Jos olet jo Star Wars-fani, tiedät, että tarinat sijoittuvat kaukaiseen galaksiin, joten fysiikan lakien pitäisi silti päteä. Toisaalta nämä ovat selvästikin fiktiivisiä teoksia; onko mitään järkeä soveltaa näitä lakeja? Kirjani tekee tapauksessa, että on sekä hauskaa ja kannattaa tehdä niin erilaisia Star Wars-teknologioita, mukaan lukien yksi sen tärkeimmistä: hyperavaruus.
vuonna 1905 Einstein virallisti erityisen suhteellisuusteoriansa. Tämän teorian mukaan valonnopeus ei ole vain vakio, vaan myös yleinen nopeusrajoitus. On esitetty teorioita siitä, miten voitaisiin matkustaa valonnopeutta nopeammin.teoriat vaihtelevat madonrei ’ istä tesserakteihin ja aikamatkailuun. Jotkin näistä teorioista hyödyntävät lisäulottuvuuksia, joita emme näe. Mutta miten realistisia nämä ehdotukset ovat? Onko ulottuvuuksia enemmän kuin kolme? Onko mahdollista matkustaa valoa nopeammin? Mikä on madonreikä ja miten sen avulla voisimme matkustaa pitkiä matkoja lyhyessä ajassa?
taustatarina
Star Warsissa hyperavaruus on ekstra-ulotteinen avaruus, jonka läpi laivat voivat kulkea niin, että ne liikkuvat galaksin halki nopeammin kuin reaaliavaruuden läpi kulkeminen sallisi. Tätä varten alus on varustettava hyperajolla. Mutta hyperavaruuteen meno ei ole vaaratonta. ”Hyperavaruudessa matkustaminen ei ole kuin pölyjen pyyhkimistä”, kuten Han Solo selittää. ”Ilman tarkkoja laskelmia voisimme lentää tähden läpi tai pomppia liian lähelle supernovaa.”Näin vakavissa riskeissä on tärkeää luottaa hyperajotietokoneisiin.
Tähtien sodan fysiikka
hyperavaruus on teoriassa joukko ylimääräisiä ulottuvuuksia, jotka ylittävät päivittäin kokemamme kolme. Nämä lisäulottuvuudet pystyvät yhdistämään kaukaisia pisteitä reaaliavaruudessa. Tämä mahdollistaa valoa nopeammat nopeudet (tavallaan). Ajatellaanpa esimerkiksi lentoa Tatooinesta Alderaaniin. Jos Owen käynnistäisi laserin, joka osoittaa suoraan Alderaaniin (ja oletamme, että esteitä ei ole ja säde pysyy riittävän tarkasti suunnattuna, jotta se voidaan havaita Alderaaniin) samalla hetkellä, kun Millennium Falcon hyppäsi hyperavaruuteen, Millennium Falcon saapuisi ennen lasersäteen saapumista Alderaaniin. Näyttää siltä kuin Millennium Falcon kulkisi ” valoa nopeammin.”
tässä teoreettisessa selityksessä on ongelmia. Yksi on ajatus, että syy ja seuraus riippuvat siitä, että asiat tapahtuvat tietyssä järjestyksessä. Yksinkertaisemmin, jotta yksi tapahtuma aiheuttaa toisen tapahtuman, ensimmäisen tapahtuman on tapahduttava ennen toista. Se vaikuttaa helpolta eikä liity hyperavaruuteen, – mutta simultaanisuus sotkee kaiken.
harkitse seuraavaa: Istut tuolilla suurnopeusjunaradan vieressä, ja päätät laukaista kaksi ilotulitetta yhtä aikaa, yhden kummallekin puolelle. Teidän näkökulmastanne ne käynnistyvät täsmälleen samalla hetkellä. Jos ystäväsi matkustaisi junassa, joka kulkisi lähellä valonnopeutta ilotulitteiden laukaistessa, tuo ystävä näkisi ilotulitteiden laukaisun eri aikoina. Tapahtuma, joka on samanaikainen sinulle, ei olisi samanaikainen ystäväsi. Samoin ilotulitteet voisi laukaista eri aikaan niin, että ystäväsi viitekehyksessä ne laukaistaan samanaikaisesti.
juju on siinä, että jos ystäväsi juna kulkisi valonnopeutta nopeammin, ilotulitteiden laukaisujärjestys näyttäytyy sinulle erilaisena (liikkumattomana tarkkailijana) kuin ystävällesi (valoa nopeammin matkustavana tarkkailijana).
voi ajatella, että no, ilotulitus on hölmö esimerkki. Ketä kiinnostaa, jos olet eri mieltä ilotulitteiden laukaisujärjestyksestä? Tämä ajatuskoe kuitenkin osoittaa nopeuden ja tapahtumasarjan välisen suhteen. Fysiikan lait eivät välitä tapahtumista. Kuvitelkaa räjäyttäjän ampuminen (tapahtuma 1) ja pultin osuminen kohteeseen (tapahtuma 2). Tai lukea kirjaa (tapahtuma 1) ja kertoa ystävälle mitä luet (tapahtuma 2). Kuten näet, järjestys, jossa nämä tapahtumat tapahtuvat, olisi järjetön, kun ne käännetään. Teknisesti olisi mahdollista, että Millennium Falcon lentäisi valoa nopeammin Alderaanin ohi, kun se räjähtäisi ja saapuisi Kuolemantähdelle ajoissa estääkseen aseen laukeamisen.
