알쿠비에르 드라이브

Alcubierre drive
중앙 영역을 대체하는 시공간 확장과 수축의 반대 영역을 보여주는 알쿠비에르 드라이브의 2차원 시각화

알쿠비에르 드라이브는 우주선이 진공보다 낮은 구성 가능한 에너지 밀도장([1][2], 음질량)을 생성할 수 있다는 가정 하에 전방 공간을 축소하고 후방 공간을 확장함으로써 명백한 빛보다 빠른 속도로 주행할 수 있는 투기적인 워프 드라이브 아이디어입니다.1994년 이론 물리학자 미겔 알쿠비에르가 제안한 알쿠비에르 드라이브는 아인슈타인의 방정식 해법에 기초하고 있다.이러한 솔루션미터법 텐서이므로 Alcubiere 드라이브는 Alcubiere 미터법이라고도 합니다.

물체는 정상 시공간 내에서 빛의 속도로 가속할 수 없습니다.대신 알쿠비에르 드라이브는 물체를 중심으로 공간을 이동시켜 물체가 물리 [3]법칙을 위반하지 않고 정상 공간에서 빛보다 더 빨리 목적지에 도착할 수 있도록 합니다.

알쿠비에르가 제안한 메트릭은 아인슈타인 필드 방정식과 일치하지만 이러한 드라이브의 구축이 반드시 가능한 것은 아닙니다.알쿠비에르 드라이브의 제안된 메커니즘은 음의 에너지 밀도를 의미하기 때문에 이국적인 물질이나 암흑 에너지[4]조작필요로 합니다.올바른 성질을 가진 외래 물질이 존재할 수 없는 경우 드라이브를 구성할 수 없습니다.그러나 그의 원래 [5]기사의 마지막 부분에서, 알쿠비에르는 평행판 사이의 카시미르[6][7] 진공이 알쿠비에르 드라이브에 대한 음의 에너지 요구 사항을 충족시킬 수 있다고 주장했다.일부 연구는 이러한 개념이 '솔리톤'[8][9][10][11] 파동을 이용한 순수한 양의 에너지로 가능하다고 주장했다.

또 다른 가능한 문제는 알쿠비에르의 측정이 아인슈타인의 방정식과 일치하지만 일반 상대성이론은 양자역학을 포함하지 않는다는 것이다.일부 물리학자들은 양자 중력 이론이 시간 역행을 허용하는 일반 상대성 이론의 해답을 제거하고, 따라서 알쿠비에르 드라이브를 무효로 만들 것이라고 주장했습니다.

역사

1994년 미겔 알쿠비에르우주선 앞의 우주 구조를 수축시키고 그 뒤의 공간을 [5][1][2]확장하는 파동을 만들어 우주 기하학적 구조를 바꾸는 방법을 제안했다.그리고 나서 배는 이 파도를 워프 버블이라고 알려진 평평한 공간의 영역 안에서 타게 될 것이고, 대신 이 버블 안에서 움직이지 않고 드라이브의 작용으로 인해 그 지역 자체가 움직이는 대로 운반될 것이다.

알쿠비에르 미터법

알쿠비에르 메트릭은 워프 드라이브 시공간을 정의합니다.일반 상대성 이론의 맥락에서 해석하면, 이전에 평평한 시공간에서 워프 버블이 나타나 빛보다 효과적으로 빠른 속도로 이동할 수 있는 로렌츠 다양체입니다.버블의 내부는 관성 기준 프레임이며 거주자는 적절한 가속을 경험하지 못합니다.이 수송 방법은 워프 버블의 내용과 관련하여 빛보다 빠른 속도로 물체를 움직이는 것을 포함하지 않습니다. 즉, 워프 버블 내의 광빔은 여전히 배보다 더 빠르게 움직입니다.거품 내의 물체는 빛보다 (국소적으로) 더 빨리 움직이지 않기 때문에, 알쿠비에르 측정법의 수학적 공식은 상대성의 법칙(즉 질량을 가진 물체는 빛의 속도를 달성하거나 초과할 수 없다는)과 시간 팽창과 같은 전통적상대론적 효과의 전통적인 주장과 일치한다.d 광속에 가까운 일반적인 운동과 같이 적용되지 않는다.

