לפני כחודש וחצי הבאנו ידיעות שפורסמו על כך שבנאס"א בודקים ברצינות את עניין הוורפ/עיוות/פיתול, וזה נשמע קצת כמו עוד כותרת מנופחת של תקשורת שלא בהכרח מבינה על מה היא מדווחת.
לכן כשעפר מתוקי, דוקטורנט לקוסמולוגיה ומנהל תא החובבים הירושלמי "הרחפת הקלה", התייחס לנושא זה ברצינות גמורה במסגרת פאנל באייקון האחרון, מיהרנו לבקש ממנו להרחיב ולהסביר במה מדובר ואיפה הדברים עומדים.
אנו שמחים מאוד לארח אותו ולהביא את הסבריו.

"מנוע עיוות – צעדים ראשונים" לפניכם.

 

מנוע עיוות(1) – צעדים ראשונים

בתור חובבי מדע בדיוני, האפשרות לנוע במהירות גדולה ממהירת האור היא הדבר לו כולנו מחכים. ללא האפשרות הזו, החלומות על מסע למערכות שמש וגלקסיות אחרות ישארו בגדר זה – חלומות. אפילו בתנועה במהירות שקטנה רק בשבריר אחוז ממהירות האור, הגעה לכוכב הקרוב אלינו ביותר תארך מעל ארבע שנים, ובזמן הזה יעברו בכדור הארץ אלפי שנים (אפקט שנובע מתורת היחסות ונקרא התרחבות הזמן). וכל זה אפילו מבלי להביא בחשבון את העובדה שעל מנת להאיץ חללית, אפילו קטנה, למהירות שכזו, נדרשות כמויות אנרגיה פנטסטיות.
לכאורה, תורת היחסות של איינשטיין מציבה בפנינו חסם שלא ניתן לעברו – גוף בעל מסה לעולם לא יוכל לנוע במהירות האור או למעלה ממנה. אולם מסתבר שאת החבר`ה מנאס"א זה לא בהכרח מרתיע. הם הודיעו שהם שוקדים כעת על הקמת מעבדה שתבדוק היתכנות של טכנולוגיה שתאפשר לנו להגיע לכוכבים בזמנים שקצרים בהרבה מהזמן שהיה נדרש לו היינו נעים במהירות האור, וזאת מבלי שנחזור לעולם שבו אנחנו יכולים להיות הסבא רבא רבא רבא רבא רבא רבא של כל מי שחי.

כדי להבין מה עבר בראש של המדענים מנאס"א, עלינו לחזור אחורה. כמה אחורה? הכי אחורה שאפשר; עד למפץ הגדול.

על פי התיאוריה השלטת, היקום התחיל ממצב דחוס והחל להתפשט. אולם כשמדובר על התפשטות היקום, לא מדובר על פיצוץ, כמו שאנחנו רגילים לחשוב עליו – זה לא שהחומר קיבל מהירות לפתע, אלא שהמרחב עצמו החל להתפשט, נושא איתו את החומר. למעשה, כל נקודה ביקום רואה את כל שאר היקום מתרחק ממנה, וככל שנקודה רחוקה יותר, היא מתרחקת מהר יותר. את הצורה התצפיתית של החוק הזה ניסח אדווין האבל ב-1929, והיא אומרת בפשטות שככל שגלקסיה רחוקה יותר מאיתנו, היא מתרחקת מאיתנו במהירות גדולה יותר; כשגלקסיה מספיק רחוקה, אנחנו רואים אותה מתרחקת במהירות האור ואף למעלה מכך. זו תיאוריה שראויה לפוסט משלה, אבל מה שאנחנו ניקח ממנה כעת יהיה רק נקודה אחת שלה אנחנו זקוקים – העובדה שהמרחב יכול להתעוות.

זו בדיוק הנקודה שגרמה לפיזיקאי מקסיקני בשם מיגל אלקובייר (Alcubierre) לפרסם ב-1994 מאמר עם רעיון מהפכני – פתרון למשוואות איינשטיין שיכול, בצורה תיאורטית, לאפשר לחללית לגמוא מרחק בין שתי נקודות בפחות זמן מאשר אם הייתה נעה במהירות האור. כל זה מבלי לסבול מהתרחבות הזמן ביחס לצופה על כדור הארץ.

