Om du redan är en Star Wars-fan vet du att berättelserna äger rum i en galax långt, långt borta, så fysikens lagar borde fortfarande gälla. Å andra sidan är dessa uppenbarligen fiktion; finns det någon mening med att tillämpa dessa lagar? Min bok gör fallet som är både roligt och värt att göra det för en rad Star Wars-tekniker, inklusive den viktigaste: hyperspace.1905 formaliserade Einstein sin teori om speciell relativitet. Enligt denna teori är ljusets hastighet inte bara en konstant utan också den universella hastighetsgränsen. Teorier som föreslår hur man kan resa snabbare än ljusets hastighet har lagts fram, allt från maskhål till tesserakter till tidsresor. Några av dessa teorier utnyttjar ytterligare dimensioner som vi inte kan se. Men hur realistiska är dessa förslag? Finns det mer än tre dimensioner? Är det möjligt att resa snabbare än ljuset? Vad är ett maskhål och hur skulle det tillåta oss att resa stora avstånd på kort tid?
Backstory
i Star Wars är hyperspace extradimensionellt utrymme genom vilket fartyg kan resa för att röra sig över galaxen snabbare än vad som skulle tillåtas genom att resa genom verkligt utrymme. För att göra detta måste ett fartyg vara utrustat med en hyperdrive. Men att gå till hyperspace är inte utan dess faror. ”Att resa genom hyperspace är inte som att damma grödor”, som Han Solo förklarar. ”Utan exakta beräkningar kunde vi flyga rakt igenom en stjärna eller studsa för nära en supernova.”Med sådana allvarliga risker är det viktigt att förlita sig på hyperdrive-datorer.
fysiken i Star Wars
Hyperspace är i teorin en uppsättning extra dimensioner utöver de tre som vi upplever dagligen. Dessa extra dimensioner kan ansluta avlägsna punkter i verkligt utrymme. Detta möjliggör snabbare än ljushastigheter (på sätt och vis). Tänk till exempel flygningen från Tatooine till Alderaan. Om Owen slog på en laser som pekade direkt mot Alderaan (och vi antar att det inte finns några hinder och strålen kommer att vara noggrant riktad nog för att kunna detekteras vid Alderaan) i samma ögonblick som Millennium Falcon hoppade in i hyperspace, skulle Millennium Falcon anlända innan laserstrålen nådde Alderaan. Det verkar som om Millennium Falcon reste ”snabbare än ljus.”
det finns problem med denna teoretiska förklaring. En är tanken att orsak och verkan är beroende av saker som händer i en viss ordning. För att en händelse ska orsaka en andra händelse måste den första händelsen ske före den andra. Det verkar lätt nog och orelaterat med hyperspace, men begreppet samtidighet kastar en skiftnyckel i allt.
Tänk på följande: du sitter på en stol bredvid ett höghastighetsspår, och du bestämmer dig för att starta två fyrverkerier samtidigt, en på vardera sidan. Ur ditt perspektiv startar de i exakt samma ögonblick. Om din vän skulle åka på ett tåg som reser nära ljusets hastighet när fyrverkerierna lanserades, skulle den vänen se fyrverkerierna starta vid olika tidpunkter. En händelse som är samtidig för dig skulle inte vara samtidig för din vän. På samma sätt kan du starta fyrverkerierna vid olika tidpunkter så att de i din väns referensram startar samtidigt.
fångsten är, om din väns tåg skulle resa snabbare än ljusets hastighet, den ordning i vilken fyrverkerierna startar kommer att se annorlunda ut för dig (som en stationär observatör) jämfört med din vän (som en observatör som reser snabbare än ljus).
Du kanske tror, ja, fyrverkerier är ett dumt exempel. Vem bryr sig om du inte håller med om i vilken ordning fyrverkerierna lanserades? Men detta tankeexperiment visar oss sambandet mellan hastighet och händelseförloppet. Fysikens lagar bryr sig inte om vad dessa händelser är. Tänk dig att skjuta en blaster (Händelse 1) och bulten som träffar målet (Händelse 2). Eller läsa en bok (Händelse 1) och berätta för en vän om vad du läser (Händelse 2). Som du kan se skulle ordningen i vilken dessa händelser inträffar vara meningslös när den vänds. Tekniskt sett skulle det vara möjligt för Millennium Falcon att flyga snabbare än ljuset förbi Alderaan när det exploderar och anländer till Death Star i tid för att stoppa vapnet från att skjuta i första hand.