Alcubiere 드라이브는 어려운 문제를 안고 있는 가상적인 개념으로 남아 있지만, 더 이상 필요한 에너지 양이 너무 [12]많다고 생각되지 않습니다.게다가, 알렉세이 보브릭과 지아니 마르티어는 원칙적으로 음영 아래 대칭의 워프 드라이브 스페세타임이 [13]양 에너지와 같이 현재 인간에게 알려진 물리적 원리에 기초하여 구성될 수 있다고 주장한다.

수학

일반 상대성 이론의 ADM 형식론을 사용하여, 시공간은 다음과 같은 일반적인 형태를 취하는 메트릭과 함께 일정한 좌표 시간 t의 우주와 같은 하이퍼서페이스의 편차에 의해 설명된다.

어디에

  • α는 인근 하이퍼서프 사이의 적절한 시간 간격을 제공하는 경과 함수이다.
  • βi 다른 하이퍼서페이스의 공간 좌표계를 관련짓는 이동 벡터이다.
  • isij 、 각 하이퍼서페이스의 양의 메트릭입니다.

알쿠비에르가[5] 연구한 특정 형태는 다음과 같이 정의된다.

어디에

임의의 매개 변수 R > 0 및 0 > 0을 사용합니다.알쿠비에르의 메트릭의 특정 형식은 다음과 같이 기술할 수 있습니다.

이 메트릭의 특정 형식을 사용하면 하이퍼서페이스에 대해 4속도가 정상인 관측자에 의해 측정된 에너지 밀도는 다음과 같이 계산된다는 것을 알 수 있다.

여기서 g는 메트릭 텐서의 행렬식이다.

따라서 에너지 밀도가 음수이기 때문에 빛의 [5]속도보다 더 빨리 이동하기 위해서는 이국적인 물질이 필요하다.외래 물질의 존재는 이론적으로 배제되지 않지만, 빛보다 빠른 여행과 같은 위업을 수행하기에 충분한 외래 물질을 생성하고 유지하는 것은 비현실적이라고 생각됩니다.[citation needed]작가 로버트 로우에 따르면, 일반 상대성 이론의 맥락에서, 이국적인 [14]물질이 없는 상태에서 워프 드라이브를 구성하는 것은 불가능하다.

암흑 에너지 및 암흑 물질과의 연관성

옥스퍼드 대학의 천체 물리학자 제이미 판스는 동료 검토 과학 저널인 천문학 & 천체 물리학에 발표된 이론을 제안했는데, 그것은 암흑 에너지와 암흑 물질을 하나의 암흑 유체로 통합하고, [15]2030년 경에 건설될 수 있는 새로운 과학 기구로 시험할 수 있을 것으로 예상된다.판스는 알버트 아인슈타인이 일반 상대성 이론의 방정식을 개발하면서 중력적으로 반발하는 음질량의 개념을 탐구했다는 을 발견했는데, 이는 우주가 양성과 음성의 동일한 양을 갖는 "아름다운" 가설을 이끌어낸다.판스의 이론은 알쿠비에르 운동의 물리학과 동일하게 작용하는 의 질량에 의존하며, 시간 가변적[16]허블 매개변수로 인해 현재의 "우주론 위기"에 대한 자연스러운 해결책을 제공합니다.

판스의 이론은 양의 질량(즉, 배)이 빛의 속도와 같은 속도에 도달하도록 허용하기 때문에, "논란스러운" 것으로 [17]불리고 있다.만약 이 이론이 맞다면, 과학 문헌에서 많이 논의되고 있는 암흑 에너지와 암흑 물질을 설명하고, 닫힌 시간적 곡선을 허용하며(시간 여행 참조), 알쿠비에르의 동력이 이색 [18]물질과 함께 물리적으로 가능하다는 것을 암시할 것이다.