ד"ר מיגל אלקובייר

הרעיון הבסיסי של אלקובייר הוא לנצל את התכונה של המרחב שמאפשרת לו להתכווץ ולהתרחב, ועל ידי כך לעצב את המרחב סביב החללית בצורה שתגרום למרחב עצמו לזוז, בזמן שהחללית עצמה יושבת בתוך בועה של חלל רגיל ולא מרגישה את השינויים שסביבה. בפתרון של אלקובייר המרחב מכווץ לפני החללית ומתרחב מאחריה, ובכך בועת החלל הרגיל בה היא שוכנת "גולשת" על מעין גל של עיוות מרחב, באנלוגיה לגולש, שמשתמש בגלשן כדי לגלוש על גל בים. היות והמרחב הוא זה שנע, ולא החללית עצמה, התנועה יכולה להיות בכל מהירות, גם כזו שגדולה בהרבה ממהירות האור, והזמן בתוך הבועה נשאר זהה לזמן על כדור הארץ.
אגב, בועת החלל הרגיל הנ"ל שונה ממה שמופיע ב"מסע בין כוכבים" – שם החללית נכנסת לבועה של "תת חלל", מושג שאינו קיים כיום בפיזיקה. פרט לכך, הפתרון של אלקובייר דומה בצורה מפתיעה לתיאור שמופיע ב"מסע בין כוכבים".

תיאור ויזואלי מופשט של שדה העיוות

לפתרון של אלקובייר נמצאו מספר בעיות. חלק מן הבעיות נוגעות ליישום הפרקטי – בעיה אחת כזו היא שאפקטים קוונטיים כמו קרינת הוקינג יגרמו לטמפרטורה בבועה לעלות כך ששום דבר לא יוכל לשרוד בה; בעיה נוספת היא שכמות האנרגיה שלה נהיה זקוקים כדי לבצע מסע אחד לכוכב הקרוב ביותר אלינו, אלפא סנטאורי, שווה בגודלה לאנרגיית מסת המנוחה של צדק (כלומר שלכל מסע שכזה נצטרך לחסל מסה השווה לזו של צדק). היות וצדק מכיל כ-70% מהמסה במערכת השמש שאינה בשמש עצמה, זהו אינו פתרון חסכוני במיוחד.
בעיות אחרות הן ברמה התיאורטית, כמו למשל ששדה האנרגיה שנדרש כדי ליצור את האפקט הוא סימטרי לחלוטין, ולכן הכיוון בו תנוע החללית יהיה רנדומלי – לכיוון אליו התכוונו או בדיוק בכיוון ההפוך.

לפני מספר שבועות פרסם מדען נאס"א בשם הארולד "סוני" ווייט מאמר שמתבסס על הפתרון של אלקובייר אך משנה אותו מעט, ובכך לטענתו פותר שתי בעיות. ווייט שינה את צורת שדה האנרגיה, מכדור לטורוס (“דונאט”), וטען שאם לחללית תהיה מהירות התחלתית (הכוונה כנראה לתאוצה התחלתית) קטנה בכיוון הנכון, זה יגרום לכך שהמהירות שתקבל כשיפעילו את שדה העיוות תהיה גם היא בכיוון הנכון. בנוסף, חישובים מראים שהאנרגיה הנדרשת למסע לאלפא סנטאורי תהיה פחותה משמעותית מאשר בפתרון של אלקובייר – "רק" סך צריכת האנרגיה של האנושות בשלושה חודשים; זו עדיין כמות אנרגיה עצומה, אבל היא כבר בתחום שנראה אפשרי.