det finns sätt på vilka resor genom hyperspace inte skulle kräva ett brott mot relativitetsteorin, fastän. Tanken att två punkter i verkligt utrymme är kopplade av en ”tunnel” som utnyttjar ytterligare dimensioner är inte okänd i fysikteorier. Dessa kopplingar mellan punkter i rymdtid kallas maskhål. Så här fungerar ett maskhål: håll ett papper framför dig och vik det i hälften. Ta nu en penna (eller annat skarpt föremål) och peka ett hål genom det vikta papperet. Föreställ dig nu att en myra vill gå från ena sidan av papperet till den andra. Om det går längs pappersytan måste det gå hela vägen upp och runt vikten. Å andra sidan, om myran går genom hålet, kan den komma från ena sidan av papperet till den andra mycket snabbare. Myran själv reste aldrig snabbare; det gjorde det bara från en plats till en annan snabbare.
papperet är en tvådimensionell yta, tredimensionellt utrymme som vi förstår det kan vikas genom en fjärde dimension för att skapa kopplingar mellan två punkter. Eftersom våra sinnen bara någonsin har upplevt tredimensionellt utrymme är detta omöjligt att visualisera helt. Ändå, om en hyperdrive kunde snedvrida rymdtiden så att den skev och skapade ett hål mellan Tatooine och Alderaan, skulle resa genom hyperspace inte bryta mot några fysiklagar. Det skulle bara kräva enorma mängder energi för att uppnå dessa hopp.
fysiken i det verkliga livet
detta låter förmodligen fantastiskt; något som inte kunde hända i verkligheten. När det gäller experimentellt verifierad fysik är det sant. Det finns teorier, fastän, som tyder på att det kan finnas ytterligare dimensioner av verkligheten ännu oupptäckta. Kanske är det mest kända exemplet på detta strängteori. För närvarande finns det fem olika formaliseringar av strängteori, som alla inte kan förfalskas med nuvarande data. M-teori är en möjlig förening av alla strängteorier enligt vilka varje enskild strängteori är ett speciellt exempel på den generaliserade M-teorin.
den grundläggande förutsättningen för alla strängteorier är att allt i universum består av små strängar, som antingen är inslagna i en slinga eller existerar i en rak linje. Precis som strängar på en gitarr oscillerar på speciella sätt att göra anteckningar i en låt, svänger strängarna som utgör universum på olika sätt för att skapa subatomära partiklar.
en av de andra ideerna om strängteori är att det finns mer än de tre rumsliga dimensionerna och engångsdimensionen som vi känner till. Beroende på den specifika formuleringen av strängteori du refererar till finns det olika föreslagna antal dimensioner. Till exempel, i bosonisk strängteori, det finns en föreslagen tjugosex dimensioner.
så var är dessa extra dimensioner? Varför kan vi inte se dem eller uppleva dem? Liksom de flesta saker som är involverade i fysik på gränsen till mänsklig kunskap använder vi analogier för att beskriva resultaten. Tänk dig att du är astronaut på den internationella rymdstationen och tittar ner på New York City. Du kommer att kunna se gallret av gator upplysta på natten. Ur ditt perspektiv kommer gatorna att se ut som endimensionella linjer; saker kan gå längs dem, men det finns ingen bredd att gå över dem. Efter att ha varit på en gata vet du att du kan gå över en gata (inte bara gå längs den) och att du till och med kan hoppa upp och ner medan du korsar gatan, men från rymden är du för långt borta för att se dessa detaljer. På samma sätt kan vi i vår mänskliga storlek vara så långt borta från dessa kompakta dimensioner att vi inte kan se deras invecklingar.
dessa dimensioner beskrivs ofta i termer av vad som kallas Plancklängden. Vissa människor föreslår att detta är kortast möjliga längd. Plancklängden kan visualiseras på detta sätt: titta på bredden på ett mänskligt hår. Det här är ungefär en tiondel av en millimeter över. Om detta hår skulle skalas upp till storleken på det observerbara universum (cirka 1027 meter över), skulle Planck-längden i den uppskalade versionen vara bredden på ett mänskligt hår. Ett annat sätt att säga detta är att ett mänskligt hår är cirka 1031 Planck längder över. Det är tio miljoner gånger antalet stjärnor i det observerbara universum.