Forskare utlovar expressled till stjärnorna: Flyga fortare än ljuset kan vara möjligt
En kall vinternatt då högtryck råder, då månen är i nedan och luften är klar som kristall, då kan man ofta uppleva att stjärnorna är så nära att det går att sträcka ut sin hand och röra vid dem.
Men det är ju självklart bara en illusion. Stjärnorna är hårresande långt borta.
Rymdens omöjligt stora avstånd har varit en källa till ångest för vissa, som grämer sig över att vi är dömda till att sitta här vid vår lägereld och aldrig får vi besöka dem som eventuellt sitter vid sina eldar där borta. Aldrig får vi höra deras berättelser.
Kanske de här lägereldarna, de andra stjärnorna, var vad Astrid Lindgren tänkte på när hon skrev om Nangijala och Nangilima. Vad vet jag?
Forskare utlovar expressled till stjärnorna: Flyga fortare än ljuset kan vara möjligt
Men nu påstår sig ett par forskare veta hur vi kunde lösa det här dilemmat i praktiken. Vad de säger sig ha bevisat matematiskt är varken mer eller mindre än ett sätt att resa till stjärnorna. Mer om det senare.
I den här artikeln ska vi också titta närmare på knepen som science fiction-genren har hittat på för att överbrygga den interstellära rymdens enorma avstånd i sina berättelser. Warp speed och hyperrymd, vad de nu allt kallar det. För i en två timmar lång film funkar det inte att hjälten reser i tiotusen år för att rädda galaxen.
Hur väl rimmar filmernas överljushastighet med verkligheten?
Det känns hur som helst som en tröstande tanke att nå stjärnorna, eller hur, i dessa isoleringens tider då vi helst inte ens ska resa till Stockholm.
Vi byter skala
Innan vi går närmare in på dikternas och verklighetens överljusmaskiner, tekniken som ska låta oss resa till stjärnorna i ett huj, låt mig sätta oss på kartan.
För att göra det hela mer åskådligt så komprimerar vi saker och ting en aning. Och då menar jag alltsammans. Hela galaxen vi bor i. Vi krymper ner vår hemplanet till storleken av en vindruva. En vindruva är ungefär 500 miljoner gånger mindre än jorden.
I den här skalan, 1:500 000 000, är solen stor som en liten bil ungefär, och ligger på 300 meters avstånd. Lika långt som Eiffeltornet är högt.
Det som en gång var solsystemets nionde planet, men numera bara är en dvärgplanet bland andra - jag talar om Pluto - är på den här skalan ett fruset litet pepparkorn en halv centimeter i genomskärning, ungefär elva kilometer avlägsen. Det låter hanterbart, men du kan ju pröva på att hajka dit ut i din nuvarande storlek, själv är du ju mindre än ett virus på den här skalan.
Okej då, men nu var det alltså tal om stjärnorna. Hur långt är det till nästa “lägereld”, till solens närmaste granne, Proxima Centauri? I skala 1:1 är det ju lite drygt fyra ljusår dit. Ett ljusår är ungefär tio tusen miljarder kilometer.
Krymper vi ett ljusår enligt skalan som vi använder oss av för det här exemplet, där jorden är stor som en vindruva, får vi ett avstånd på 19 000 kilometer. Lite mer än sträckan mellan Finland och Nya Zeeland. Så en resa till Proxima, på den här skalan där jorden är stor som en vindruva, motsvarar två resor tur och retur till Nya Zeeland.
Och då talar vi alltså om den närmaste stjärnan. Solens granne. Samma galaktiska postnummer, liksom. Vår galax Vintergatan är sisådär 100 000 ljusår tvärs över.
Tiotusentals år blir för länge på film
Det faktum att det skulle ta något i stil med 40 000 år bara att nå det närmaste grannsolsystemet med våra snabbaste rymdfarkoster, har tvingat dem som gör science fiction att hitta på kreativa sätt att kringgå det här. Det är nämligen svårt att hålla ihop berättelsens dramatiska båge om det ska ta tiotalstusen år för Luke Skywalker och kompisarna varje gång de ska resa från Tatoiine till Alderaan eller någonting.