물리

로렌츠 수축시간 확장과 같은 특수 상대성 이론의 특정 효과와 관련하여, 알쿠비에르 메트릭은 분명히 특이한 측면을 가지고 있다.특히 Alcubiere는 Alcubiere 드라이브를 사용하는 선박은 워프 버블이 가속되는 동안에도 자유낙하 측지선(free-fall g-force)을 주행한다는 것을 보여주었습니다.그러나 거대한 조력이 평지 부피의 가장자리 근처에 존재하게 될 것이다. 왜냐하면 큰 공간 곡률 때문에, 그러나 미터법의 적절한 사양은 배가 [5]점유하는 부피 내에서 조력을 매우 작게 유지할 것이다.

원래의 워프 드라이브 메트릭과 그 단순한 변형은 일반 상대성 이론의 초기-값 공식을 논의하는 데 자주 사용되는 ADM 형식을 가지고 있다.이것은 이 시공간이 일반 상대성 [citation needed]이론의 장 방정식의 해라는 널리 퍼진 오해를 설명해 줄지도 모른다.ADM 형식의 지표는 특정 관성 관측자군에 적합하지만, 이러한 관측자는 실제로 다른 관측자군과 구별되지 않는다.알쿠비에르는 자신의 '왜곡 거품'을 거품 앞의 공간 수축과 팽창으로 해석했지만, 수축과 팽창은 사실상 ADM [citation needed]관측자 가족들의 상대적인 움직임을 의미하기 때문에 [19]오해할 수 있다.

일반 상대성 이론에서, 사람들은 종종 먼저 물질과 에너지의 그럴듯한 분포를 지정하고, 그리고 그것과 연관된 시공간 기하학을 찾는다; 그러나 아인슈타인방정식을 먼저 메트릭을 지정하고 그리고 그것과 연관된 에너지-운동량 텐서를 찾는 것 또한 가능하다, 그리고 이것은 무엇입니까?알쿠비에르가 미터법을 만들었을 때요이는 솔루션이 다양한 에너지 조건을 위반할 수 있으며 이질적인 물질을 필요로 한다는 것을 의미합니다.비록 일부 물리학자들이 이전에 평평한 [4]공간에 워프 버블이 형성되는 동적 워프 구동 시공간 모델을 제안했지만, 이국적인 물질의 필요성은 워프 버블이 없는 초기 시공간에서 워프 버블이 형성되는 방식으로 워프 버블이 나중에 생성되도록 물질을 분배할 수 있는지에 대한 의문을 제기한다.비록 Krasnikov 또한 이 블랙 홀은 처음부터 평평하지 않다, 비슷한 결과에 주목하고 게다가 Serguei Krasnikov,[20]편도 빛보다 빨리 여행을 위한 이전에 평평한 공간에서 거품을 따라 이국적인 문제 지역faster-than-light 속도, tachyons의 존재가 필요할 것이다 뭔가 가는 것, 필요로 한다. cou이동 경로를 따라 일부 장치를 미리 배치하고 사전 지정된 순간에 작동하도록 프로그래밍하고 사전 지정된 방식으로 작동하도록 함으로써 회전 속도 조절 없이 달성할 수 있습니다.일부 제안된 방법들은 타키오닉 운동 문제를 피하지만,[21][22] 아마도 버블의 앞부분에 노골적인 특이점을 만들 것이다.앨런 에버렛과 토마스 로만은 크라스니코프의 발견(크라스니코프 튜브):

[발견]은 알쿠비에르 거품을 만들 수 있다면 초광속 이동 수단으로 사용할 수 없다는 것을 의미하지 않는다.즉, 측정 기준을 변경하고 거품을 만드는 데 필요한 액션은 거품의 [23]전체 궤적을 포함하는 전방 광원뿔을 가진 관찰자에 의해 사전에 이루어져야 한다는 것을 의미합니다.

예를 들어, 만약 누군가가 데네브(2,600광년 떨어진 곳)를 여행하고 외부 시계에 따라 2,600년 이내에 도착하기를 원한다면, 누군가가 적어도 2,600년 전에 이미 지구에서 데네브까지 우주를 뒤틀어 놓는 작업을 시작했어야 할 것이다.

