Pokud jste již fanoušek Star Wars, víte, že příběhy se odehrávají v galaxii daleko, daleko, tak zákony fyziky by měly stále platit. Na druhé straně jsou to zjevně fikční díla; má smysl uplatňovat tyto zákony? Moje kniha dělá případ, který je zábavný a stojí za to tak učinit pro řadu technologií Star Wars, včetně jednoho z jeho nejdůležitějších: hyperprostor.
v roce 1905 Einstein formalizoval svou teorii speciální relativity. Podle této teorie je rychlost světla nejen konstantní, ale také univerzální rychlostní limit. Teorie naznačuje, jak by se dalo cestovat rychleji než rychlost světla byly vztáhl, od červí díry, aby tesseracts cestování v čase. Některé z těchto teorií využívají další dimenze, které nevidíme. Ale jak realistické jsou tyto návrhy? Existují více než tři dimenze? Je možné cestovat rychleji než světlo? Co je červí díra a jak by nám umožnila cestovat na velké vzdálenosti v krátkém čase?
Příběh
Star Wars, hyperprostoru je extra-dimenzionální prostor, přes které lodě mohou cestovat tak, jak se pohybovat po celé galaxii rychleji, než by bylo povoleno cestovat prostřednictvím reálného prostoru. Za tímto účelem musí být loď vybavena hyperpohonem. Ale jít do hyperprostoru není bez jeho nebezpečí. „Cestování hyperprostorem není jako poprašování plodin,“ vysvětluje Han Solo. „Bez přesných výpočtů bychom mohli letět přímo přes hvězdu nebo se odrazit příliš blízko supernovy.“S tak závažnými riziky je důležité spoléhat se na počítače hyperdrive.
fyzika Hvězdných válek
hyperprostor je teoreticky množina dalších dimenzí nad rámec tří, které denně zažíváme. Tyto další rozměry jsou schopny spojit vzdálené body v reálném prostoru. To umožňuje rychlejší než světlo rychlosti (v jistém smyslu). Zvažte například let z Tatooine do Alderaanu. Pokud Owen se otočil na laser namířený přímo na Alderaanu (a budeme předpokládat, že nejsou žádné překážky a paprsek zůstane přesně zaměřený dost na to, být zjistitelné na Alderaan) ve stejném okamžiku, kdy Millennium Falcon skočil do hyperprostoru, Millennium Falcon by dorazit před laserový paprsek dosáhl Alderaan. Zdá se, že Millennium Falcon cestoval „rychleji než světlo.“
existují problémy s tímto teoretickým vysvětlením. Jedním z nich je myšlenka, že příčina a následek se spoléhají na věci, které se dějí v určitém pořadí. Jednodušeji, aby jedna událost způsobila druhou událost, první událost se musí stát před druhou. Zdá se to dost snadné a nesouvisející s hyperprostorem, ale koncept simultánnosti vrhá klíč do všeho.
zvažte následující: sedíte na židli vedle vysokorychlostní železniční trati a rozhodnete se spustit dva ohňostroje současně, jeden na obou stranách. Z vašeho pohledu startují přesně ve stejnou chvíli. Pokud váš přítel byli jezdit na vlak, cestování blízko rychlosti světla, jako ohňostroj byl zahájen, to by přítel vidět ohňostroj spustit v různých časech. Událost, která je pro vás simultánní, by pro vašeho přítele nebyla simultánní. Podobně můžete spustit ohňostroj v různých časech tak, že v referenčním rámci vašeho přítele spustí současně.
úlovek je, pokud váš přítel je vlak byl cestovat rychleji než rychlost světla, pořadí, ve kterém vypuštění ohňostroje bude vypadat jinak (jako nehybný pozorovatel) versus váš přítel (jako pozorovatel cestovat rychleji než světlo).
možná si myslíte, že ohňostroje jsou hloupým příkladem. Koho zajímá, jestli nesouhlasíte s pořadím, ve kterém byl ohňostroj spuštěn? Tento myšlenkový experiment nám však ukazuje vzájemný vztah mezi rychlostí a sledem událostí. Fyzikálním zákonům je jedno, jaké jsou tyto události. Představte si, že vystřelíte blaster (událost 1) a šroub zasáhne cíl (událost 2). Nebo čtení knihy (událost 1) a vyprávění příteli o tom, co čtete (událost 2). Jak vidíte, pořadí, ve kterém se tyto události dějí, by bylo nesmyslné, kdyby se obrátilo. Technicky by bylo možné, aby Millennium Falcon letěl rychleji než světlo kolem Alderaanu, když exploduje a dorazí na Hvězdu smrti včas, aby zabránil střelbě zbraně.