På samma sätt skulle kapten Kirk med besättning få tänja ut på sitt femåriga uppdrag rejält om Enterprise var tvungen att krypa fram över de interstellära vidderna som vanliga jordiska rymdfarkoster i vår tid. Våra snabbaste rymdsonder rör sig med någonting i stil med futtiga 17 kilometer per sekund just nu. Rena rama snigelfarten.
Det finns sub-genrer av science fiction, huvudsakligen inom litteraturen, där rymdfärderna sker med hjälp av så kallade generationsskepp. Lite som Harry Martinssons Aniara. De bygger på att besättningen, som måste vara hyfsat stor, en mänsklighet i miniatyr, lever ut hela sina liv ombord. De skaffar barn som lever vidare och skaffar egna barn, och så vidare, ända tills skeppet når sin destination.
Den här sortens resor till stjärnorna kunde vara möjliga redan nu, i teorin. Men inte i fiktionen. Dagens biopublik tenderar att somna om det går för långsamt. Hjältarna ska hinna rädda universum på två timmar och femton minuter, och besöka fem-sex olika solsystem på den tiden i jakt på Darth Vaders magiska kalsonger, eller någonting.
Så George Lucas och gänget har kommit på kryphål i fysikens lagar som tillåter Han Solo och de övriga rymdcowboyerna att trycka på snabbspolningen. De hoppar därmed över de enorma vidderna så fort att Han och Leia knappt ens hinner utbyta några trånande blickar innan de är framme.
I sin strävan att inte tråka ut biobesökarna bryter George Lucas och de andra mot inget mindre än själva de kosmiska trafiklagarna.
Han Solo (från Stjärnornas krig) sitter alltså bakom spakarna på Millennium Falcon, världens kanske berömdaste fiktiva rymdfarkost.
Den är försedd med någonting kallat hyperdrive eller hyperdrift. Den här hypotetiska tekniken utnyttjar en extra dimension utöver de tre som vi upplever i vårt vardagliga liv. Den kallas hyperrymden.
Den är någon sorts expressled genom själva rumtiden som gör det möjligt att färdas fortare än ljuset.
Men dessvärre: i sin strävan att inte tråka ut biobesökarna bryter George Lucas och de andra mot inget mindre än själva de kosmiska trafiklagarna, så som Albert Einstein formulerade dem 1905 i sin speciella relativitetsteori.
Enligt den är ljusets hastighet, cirka 300 000 kilometer per sekund, inte bara en konstant utan också den universella fartbarriären.
Ingenting som har massa i vårt universum kan accelerera upp till ljusets hastighet och förbi den.
Till att börja med skulle det kräva en oändlig mängd energi att nå upp till ljusets hastighet. Här måste vi kanske precisera att Einstein inte sade att hastigheter som är fortare än ljuset är förbjudna eller omöjliga. Han menade bara att det är omöjligt att accelerera upp sig till sådana hastigheter.
Men helt teoretiskt: säg nu att någon lyckas bryta ljusvallen. Det leder ju direkt till konstiga situationer. Tänk dig att Han Solo skjuter med sin laserkanon som är riktad direkt mot Alderaan sekunden innan Millennium Falcon hoppar in i hyperrymden. Då skulle Millennium Falcon anlända vid Alderaan innan laserstrålen och på det viset skulle Han Solo skjuta sig själv i ryggen.
Lokalitetsprincipen
Men problemen med hyperrymdsfärder går djupare än så. Och då kommer vi in på det här som Einstein kallade lokalitetsprincipen. Den slår fast att en händelse vid en punkt inte kan orsaka ett samtidigt resultat vid en annan punkt. Någonting som sker vid punkt A kan inte leda till resultat vid punkt B på en tid som är mindre än den tid som det tar för ljuset att färdas mellan de två punkterna i vakuum.
