Impulsión de Alcubierre - Enciclopedia España

El Alcubierre métrico, también conocido como la impulsión de Alcubierre del o impulsión de la deformación del, es un modelo matemático especulativo de un espacio-tiempo que exhibe las características evocadoras del " ficticio; " de la impulsión de la deformación; Star Trek, que puede viajar " " de la Rápido-que-luz ; (aunque no en un sentido local - ver abajo).

En el 1994, el mexicano Miguel Alcubierre del físico propuesto en el diario de la gravedad clásica y de Quantum un método de estirar el espacio en una onda que en causa de la teoría la tela del espacio delante de una nave espacial contrataría y el espacio detrás de él a ampliarse. La nave montaría esta onda dentro de una región conocida como burbuja de la deformación del del espacio plano. Puesto que la nave no se está moviendo dentro de esta burbuja, pero llevado mientras que la región sí mismo se mueve, los efectos relativistas convencional tales como dilatación del tiempo no se aplican de la manera que en el caso de una nave que se movía a alta velocidad con espacio-tiempo plano. También, este método de recorrido no implica realmente el moverse más rápidamente que luz en un sentido local, puesto que un haz luminoso dentro de la burbuja sin embargo se movería siempre más rápidamente que la nave; es solamente " más rápidamente que light" en el sentido que, los gracias a la contracción del espacio delante de él, la nave podrían alcanzar su destinación más rápidamente que un haz luminoso restringió a viajar fuera de la burbuja de la deformación. Así, la impulsión de Alcubierre no contradice la demanda convencional que la relatividad prohíbe un objeto de la lento-que-luz para acelerar velocidades de la rápido-que-luz. Sin embargo, no hay métodos sabidos para crear tal burbuja de la deformación en una región que no contenga ya uno, o para dejar la burbuja una vez dentro de ella, así que la impulsión de Alcubierre sigue siendo un concepto teórico en este tiempo.

Matemáticas de la impulsión de Alcubierre

Usar el formalismo 3+1 de la relatividad general, el espacio-tiempo es descrito por una foliación espacio-como de las hipersuperficies del tiempo $t$ del coordenada del constante. La forma general de Alcubierre métrico es:

$ds^2 = - \ se fue (\ alpha^2- \ beta_i \ beta^i \ derecho) \, dt^2+2 \ beta_i \, dx^i \, dt+ \ gamma_ {} \, del ij dx^i \, dx^j$

donde está la función el $\ alpha$ del lapso que da el intervalo del tiempo apropiado entre las hipersuperficies próximas, el $\ beta^i$ es el vector del cambio que relaciona los sistemas coordinados espaciales en diversas hipersuperficies y el $\ el gamma_ {ij}$ es métricos definido positivo en cada uno de las hipersuperficies. La forma particular que Alcubierre estudió (1994) se define cerca: $\ alpha=1 del l \,$ $\ beta^y = \ = \ delta_ {ij}$ del $\ del gamma_ beta^z =0$ {ij}

donde $(t)=^ {\ frac {1} {2}}$

y = \ frac del $f del l (r_s) {\ tanh (\ - \ tanh de la sigma (r_s + R)) (\ sigma (r_s - R))}{2 \ tanh (\ sigma R)}$

con el $R > 0$ y el $\ la sigma > los parámetros arbitrarios 0$ . Con esta forma particular del métrico, puede ser demostrado que la densidad de energía midió por los observadores cuya 4 velocidades son normales a las hipersuperficies se dan cerca

$- \ frac {} \ frac {v_s^2 (x^2+y^2)} {4} \ dejados de g^2 r_s ^2 (\ frac {df} {dr_s} \ derecho) ^2$ de c^4} {8 \ pi G

donde está el determinante $g$ del tensor métrico . Así, pues la densidad de energía es negativa, una necesita la materia exótica viajar más rápidamente que la velocidad del light (Alcubierre, 1994). La existencia de la materia exótica no se elimina teóricamente, el efecto de Casimiro y el universo de aceleración ambos presta la ayuda a la existencia propuesta de tal materia. Sin embargo, la generación de bastante materia exótica y el mantenimiento de ella para realizar hazañas tales como recorrido de la rápido-que-luz (y también guardar abierto la “garganta” de un Wormhole ) es probablemente imprácticos. Low (1999) ha sostenido que dentro del contexto de la relatividad general, es imposible construir una impulsión de la deformación en la ausencia de materia exótica. Se cree generalmente que una teoría constante de la gravedad de Quantum resolverá tales ediciones de una vez por todas. style=" del

Alcubierre métrico

El Alcubierre métrico define el espacio-tiempo supuesto de la impulsión de la deformación del . Éste es un múltiple de Lorentzian que, si está interpretado en el contexto de la relatividad general, exhibe las características evocadoras de la impulsión de la deformación Star Trek : una burbuja de la deformación del aparece en espacio-tiempo previamente plano y quita con eficacia a la velocidad de Superluminal . Los habitantes de la burbuja no sienten ninguÌn efecto de inercia . Los objetos dentro de la burbuja no se están moviendo (localmente) más rápidamente que luz, en lugar, el espacio alrededor de ellos los cambios de modo que el objeto llegue su destinación más rápidamente que luz en espacio normal.