버블 궤도에 대해 적절하게 위치한 우주선은 지나가는 트롤리 자동차를 타는 승객처럼 버블 안으로 들어가도록 선택할 수 있고, 따라서 초광속 여행을 할 수 있습니다... 크라스니코프가 지적하듯이, 인과관계 고려는 우주선 승무원들이 그들의 행동에 의해, 완성하는 것을 막지 않습니다.지구상에서 먼 까지 왕복하고 지구상에서 시계로 측정되는 임의의 짧은 시간 내에 왕복하여 출발 [23]경로를 따라 미터법을 변경한다.

애로

알려진 모든 워프-드라이브 시공간 이론[24]다양한 에너지 조건을 위반하기 때문에 이 형태의 메트릭은 상당한 어려움을 겪습니다.그럼에도 불구하고, 알쿠비에르형 워프 드라이브는 양자장 [25][26]이론의 맥락에서 설명될 때 음의 질량 에너지와 같은 에너지 조건을 위반하는 스트레스 에너지 텐서를 초래하는 카시미르 효과와 같이 실험적으로 검증된 양자 현상을 이용하여 실현될 수 있다.

질량-에너지 요건

Ford와 Roman에 의해 추측된 특정 양자 부등식이 [27]유지된다면, 일부 워프 드라이브의 에너지 요구 사항은 실현 불가능할 뿐만 아니라 음수일 수도 있습니다.예를 들어, 작은 우주선을 은하수를 가로질러 운반하는 데 -10kg에64 해당하는 에너지가[28] 필요할 수 있습니다. 이는 관측 가능한 우주의 추정 질량보다 훨씬 큰 양입니다.이러한 명백한 문제에 대한 반론도 [3]제시되었다.

1999년 벨기에의 Katholieke Universityit Leuven의 Chris Van Den Broeck는 잠재적인 문제에 [29]대처하려고 했습니다.Van Den Broeck는 드라이브에 의해 운반되는 버블의 3+1차원 표면적을 축소하는 동시에 내부에 포함된 3차원 부피를 확장함으로써 작은 원자를 운반하는 데 필요한 총 에너지를 3 태양 질량 이하로 줄일 수 있었다.이후 2003년 반덴브록 측정법을 약간 수정함으로써 세르게이 크라스니코프는 필요한 의 총 질량을 몇 밀리그램으로 [3][24]줄였다.Van Den Broeck는 워프 버블 자체의 표면적을 현미경으로 작게 유지함과 동시에 버블 내부의 공간 부피를 확장함으로써 총 에너지를 극적으로 줄일 수 있다고 말했다.그러나 Van Den Broeck는 필요한 [21]시공간 구조의 작은 크기(플랑크 규모보다 몇 배 높은 크기)와 마찬가지로 필요한 에너지 밀도는 여전히 달성할 수 없다고 결론지었다.

2012년에, 물리학자 해롤드 화이트와 협력자들이 실험적인 문제의 기하학을 수정하면 목성과 같은 곳에서 보이저 1호 우주선의(700kgc.)[12]또는 less,[30]에 거시적 우주선의 mass–energy 요구 사항을 줄일 수 있고 사람들은 그들의 의도 const에 소규모 실험을 하겠다고 밝힌 발표했다.ructing경사진 [12]들판흰색은 워프 버블의 극히 얇은 벽을 두껍게 하는 것을 제안하여 에너지가 더 큰 부피로 집중되지만 전체적인 피크 에너지 밀도는 실제로 더 작습니다.평면 2D 표현에서는 처음에는 매우 얇았던 양의 에너지와 음의 에너지의 고리가 더 크고 퍼지 토러스(도넛 모양)가 됩니다.하지만, 이 덜 에너지적인 워프 버블이 내부 지역을 향해 두꺼워짐에 따라,[31] 그것은 더 작아야 하는 우주선을 수용할 평평한 공간을 덜 남긴다.또한 시간 경과에 따라 공간 경사의 강도를 요동시킬 수 있으면 필요한 에너지를 [12]더욱 저감할 수 있다.White에 따르면 수정된 Michelson-Morley 간섭계가 아이디어를 테스트할 수 있었다. 즉, 간섭계의 다리 중 하나는 시험 장치에 전원이 [30][32]공급될 때 약간 다른 길이를 갖는 것으로 보인다.알쿠비에르는 "내가 아는 바로는 그것이 이루어질 수 있는 방법이 없다. 아마 수 세기 동안 전혀 없을 것이다."[33][34]라고 말하며 실험에 대해 회의적인 반응을 보였다.