Sen är det en helt annan femma att det finns exempel från kvantfysiken där hela den här principen tycks kastas ut genom fönstret, men det kanske är en annan story för senare. Einstein själv irriterades helt enormt av det där joxet, även om han inte kunde motbevisa det.
Hur som helst, vårt universum, så som Einstein såg på saken, bygger på att orsak och verkan händer i en viss ordning. För att en händelse ska orsaka en annan händelse måste den första händelsen inträffa före den andra.
Det må låta som självklarheter att det är så, men skulle man resa fortare än ljuset så skulle man kasta allt det här över ända. En partikel som färdas fortare än ljuset rör sig i princip bakåt i tiden, sett ur en utomstående observatörs perspektiv.
Då räcker det inte med att man kanske skjuter sig själv i ryggen för att man anländer till sin destination före skotten från sin egen laserkanon. Det är mer invecklat än så. Man kommer att komma tillbaka från sin destination innan man ens har startat mot sin destination.
Tänk dig att Finnair köper sig en flotta av Airbus nya flygplan som rör sig fortare än ljuset. Hurra, tänker jag, och hoppar ombord för att förverkliga min dröm om en jordenruntresa i överljushastighet. Inga besvärliga, långa layovers på Heathrow här, inte.
Säg då att det är måndag morgon när jag får idén att åka. Jag köper biljetten samma morgon, och senare samma förmiddag lyfter jag från Helsingfors-Vanda. Äkkilähtö, som finnen säger. Jag är en impulsiv kille.
Men eftersom jag reser fortare än ljuset reser jag bakåt i tiden. Jag kommer med andra ord att vara tillbaka på Helsingfors-Vanda på föregående veckas fredag eftermiddag - fredagen innan jag fick hela idén till resan.
Nå, det betyder ju i och för sig att jag fortfarande har veckoslutet på mig att vila innan det är dags att gå till jobbet. Men föreställ er den jetlagen! Och vad ska min fru säga när det med ens finns två stycken av mig där hemma.
Överljusresor är, kort sagt, som att få baksmällan före fyllan. Terry Pratchett skriver om det här, i hans berättelser förekommer ett vin som är bryggt på nästa års skörd. Re-annual wine kallar han det, för-årgångsvin. Får du en grym kopparslagare på fredag morgon så vet du att du kommer att dricka för-årgångsvin på kvällen.
Bakåt eller framåt?
Bör kanske understrykas än en gång att universum inte förbjuder den här sortens konstigheter. Universum dömer inte, om vi säger så. Partiklar vet inte vilken riktning som är framåt i tiden, och vilken som är bakåt. Vi människor vet det tack vare termodynamikens andra huvudsats som säger att saker och ting i universum tenderar att röra sig från ordning mot oordning.
Det här kallas entropi. Du vispar ett ägg, du av-vispar inte det. Du har sönder din svärmors vas av misstag, du råkar inte förvandla en hög skärvor till en hel vas av misstag. Det beror inte på att det är omöjligt, det är bara oerhört svårt.
Det må låta galet, men universum är de facto ganska liberalt i de här frågorna. Partiklar kan röra sig bakåt i tiden, det har gjorts experiment där man har kunnat bekräfta det. Och än en gång: de partiklarna vet inte att de rör sig bakåt i tiden. Ur deras synvinkel kanske resten av universum rör sig bakåt i tiden. Har du inte sett filmen Tenet ännu så rekommenderar jag den.
Så resor i överljushastighet skulle inte nödvändigtvis skapa paradoxer som får universum att kortslutas och trilla in i ett svart hål eller någonting, men erfarenheten av det hela skulle vara väldigt konstig för oss. Man råddar inte med kedjan av orsak och verkan utan att det får praktiska konsekvenser.
