012 წელს, ფიზიკოსმა ჰაროლდ უაიტმა და მისმა თანამშრომლებმა გამოაცხადეს, რომ ეგზოტიკური მატერიის გეომეტრიის შეცვლით შესაძლებელია მასა-ენერგიის რაოდენობის შემცირება იუპირეტის მასიდან „ვოიაჯერ-1“ (700 კგ) და განაცხადეს რომ მათი მიზანია მცირე ზომის ცდას ჩატარება გამრუდებული ველების შესაქმნელად. ამას გარდა, თუკი გამრუდებული სივრცის ინტენსიურობა შეიძლება დროთა განმავლობაში ირხეოდეს მაშინ საჭირო ენერგიის რაოდენობა კიდევ უფრო შემცირდება.

გადარჩენა ბუშტის შიგნით
ხოზე ნატარიო 2002 წელს გამოქვეყნებულ მის ნაშრომში ამტკიცებდა რომ კოსმოსურ ხომალდს არ შეეძლებოდა სიგნალების გაგზავნა ბუშტის წინ, ეს კი იმას ნიშნავს რომ ეკიპაჟის წევრებს არ შეეძლებათ ხომალდის მართვა-მოხვევა და გაჩერება.

უფრო მოგვიანებით კარლოს ბარსელომ, სტეფანო ფინაციმ და სტეფანო ლიბერატიმ გამოიყენეს კვანტური თეორია იმის საჩვენებლად რომ ალკუბიერეს ძრავა სინათლეზე სწრაფად სამოძრაოდ შეუძლებელია, ძირითადში იმიტომ რომ ჰოკინგის გამოსხივების მიერ გამოწვეული უკიდურესად მაღალი ტემპერატურა ბუშტის შიგნით გაანადგურებდა ყველაფერს ზესინათლის სიჩქარით მოძრაობისას და აგრეთვე გამოიწვევდა თავად ბუშტის არასტაბილურობას. ეს პრობლემები არ წარმოიშვება იმ შემთხვევაში, თუკი ბუშტი იმოძრავებს ქვესინათლის სიჩქარით, მაგრამ ეგზოტიკური მატერია მაინც საჭიროა ბუშტის მუშაობისთვის ამ შემთხვევაშიც კი.

დამაზიანებელი ეფექტები დანიშნულების ადგილას მიღწევისას
ბრენდონ მაკმონიგალმა, ჯერაინტ ლუისმა და ფიპიპ ო’ბირნმა ივარაუდეს რომ როდესაც ალკუბიერეს ძრავით მოძრავი ხომალდი ზესინათლის სიჩქარიდან დაამუხრუჭებს ის ნაწილაკები რომლებიც ხომალდმა დააგროვა გათავისუფლდებიან ძლიერ ენერგეტიკული ანთებების სახით. კერძოდ, ბუშტის წინ მყოფი ნაწილაკების შემთხვევაში წარმოქმნილი ანთების ენერგია საკმარისი იქნება რომ ხომალდის დანიშნულების ადგილას ყველაფერი გაანადგუროს.

კედლის სისქე
გაცილებით უფრო დიდი სიძნელეები წარმოიშვება ამ სახის პროპულსიისთვის საჭირო ეგზოტიკური მატერიის რაოდენობასთან დაკავშირებით. პფენინგის და ალენ ევერეტის თანახმად იმ გამრუდებული ბუშტს რომელიც სინათლეზე ათჯერ სწრაფად იმოძრავებს კედლების სისქე უნდა ჰქონდეს არაუმეტეს 10−32 მეტრისა. ეს პლანკის სიგრძესთან ახლოსაა რომელიც 1.6 × 10−35 მეტრს შეადგენს. ის ბუშტი რომელიც 200 მეტრი ზომის მაკროსკოპულ ხომალდს დაიტევდა მოითხოვდა იმდენ ენერგიას რომელიც დაკვირვებადი სამყაროს მასაზე 10 მილიარდჯერ მეტი იქნებოდა. ეგზოტიკური მატერიის გაჭიმვა უკიდურესაც თხელ, 10−32 სისქის ლენტად მიჩნეულია არაპრაქტიკულ საქმედ. მსგავსი შეზღუდველი ეხება აგრეთვე კრასნიკოვის ზესინათლის მაგისტრალსაც. ცოტა ხნის წინ კრის ვან დენ ბრუკმა შემოიღო ალკუბიერეს მოდელის მოდიფიცირებული ვარიანტი. მას გაცილებით ნაკლები ეგზოტიკური მატერია სჭირდება, მაგრამ იგი მოითხოვს ხომალდის მოთავსებას გამრუდებულ დრო-სივრცის „ბოთლში“ რომლის ყელი 10−32 მეტრის ზომის იქნება. ეგრეთ წოდებული კოსმოსური სიმები, რომლებიც წარმოდგენილნი არიან ზოგიერთ კოსმოლოგიურ მოდელში შეიცავენ ენერგიის მეტად დიდ სიმკვრივეს გრძელ, ვიწრო ხაზებში მაგრამ ფიზიკურად ყველა შესაძლებელ კოსმოსურ სიმს აქვს ენერგიის დადებითი სიმკვრივე (დრო-სივრცის გამრუდების დადებითი ეფექტები). ეს შედეგები გვიჩვენებს რომ ძალიან არარეალურია რომ ვინმეს შეეძლოს ალკუბიერეს გამრუდებული ძრავის შექმნა კვანტური ეფექტების მიერ გამოწვეული ეგზოტიკური მატერიის გამოყენებით.

ექსპერიმენტები
2012 წელს ნასას ლაბორატორიამ გამოაცხადა, რომ მათ შექმნეს ინტერფერომეტრი რომელიც როგორც ისინი აცხადებენ აღმოაჩენს სივრცულ დამახინჯებებს რომელსაც წარმოშობს ალკუბიერეს ძრავის მეტრიკის დრო-სივრცის შეკუმშვა და გაფართოება. ეს იქნა აღწერილი ჰაროლდ უაიტის ნაშრომში რომელიც ნასას 101-ში გამოქვეყნდა.

სამეცნიერო ფანტასტიკაში
სინათლეზე სწრაფი მოგზაურობა ხშირად გვხვდება ხოლმე სამეცნიერო ფანტასტიკაში. ძალიან ბევრი სახის სავარაუდო პროპულსიის მეთოდია ხოლმე შემოთავაზებული, თუმცა იგი ყოველთვის არ ეფუძნება ალკუბიერეს ძრავას ან რომელიმე ფიზიკურ თეორიას.

სატელევიზიო სერიალში ვარსკვლავური გზა გამოყენებულია ტერმინი „გამრუდებული ძრავა“ სინათლეზე სწრაფად გადაადგილების მეთოდის აღსაწერად. ალკუბიერეს თეორია და ყველა მისი მსგავსი არ არსებობდა როდესაც ეს სერიალი იქმნებოდა, მაგრამ ალკუბიერემ თავის წერილში უილიამ შატნერისადმი და აგრეთვე თავისი 1994 წლის ნაშრომის წყაროებში მიუთითა რომ მისი თეორია სწორედ ამ სერიალში ნახსენები ტერმინით იქნა შთაგონებული.