existují způsoby, jak by cestování hyperprostorem nevyžadovalo narušení relativity. Myšlenka, že dva body v reálném prostoru jsou spojeny „tunelem“ využívajícím další dimenze, není ve fyzikálních teoriích neslýchaná. Tato spojení mezi body v časoprostoru se nazývají červí díry. Zde je návod, jak funguje červí díra: držte před sebou kus papíru a složte jej na polovinu. Nyní si vezměte tužku (nebo jiný ostrý předmět) a propíchněte otvor složeným papírem. Nyní si představte, že mravenec chce chodit z jedné strany papíru na druhou. Pokud jde po povrchu papíru, bude muset chodit celou cestu nahoru a kolem záhybu. Na druhou stranu, pokud mravenec prochází otvorem, může se dostat z jedné strany papíru na druhou mnohem rychleji. Mravenec sám nikdy cestoval rychleji; to prostě dělal to z jednoho místa na druhé rychleji.
zatímco papír je dvourozměrný povrch, trojrozměrný prostor, jak chápeme, by mohl být složen přes čtvrtou dimenzi a vytvořit spojení mezi dvěma body. Protože naše mysl zažila pouze trojrozměrný prostor, není možné si to plně představit. Přesto, pokud hyperpohon byli schopni narušit časoprostor tak, že to pokřivené a vytvořil díru mezi Tatooine a Alderaan, cestování hyperprostorem by neporušuje žádné fyzikální zákony. K dosažení těchto skoků by to vyžadovalo obrovské množství energie.
fyzika reálného života
to asi všechno zní fantasticky; něco, co by se ve skutečnosti nemohlo stát. Pokud jde o experimentálně ověřenou fyziku, je to pravda. Existují teorie, ačkoli, které naznačují, že by mohly existovat další dimenze reality, ale neobjevené. Snad nejznámějším příkladem je teorie strun. V současné době existuje pět různých formalizací teorie strun, z nichž všechny nemohou být falšovány aktuálními daty. M-teorie je možné sjednocení všech teorií strun, podle nichž je každá jednotlivá teorie strun zvláštním příkladem zobecněné M-teorie.
základním předpokladem všech strunových teorií je, že vše ve vesmíru je tvořeno malými strunami, které jsou buď zabaleny do smyčky, nebo existují v přímce. Stejně jako struny na kytaru oscilují v konkrétních způsobech, jak dělat poznámky v písni, struny tvořící vesmír oscilují různými způsoby a vytvářejí subatomární částice.
jednou z dalších myšlenek teorie strun je, že existuje více než tři prostorové dimenze a jednorázová dimenze, které známe. V závislosti na konkrétní formulaci teorie strun, na kterou odkazujete, existují různé navrhované počty dimenzí. Například v bosonické teorii strun existuje navrhovaných dvacet šest dimenzí.
kde jsou tyto další rozměry? Proč je nemůžeme vidět nebo zažít? Jako většina věcí spojených s fyzikou na hranici lidského poznání, používáme analogie k popisu výsledků. Představte si, že jste astronaut v Mezinárodní vesmírné stanici při pohledu dolů na New York City. Budete mít možnost vidět mřížku ulic svítí v noci. Z vašeho pohledu, v ulicích bude vypadat jako jednorozměrné čáry; věci, které mohou jít spolu, ale tam je ne šířka jít přes ně. Když jste byli na ulici, víte, že můžete jít přes ulici (nejen jít po ní) a že byste mohli dokonce skákat nahoru a dolů při přechodu ulice, ale z vesmíru jste příliš daleko, abyste viděli tyto detaily. Podobně, v našem lidském měřítku, můžeme být tak daleko od těchto kompaktních dimenzí, že nevidíme jejich složitosti.
tyto rozměry jsou často popsány z hlediska toho, co je známé jako Planckova délka. Někteří lidé naznačují, že je to nejkratší možná délka. Planckova délka může být vizualizována tímto způsobem: podívejte se na šířku lidského vlasu. To je asi desetina milimetru napříč. Pokud to vlasy byly zmenšen do velikosti pozorovatelného vesmíru (o 1027 metrů), v rozšířených verze Planckova délka by být šířka lidského vlasu. Dalším způsobem, jak to říci, je, že lidský vlas je asi 1031 Planck délky napříč. To je deset milionů násobek počtu hvězd v pozorovatelném vesmíru.