Representación matemática

Alcubierre métrico puede ser escrito

$\, dt^2$

donde $v_s del l (t)= \ frac {dx_s (t)} {despegue}$

y $r_s del l (t)= \ raíz cuadrada {(x-x_s (t)) ^2+y^2+z^2}.$

Alcubierre eligió una forma específica para la función $f$ , pero otras opciones dan un espacio-tiempo más simple que exhibe el " deseado; drive" de la deformación; efectúa más claramente y simplemente.

La física de la impulsión de Alcubierre

Para esos el familiar con los efectos de la relatividad especial, tales como contracción de Lorentz y dilatación del tiempo, Alcubierre métrico tiene algunos aspectos al parecer peculiares. Puesto que una nave en el centro del volumen móvil del métrico está en descanso con respecto a espacio localmente plano, no hay efectos del aumento total relativista o de la dilatación del tiempo. El reloj a bordo de la nave espacial funciona en la misma velocidad que el reloj de un observador externo, y ese observador no detectará ninguÌn aumento en la masa de la nave móvil, incluso cuando viaja a las velocidades del FTL . Por otra parte, Alcubierre ha demostrado que incluso cuando la nave está acelerando, viaja en una caída libre geodésica. Es decir una nave usar la deformación a acelerar y a decelerar es siempre en caída libre, y el equipo no experimentaría ninguna G-fuerza del accelerational que las fuerzas de marea enormes serían actual cercanas los bordes del volumen del plano-espacio debido a la curvatura grande del espacio allí, pero por la especificación conveniente del métrico, éstos serían hechos muy pequeños dentro del volumen ocupado por la nave (Alcubierre, 1994).

La impulsión original de la deformación métrica, y las variantes simples de él, suceden tener el '' forma '' de ADM que es de uso frecuente en la discusión de la formulación del valor inicial de la relatividad general. Esto puede explicar la idea falsa extensa que este espacio-tiempo es una solución del de la ecuación de campo de la relatividad general. Las métricas en forma de ADM son adaptados a cierta familia de observadores de inercia, pero estos observadores no son realmente físicamente distinguidos de otras tales familias. Alcubierre interpretó su " bubble" de la deformación; en términos de contracción del " space" delante de la burbuja y de una extensión detrás. Pero esta interpretación pudo ser engañosa (Natario, 2002), puesto que la contracción y la extensión refiere realmente al movimiento relativo de los miembros próximos de la familia de observadores de ADM.

En relatividad general, un primera especifica a menudo una distribución plausible de la materia y de la energía, y después encuentra la geometría del espacio-tiempo asociado a él; pero es también posible funcionar con las ecuaciones de campo de Einstein en la otra dirección, primero especificando un métrico y en seguida encontrando el tensor del energía-ímpetu asociado a ella, y esto es lo que hizo Alcubierre en la construcción el suyo métrico. Esta práctica significa que la solución puede violar las varias condiciones de la energía y requerir la materia exótica . La necesidad de la materia exótica lleva a las preguntas sobre si es realmente posible encontrar una manera de distribuir la materia en un espacio-tiempo inicial que carezca un " bubble" de la deformación; de una manera tal que la burbuja sea creada en un más adelante medir el tiempo. Otro más problema es ése según (Krasnikov, 1998) él sería imposible generar la burbuja sin poder forzar la materia exótica para moverse a las velocidades del localmente FTL, que requerirían la existencia Tachyons . Algunos métodos se han sugerido que evitarían el problema del movimiento tachyonic, pero generarían probablemente una singularidad desnuda en el frente de la burbuja.br/~mbr/warp/etc/cqg15_2523.pdf]

La impulsión de Alcubierre y la ciencia ficción

Observar que el recorrido de la rápido-que-luz es de uso frecuente en la ciencia ficción denotar una gran variedad de métodos imaginarios de la propulsión, más cuyo no tener nada hacer con la impulsión de Alcubierre o ninguna otra teoría física.

los ventiladores de Star Trek demandan que, en el Star Trek, la teoría de Alcubierre ha sido en gran parte aceptado debido a la semejanza de los términos apropiados, para explicar la fractura evidente de las leyes de la física en la mayor parte de la serie. De hecho, la física de la impulsión de la deformación en el Star Trek nunca ha sido específicamente en pantalla definido y ninguna del " manuals" técnico; de acuerdo con la demostración ha hecho cualquier referencia a la teoría del Dr.

En una nota 1978 de la producción, el Dr. Jesco von Puttkamer, consejero técnico para el Star Trek: El cinematográfico, propuesto un modelo de la impulsión de la deformación que lleva algunas semejanzas llamativas a teoría posterior del Dr. Alcubierre, empleando el mismo principio de una distorsión en el espacio-tiempo que mueve una nave más rápidamente que luz dentro de un bolsillo de espacio-tiempo dentro de él. (La nota se reimprime en págs. 153-4 del del libro la fabricación de Star Trek: El cinematográfico.)