2021년 물리학자 Erik Lentz는 알려져 있고 친숙한 순수 양의 에너지에서 나오는 워프 드라이브가 존재할 수 있는 방법을 설명했습니다. 즉, 초광속 자기강화 "솔리톤" 파동에 기반한 워프 버블입니다.그는 또한 (긍정적인) 에너지 [8][9][11][35][36]요구량을 줄이기 위해 노력할 것이라고 주장했다.

물질의 배치

Krasnikov는 타키오닉 물질을 찾거나 사용할 수 없다면, 용기의 경로를 따라 필요한 장이 생성되도록 질량을 배치하는 것이 해결책이라고 제안했다.그러나 이 경우 알쿠비에르호는 철도와 같이 필요한 기반시설을 최초로 갖춘 항로만 운항할 수 있다.버블 내부의 파일럿은 원인적으로 벽으로부터 분리되어 버블 밖에서 어떠한 행동도 수행할 수 없습니다. 파일럿은 "운송 중" 동안 버블보다 인프라를 먼저 배치할 수 없기 때문에 버블은 먼 별로의 첫 번째 여행에 사용할 수 없습니다.예를 들어, 베가(지구로부터 25광년 떨어진 곳)로 이동하려면 초광속도로 베가를 향해 이동하는 거품이 나타나도록 모든 것을 배열해야 합니다. 이러한 배열에는 항상 25년 [20]이상이 걸립니다.

Coule은 알쿠비에르가 제안한 것과 같은 계획은 실현 불가능하다고 주장했습니다.알쿠비에르의 드라이브를 구축하는 것은 물리적으로 의미가 있더라도 알쿠비에르의 드라이브를 필요로 하기 때문입니다.Coule은 또한 알쿠비에르의 [22]드라이브를 구축하는 어떠한 제안 방식에도 유사한 반대 의견이 적용될 것이라고 주장한다.

버블 내부의 생존성

호세 나타리오(2002)의 기사는 배가 거품 [37]앞쪽으로 신호를 보낼 수 없기 때문에 선원들이 배의 워프 버블을 제어, 조종, 정지시킬 수 없다고 주장한다.

카를로스 바르셀로, 스테파노 피나치, 스테파노 리베라티의 2009년 기사는 알쿠비에르가 광속보다 빠른 속도로 운전하는 것은 불가능하다고 주장하는데, 이는 호킹의 방사선에 의해 야기된 극도로 높은 온도가 초광속 속도로 거품 안에 있는 모든 것을 파괴하고 거품 자체를 불안정하게 하기 때문이다.기사는 또한 비록 드라이브가 여전히 이국적인 [4]물질을 필요로 하지만 버블 속도가 초광속이라면 이러한 문제는 없다고 주장한다.

목적지에 미치는 영향

브랜든 맥모니갈, 제레인트 F 루이스와 필립 오바인은 초광속 속도에서 감속하기 위해 알쿠비에르가 이끄는 우주선으로, 그 기포가 이동 중에 모은 입자는 커 블랙홀의 내부 지평선에서 발생한다고 가정된 무한히 파란 방사선과 유사한 에너지 분출로 방출될 것이라고 주장했다.그러면 배 [38][39]바로 앞에 있는 목적지에 있는 모든 것을 파괴할 수 있을 만큼 에너지가 넘치게 됩니다.