Konsekvenserna för krigföringen skulle vara knasiga, till exempel. Tänk dig att jorden förklarar Proxima Centauris rymdimperium krig. En flotta rymdskepp från jorden, beväpnade till tänderna, står i beråd att åka iväg mot Proxima för att ge kejsaren på nöten riktigt ordentligt.
Dessvärre reser de till slagfältet med hjälp av överljushastighet. Det här leder till att stunden innan de ska kasta loss från jorden, ser de resterna av sin egen flotta komma tillbaka från Proxima. På radion hör de ett meddelande: “Stopp och belägg, åk inte, ni kommer att få storstryk där borta och förlora slaget!”
Det låter ju som en god idé, det här, man skulle ju undvika onödiga krig på det viset, men det är i princip bara en version av den så kallade farfarsparadoxen.
Farfarsparadoxen är en ett ofta använt exempel på de logiska vurporna som tidsresor kan leda till. I den reser man bakåt i tiden och dödar sin egen farfar innan ens pappa ens har blivit till. Om man lyckas med det innebär det att man har förhindrat sin egen födelse, vilket i sin tur innebär att man aldrig gjorde hela tidsresan och därför heller aldrig har hindrat sin egen födelse.
Det finns olika teoretiska lösningar på farfarsparadoxen. En av de mest populära är att man genom att ändra sitt förflutna skapar en alternativ verklighet eller ett parallellt universum.
Ett annat förslag går ut på att det finns någon sorts naturlag som hindrar en från att ändra historien, så att om man försöker skjuta sin farfar kommer man alltid att missa. Det förutsätter med andra ord existensen av någonting i stil med ödet.
Seriösa modeller
Sedan finns seriösa teoretiska modeller för hur man kunde resa fortare än ljuset men kringgå alla de här galenskaperna och baksmällan-före-fyllan.
I mitten av 1990-talet skissade den mexikanska teoretiska fysikern Miguel Alcubierre upp en teoretisk mekanism för hur det kunde gå till. Han beskrev matematiskt en framdrivningsmetod som manipulerar själva rumtiden i stället för att knuffa rymdskeppet genom den.
Du kan illustrera det med en pappersservett. Rita ett kryss på ena kanten av servetten och ett annat på den motsatta kanten. Ditt mål är att ta dig från det ena krysset till det andra. Alcubierredriften går ut på att man knycklar ihop mitten av servetten så de två kryssen närmar sig varandra.
I Alcubierres modell skapar man en bubbla av ”normal” rumtid runt rymdfarkosten. Inuti den förflyter tiden normalt och allting ser rätt ut. Det här medan utsikten i färdriktningen tycks tryckas samman och allt ser ut att hända mycket fortare där ute. Detta för att bubblan omges av en zon där man trycker ihop rymden framför farkosten och tänjer ut rymden bakom den.
På det här sättet kunde man alltså i teorin färdas till andra solsystem på betydligt kortare tider än de tusentals år som det skulle ta med dagens rymdfarkoster. Utan att behöva stånga sig blodig mot ljusbarriären.
I science fiction-serierna som Star Trek till exempel, älskar de att leka med sånt här. Star Trek kör med någonting kallat Warp Drive. Warp betyder ju att böja eller kröka, så i princip kunde det vara möjligt att kapten Kirk inte bryter mot Einsteins begränsningar. Kanske Starship Enterprise har en Alcubierremotor under plåten. Vem vet.
Nå, fiktion är en sak för sig, men i praktiken har det här hittills fallit på den teknologi som skulle krävas för att göra det möjligt. Bland annat skulle det kräva att vi lyckas bemästra den ännu högst hypotetiska exotiska materian med negativ masstäthet. Alltså till exempel så att ett ton negativ materia skulle ha en massa på minus ett ton. Det här skulle enligt Miguel Alcubierre krävas för att knyckla till rumtiden på det föreslagna sättet.