ד"ר הארולד ווייט

במאמר סוקר ווייט דברים נוספים, כגון הרחבת הפתרון למספר מימדים רב ואפשרויות לשימוש בשדה עיוות שכזה גם במהירויות ומרחקים קטנים בהרבה, כמו במסע מכדור הארץ לנקודות בתוך מערכת השמש. אך החלק המעניין ביותר, לטעמי, הוא ההכרזה שמגיעה לקראת סוף המאמר – נאס"א כבר החלה בפיתוח מעבדות שיאפשרו בדיקה ראשונית של נכונות התיאוריה. השיטה הניסויית בה אמורים להשתמש מסובכת מכדי להסביר אותה כאן, אך היא מתבססת על ההנחה שבאמצעות קבל טבעת בקוטר של כסנטימטר ומתח גבוה מאוד יהיה ניתן ליצור שדה אנרגיה בצורה המתאימה, כך שיווצר במקום שדה עיוות קטנטן. שדה העיוות הזה ימצא בתוך מכשיר(2) שמסוגל למדוד עיוות מסדר גודל של אחד חלקי עשרה מליון מגודל הטבעת, ובתקווה זה יאפשר למדוד ולאשש את בסיס התיאוריה.

כל זה נשמע מבטיח מאוד, אבל לצערנו זו אינה יותר מאשר בדיקה ראשונית ביותר לכך שהתיאוריה בכלל נכונה; היישום עדיין רחוק מאיתנו מאוד, מכמה סיבות.
ראשית, אפילו אם התיאוריה נכונה, המכשולים הטכניים של יצירת בועה בגודל המתאים עדיין אינם ידועים, והאנרגייה הדרושה היא מעבר למה שאנחנו יכולים לרתום כרגע.
שנית, יש עדיין מספר בעיות בתיאוריה שלא נפתרו באופן שמניח את דעת כל מי שעוסק בתחום.
ולבסוף, ישנה עדיין בעיה בסיסית – על מנת שהבועה תוכל לנוע, מה שיוצר אותה חייב להמצא בתוכה, אחרת יהיה צורך להאיץ את מחולל השדה יחד עם הבועה, דבר שמחזיר אותנו לתורת היחסות והבעיות שהיא מעמידה בפנינו. הדרכים היחידות שאנחנו מכירים היום (באופן תיאורטי לחלוטין) לחולל שדה שמסוגל לכווץ ולהרחיב את המרחב בצורה הדרושה מתוך הבועה, משתמשות ב"חומר אקזוטי" (למשל, חומר עם מסה שלילית – טכיונים) שעוד לא ברור שכלל קיים, או באפקטים קוונטיים מסובכים ביותר, שלא ברור אם מתקיימים במימדים גדולים כמו אלו של הבועה.

עם זאת, כל טכנולוגיה ששינתה את העולם התחילה את דרכה כתיאוריה, ובדרך כלל מפתח התיאוריה כלל לא חזה את היישום הטכנולוגי שיגיע ממנה. מבחינה זו מנוע העיוות הוא יוצא דופן, ויתכן שהעובדה שיש מטרה ברורה באופק תאפשר לדברים להתקדם מהר יותר (תרתי משמע).

בברכת "חיים ארוכים (מספיק כדי לראות את מנוע העיוות בפעולה) ושגשוג",
עפר מתוקי

 

---

הערות
(1) נמסר לי ממקורות יודעי דבר שהתרגום הרשמי הוא "הנעת פיתול", אבל החלטתי ללכת עם האמת הפנימית שלי בנושא.
(2) אינטרפרומטר מייקלסון-מורלי; מכשיר מרתק עם היסטוריה מרתקת לא פחות. הניסוי בו השתמשו במכשיר לראשונה נחשב ל"ניסוי הכושל המפורסם בעולם".

קישורים נוספים
* סרטון שמדגים כיצד עשוי להראות מעבר של חללית המתקדמת באמצעות מנוע עיוות על פני כוכבי לכת.
* למי שמעוניין להרחיב את אופקיו בנושא מסע בין כוכבי, באתר נאס"א ישנה סקירה במילים פשוטות (אך באנגלית) של הרעיונות השונים בתחום והיכן הם עומדים.
* עוד על מנוע העיוות ב"מסע בין כוכבים" ב-Memory Alpha וב-Ex Astris Scientia

תודות
תודה רבה ליואב לנדסמן, שכותב את הבלוג הנפלא "מסה קריטית", על שעבר על הטקסט לפני פרסומו.
תודה רבה גם ל-subatoi על שהזמין אותי לכתוב על הנושא ועבר על הטקסט גם הוא.

---

עפר הוא דוקטורנט לקוסמולוגיה ומנהל תא החובבים "הרחפת הקלה" בירושלים.