Sin embargo, consejeros técnicos posteriores de Star Trek del no siguieron este modelo, y las producciones modernas de Star Trek del tienden a seguir combar-conducen el modelo basado en el uso del " subspace" como reino dimensional alterno con el cual una nave pueda viajar en el hyperlight apresura, análogo al uso del hyperspace en mucha ciencia ficción. Sin embargo, los específicos siguen siendo bastante vagos que algunos consideran posible reconciliar la impulsión de la deformación de Star Trek del con la teoría de Alcubierre (por ejemplo, ver las consecuencias del de Christopher L. Bennett en el cuerpo de Starfleet de series de Ebook de los ingenieros ). Otros, un libro más reciente llamaron la velocidad de la deformación del del Dr. Taylor que cava más en el detalle sobre la teoría de Alcubierre, así como usarla como la base para el libro entero.

Aunque preceda la impulsión de Alcubierre, la versión del anime de capitán Future ofreció un mecanismo similar, llamado el el modo ondulado .

La teoría de la impulsión de Alcubierre también se menciona en la órbita, una novela gráfica por el Warren Ellis .

La teoría de la impulsión de Alcubierre de las menciones de Stephen Baxter en su colección “vacío de la narración breve Diagrams ”.

Críticas

¡
Desconectan al piloto dentro de la burbuja causal con sus paredes. Por lo tanto la burbuja no se puede utilizar para el primer viaje de la rápido-que-luz del a una estrella distante. Es decir para viajar a Vega (que esté a 26 años luz de la tierra) un primer tiene que arreglar todo de modo que apareciera la burbuja que se mueve hacia Vega con una velocidad del superluminal y estos arreglos tarden siempre más de 26 años (Krasnikov, 1998).
Los problemas significativos del

con el métrico de esta forma provienen el hecho que todos los spacetimes sabidos de la impulsión de la deformación violan las varias condiciones de la energía. Es verdad que ciertos fenómenos experimental verificados del quántum, tales como el efecto de Casimiro, cuando está descrito en el contexto de las teorías de campo de quántum, lleva a los tensores de la tensionar-energía que también violan las condiciones de la energía y así que uno pudo esperar que el tipo impulsiones de Alcubierre de la deformación se podría quizás observar físicamente por la ingeniería lista que se aprovechaba de tales efectos de quántum. Sin embargo, si ciertas desigualdades de Quantum conjeturadas por Ford y el asimiento romano, entonces las necesidades energéticas para algunas impulsiones de la deformación pueden ser absurdo gigantescas, e. la energía -10⁶⁷g se pudo requerir para transportar una pequeña nave espacial a través de la galaxia de la manera lechosa. Los argumentos contrarios a estos problemas evidentes se han ofrecido (Krasnikov, 2003), pero no se convence cada uno que pueden ser superados.

se ha sugerido que un flujo intenso de la luz de las estrellas cambiada de puesto azul freiría a cualquier habitante de la burbuja.

si las impulsiones de la deformación fueran genuino posibles, esperábamos ver, incluso en modelos del juguete tales como la impulsión de la deformación de Alcubierre, una cierta indicación de masa-energía que es recolectada para arriba, transportada, concentrada, reorganizada y usado para crear y para funcionar la burbuja de la deformación. Pero al lado de su misma naturaleza, las métricas actuales de la impulsión de la deformación parecen tener un carácter muy diverso: la burbuja aparece (y puede desaparecer eventual) " spontaneously". Podemos observar una clase de " circulation" del energía-ímpetu alrededor de la burbuja, pero nada que sugiere un fenómeno que se pueda crear o controlar por medios físicos.

Extensión en el trabajo de Alcubierre

El Chris Van Den Broeck intentó abordar ediciones potenciales en un 1999 de papel también publicado en el clásico y la gravedad de Quantum . Contratando las 3+1 superficies dimensionales de la “burbuja” que es transportada por la impulsión, mientras que al mismo tiempo ampliaba 3 dimensionales el volumen contenido adentro, Van Den Broeck podía reducir la energía total necesaria para transportar los pequeños átomos a menos de 3 masas solares. Más adelante levemente modificando el métrico Krasnikov de Van Den Broeck redujo la cantidad total necesaria de energía negativa a algunos miligramos.

trabajo por González-Díaz resolvió problema de quántum inestabilidad para 2 dimensión en su papel publicado en físico revisión D, vol. 62, González-Díaz propuso el considerar cerrado, tiempo-como curvas. Este refinamiento permite espacios multiplicar-conectados, cerrando el estado incompleto geodésico y los requisitos satisfying de la inestabilidad de Quantum.

Ver también

Soluciones exactas en la relatividad general (para más en el sentido en el cual el espacio-tiempo de Alcubierre es una solución).
Propulsión de la nave espacial
Rápido-que-luz
Tubo de Krasnikov

Zenithic

Flexiverse

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