벽두께

이러한 추진에 필요한 음의 에너지의 양은 아직 알려지지 않았다.터프츠의 페닝과 앨런 에버렛은 빛의 10배 속도로 이동하는 워프 버블은 제한 플랑크 길이인 1.6×[40]10m−35 가까운 10m 이하의−32 벽 두께를 가져야 한다고 주장한다.당초 알쿠비에르의 계산에서는 200m 크기의 거품이 관측 가능한 우주의 질량보다 큰 총량의 이물질을 필요로 하며, 이 물질을 10m의 매우−32 얇은 띠로 변형시키는 것은 비현실적인 것으로 여겨진다.크라스니코프의 초광속 지하철에도 비슷한 제약이 적용된다.크리스 반 덴 브록은 알쿠비에르의 모델을 개조해 이국적인 물질을 덜 필요로 하지만 목 부분이 10m [21]정도−32 되는 곡면 시공간 병 속에 배를 배치했다.

인과관계 위반 및 반고전적 불안정성

물리학자 앨런 에버렛의 계산은 일반 상대성 이론에서 워프 버블이 닫힌 시간적 곡선을 만드는데 사용될 수 있다는 것을 보여주는데, 이는 이 이론이 워프 버블이 과거 시간 [41]여행을 위해 사용될 수 있다는 것을 의미한다.물리학의 기본 법칙이 닫힌 시간적 곡선을 허용할 수 있는 반면, 연대기 보호 추측은 일반 상대성 이론의 고전적인 이론이 그것을 허용하는 모든 경우에 양자 효과가 개입하여 가능성을 제거함으로써 이러한 공간적 시간을 실현하는 것을 불가능하게 만들 것이라는 가설을 세운다.이를 달성할 수 있는 가능한 효과는 시간 이동이 가능한 시공간 경계에 진공 변동이 축적되어 에너지 밀도가 높아져 타임머신이 될 수 있는 시스템이 파괴되는 것입니다.반고전적 중력의 몇몇 결과들은 특히 워프 기포가 반고전적으로 [4][42]불안정할 것이라는 것을 암시하는 워프 구동 공간에서의 양자 효과를 다루는 계산을 포함하여 추측을 뒷받침하는 것으로 보이지만, 궁극적으로 그 추측은 양자 [43]중력의 완전한 이론에 의해서만 결정될 수 있다.

Alcubiere는 온라인에 [44]게재된 일련의 강의 슬라이드에서 이러한 문제들 중 몇 가지를 간략히 논의했습니다.여기서 그는 다음과 같이 쓰고 있습니다.「주의: 상대성 이론에서는, 빛보다 빨리 이동하는 방법은, 원칙적으로 (타임 머신) 과거로 거슬러 올라가기 위해서 사용될 수 있습니다.」다음 슬라이드에서, 그는 연대기 보호 추측을 꺼내 다음과 같이 쓰고 있다: "추론은 입증되지 않았지만 (만약 입증되었다면 추측이 되지 않았을 것이다), 하지만 양자장 이론에 기초한 좋은 논쟁이 있다.그 추측이 빛보다 빠른 여행을 금지하지는 않는다.빛보다 빠르게 이동하는 방법이 존재하며, 타임머신을 만들기 위해 이 방법을 사용하려고 하면 무언가 잘못될 것입니다. 즉, 축적된 에너지가 폭발하거나 블랙홀이 생성될 것입니다."

스타트렉 워프 드라이브와의 관계

스타트렉의 텔레비전 시리즈와 영화는 빛보다 빠른 여행 방법을 묘사하기 위해 "워프 드라이브"라는 용어를 사용합니다.알쿠비에르 이론이나 이와 유사한 이론은 시리즈가 구상되었을 때 존재하지 않았습니다. 즉, "warp drive"라는 용어와 일반적인 개념은 1931년 존 W. 캠벨의 공상과학 소설 Islands of [45]Space에서 비롯되었습니다.알쿠비에르는 윌리엄 샤트너에게 보낸 이메일에서 그의 이론이 쇼에서[46] 사용된 용어에 의해 직접적으로 영감을 받았다고 언급했으며 1994년 [47]기사에서 "과학 소설의 뒤틀림"을 인용했다.USS 알쿠비에르가 스타트렉 테이블탑 RPG 스타트렉 [48]어드벤처에 등장한다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

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레퍼런스

외부 링크