on kuitenkin olemassa tapoja, joilla hyperavaruuden läpi matkustaminen ei vaatisi suhteellisuusteorian rikkomista. Ajatus siitä, että reaaliavaruuden kaksi pistettä ovat yhteydessä toisiinsa lisäulottuvuuksia hyödyntävällä ”tunnelilla”, ei ole fysiikan teorioissa ennenkuulumaton. Näitä aika-avaruuden pisteiden välisiä yhteyksiä kutsutaan madonrei ’ iksi. Madonreikä toimii näin: Pidä paperinpala edessäsi ja taita se kahtia. Ota nyt kynä (tai muu terävä esine) ja tökkää reikä taitetun paperin läpi. Kuvittele nyt, että muurahainen haluaa kävellä paperin yhdeltä puolelta toiselle. Jos se kävelee paperin pintaa pitkin, se joutuu kävelemään koko matkan ylös ja taitoksen ympäri. Toisaalta, jos muurahainen kävelee reiän läpi, se voi päästä paperin toiselta puolelta toiselle paljon nopeammin. Muurahainen itse ei koskaan kulkenut nopeammin; se vain pääsi paikasta toiseen nopeammin.
siinä missä paperi on kaksiulotteinen pinta, ymmärtääksemme kolmiulotteinen avaruus voitaisiin taittaa neljännen ulottuvuuden kautta kahden pisteen välisten yhteyksien luomiseksi. Koska mielemme ovat vain koskaan kokeneet kolmiulotteisen avaruuden,tätä on mahdotonta visualisoida täysin. Jos hyperajo pystyisi vääristämään aika-avaruutta niin, että se vääntyisi ja loisi aukon Tatooinen ja Alderaanin välille, hyperavaruuden läpi matkustaminen ei rikkoisi mitään fysiikan lakeja. Se vain vaatisi valtavasti energiaa näiden hyppyjen suorittamiseen.
tosielämän fysiikka
Tämä luultavasti kaikki kuulostaa mielikuvitukselliselta; joltain, mitä ei voisi tapahtua todellisuudessa. Mitä kokeellisesti todennettuun fysiikkaan tulee, se on totta. On kuitenkin teorioita, jotka osoittavat, että todellisuudella voisi olla muitakin ulottuvuuksia, joita ei ole vielä löydetty. Ehkä tunnetuin esimerkki tästä on säieteoria. Tällä hetkellä säieteoriasta on olemassa viisi erilaista formalisaatiota, joita kaikkia ei voida falsifioida nykytiedoilla. M-teoria on kaikkien säieteorioiden mahdollinen yhdistyminen, jonka mukaan jokainen yksittäinen säieteoria on erityinen esimerkki yleistetystä M-teoriasta.
kaikkien säieteorioiden peruslähtökohta on, että kaikki maailmankaikkeudessa koostuu pienistä kielistä, jotka joko kietoutuvat silmukkaan tai ovat olemassa suoralla viivalla. Aivan kuten kielet kitaran värähtelevät erityisesti tapoja tehdä muistiinpanoja laulu, Jouset muodostavat maailmankaikkeuden värähtelevät eri tavoin luoda subatomisia hiukkasia.
toinen säieteorian ajatuksista on, että on olemassa enemmän kuin tuntemamme kolme avaruudellista ulottuvuutta ja kertaulottuvuus. Riippuen erityisestä muotoilusta säieteoria olet viittauksia, on olemassa erilaisia ehdotettu määrä ulottuvuuksia. Esimerkiksi bosonisessa säieteoriassa on ehdotettu kaksikymmentäkuusi ulottuvuutta.
joten missä ovat nämä lisäulottuvuudet? Miksi emme voi nähdä tai kokea niitä? Kuten useimmat asiat mukana fysiikan rajalla inhimillisen tiedon, käytämme analogioita kuvaamaan tuloksia. Kuvittele, että olet astronautti Kansainvälisellä avaruusasemalla katselemassa New Yorkia. Voit nähdä ruudukko katujen valaistu yöllä. Sinun näkökulmastasi kadut näyttävät yksiulotteisilta viivoilta; asiat voivat kulkea niitä pitkin, mutta niiden yli ei ole leveyttä. Kun olet ollut kadulla, tiedät, että voit kävellä kadun yli (ei vain mennä sitä pitkin) ja että voit jopa hypätä ylös ja alas ylittäessäsi katua, mutta avaruudesta olet liian kaukana nähdäksesi nuo yksityiskohdat. Samoin ihmisen kokoisessa mittakaavassa saatamme olla niin kaukana näistä kompakteista ulottuvuuksista, ettemme näe niiden koukeroita.
näitä ulottuvuuksia kuvataan usein niin sanotulla Planckin pituudella. Jotkut ehdottavat, että tämä on lyhin mahdollinen pituus. Planckin pituuden voi visualisoida näin: katso ihmisen hiuksen leveyttä. Tämän läpimitta on noin millimetrin kymmenesosa. Jos hiukset skaalattaisiin havaittavan maailmankaikkeuden kokoisiksi (läpimitta noin 1027 metriä), skaalatussa versiossa Planckin pituus olisi ihmisen hiuksen leveys. Toinen tapa sanoa tämä on, että ihmisen hiukset on noin 1031 Planckin pituudet poikki. Se on kymmenen miljoonaa kertaa havaittavan maailmankaikkeuden tähtien määrä.