Negativ materia (eller negativ energi) ska i princip kunna existera om man följer Einsteins teorier, men att framställa den i praktiken är helt och hållet science fiction tills vidare. Det närmaste vi kommer det här just nu är den så kallade Casimireffekten.
Det här blir lite överkurs, men vi tar det helt kort. Det vanligaste exemplet på Casimireffekten är två oladdade metallplattor som placeras några mikrometer ifrån varandra i vakuum. Och hur det nu råkar sig så knuffar de här två plattorna ifrån varandra - hårt! Virtuella fotoner i kvantfältet mellan plattorna ger upphov till en kraft som på mycket korta avstånd - vi snackar 10 nanometer - kan uppgå till 100 000 Newton per kvadratmeter.
Den här sortens effekter skulle sedan på något okänt sätt behöva skalas upp till monstruösa proportioner för att komprimera rumtiden framför rymdskeppet. Allt för att kringgå de kosmiska hastighetsbegränsningarna.
Maskhålen, en version på samma tema
Samma sorts prylar skulle för övrigt behöva bemästras för att använda ett annat tjuvknep som science fiction-genren älskar: maskhål eller Einstein-Rosen-broar. Tänk dig en mask som kryper på ett äpple. Den vill ta sig till andra sidan av äpplet. För att spara tid kryper den inte runt äpplet utan den äter sig raka vägen genom äpplet.
På samma sätt skulle maskhål kunna fungera som genvägar mellan vitt skilda punkter i universum. Einsteins allmänna relativitetsteori säger att de ska kunna existera, men de gör det i så fall på kvantskalan: ingen vet om de är möjliga att spänna ut så att du kan hoppa in och ut ur dem. Man utgår hur som helst att också de skulle kräva den nämnda exotiska, negativa materian för att bända upp dem och hålla dem stabila.
Och de farbara maskhålen är, om möjligt, ännu mer hypotetiska än Alcubierremotorn. Som också alltså i praktiken är ren och skär science fiction.
Eller är den?
Jag nämnde i början att vi kommer till det här. Det är alltså nu ett par forskare vid namn Alexey Bobrick och Gianni Martire som har jobbat vidare på Alcubierres ekvationer. Bobrick huserar vid Lunds universitet, för övrigt. De två forskarna påstår sig ha kommit upp med någonting som kunde lösa de problem som har stått i vägen för att förverkliga det hela i praktiken.
Bobricks och Martires förslag skippar den negativa energin helt och hållet, och trycker istället ihop rumtiden med hjälp av helt normal massa. Hiskeliga mängder av massa som komprimeras till hanterbara dimensioner med hjälp av någon sorts teknik som verkligen inte existerar ännu.
Och det är som sagt inga små mängder materia som krävs. Vi snackar planetkaliber, eller större. En planet av jordens storlek skulle inte räcka, faktiskt. Komprimerar du jorden till en diameter på tio meter så hyvlar du inte bort mer från restiden till Proxima än en timme per år.
Men att knyckla ihop planeter, till och med stjärnor, till ett objekt som ryms i en paketbil, det är i princip inte omöjligt om du har musklerna till det. Hela universum var ju från början ihopklämt till en punkt mindre än ett knappnålshuvud.
Och det är antagligen ändå enklare att komprimera planeter än att trolla fram negativ materia. Bobrick och Martire tycks i alla fall tro det. Och det är nu hur som helst forskare i den avlägsna framtiden som får ta sig an det här.
Poängen här är att vi nu har matematiska bevis som tyder på att warp drive-motorer à la Star Trek kan vila på genuin, sund vetenskaplig grund.
Som Gianni Martire, den ena i forskarduon säger: “Vi vet fortfarande inte hur man passerar ljusbarriären, men vi behöver inte heller göra det för att bli en interstellär art. Vår warp drive-forskning har potentialen att förena oss alla.”
Som sagt, en trevlig tanke i vår tid där all slags förenande av folk har blivit till aja baja.