USS Discovery, NCC-1031, er det første Star Trek-skib, vi har set at være i stand til at rejse via spore-drev, hvilket er hurtigere end både impulsmotorer og fordrejningsdrev. Ideen om sporedrevet er fysisk mulig i Universet, hvis der findes ekstra rumlige dimensioner, men det vil sandsynligvis ikke blive drevet af et netværk af svampesporer. (STAR ​​TREK / CBS PRESSKIT)

En femte dimension kan gøre Star Trek Discovery's Spore Drive fysisk muligt

Evnen til øjeblikkeligt at hoppe fra et sted i rummet til et andet er i strid med fysikkens love. Eller gør det det?

Der er nogle få regler i universet, der ser ud til, at de aldrig vil blive brudt. Partikler kan ikke køre hurtigere end lysets hastighed i et vakuum; entropien af ​​et lukket system kan aldrig aftage; energi og fart skal bevares. Men hvis reglerne, som universet spiller efter, er forskellige, end vi forstår dem i dag, kan mange ting, der ser ud til at være forbudt i dag, trods alt være mulige.

I Star Trek: Discovery tager en ny type teknologi os endnu hurtigere end warp-drevet: spore-drevet. I stedet for at køre langsommere end lys (via impulsmotorer) eller endda hurtigere end lys gennem rummet (via fordrejningsdrev) muliggør spore-drevet et øjeblikkeligt "spring" fra et sted i rummet til et andet, frakoblet sted en stor afstand væk. Ideen er blevet afvist som en massiv videnskabsfejring, men de rigtige omstændigheder kunne tage den fra science fiction-området til det virkelige videnskab.

Varpdrevsystemet på Star Trek-stjerneskibe var det, der gjorde rejsen fra stjerne til stjerne mulig. Hvis vi havde denne teknologi, kunne vi let bygge bro over afstanden til stjernerne, men dette forbliver inden for science fiction i dag. Star Trek Discovery's spore-drev åbner en ny mulig mekanisme til hurtigere-end-lys kørsel, der muligvis er endda overlegent end fordrejning. (ALISTAIR MCMILLAN / CC-BY-2.0)

De tre måder, hvorpå Star Trek-franchisen forestiller rumrejser, er som følger:

  • Impulsmotorer, der ligner konventionel kørsel: et brændstof bruges til at skabe energi, der skaber tryk ved en bagudvendt udstødning, der fremkalder rumfartøjet fremad.
  • Warp-drev, hvor selve rummet komprimeres foran et rumfartøj (og udvides bagved det), så det kan køre gennem det komprimerede rum på en måde, der effektivt er hurtigere end lys. I midten af ​​1990'erne skabte den teoretiske fysiker Miguel Alcubierre en rumtid, hvor dette er muligt inden for General Relativity. Hvis der findes negativ masse og / eller negativ energi, kan dette skifte fra en matematisk mulighed til en fysisk.
  • Spore-drev, hvor et netværk af myceliumsporer spredt over hele universet tillader et rumfartøj øjeblikkeligt at rejse fra et frakoblet punkt til et andet, som om de mirakuløst teleporterede.

Den måde Star Trek: Discovery implementerer spore drevet kan være lidt mistænkelig, men den grundlæggende idé er ikke så skør det lyder.

Paul Stamets er nøglen til Discovery's spore-drev, efter at have afsløret en forbindelse mellem mycelium-netværket, han har studeret, en tardigrade-væsen og et skibs evne til at 'hoppe' fra et årsagsligt afbrudt område af rummet til et andet. (MICHAEL GIBSON / CBS)

Ifølge showet er der et netværk af svampesporer fra en speciel type svamp, der er kendt som et mycel. Disse sporer er spredt over hele galaksen og gennemsyrer ikke kun plads, men også subrum.

Ved at gå i kontakt med dette sporenetværk fra et specielt rum, der er til stede på skibet, giver et DASH-drev (Displacement Activated Spore Hub) mulighed for at rejse fra rummet, ind i underrummet og tilbage i rummet på et helt frakoblet sted. Det er en smart idé, der med sikkerhed forestiller sig en mekanisme til at rejse til fjerne steder hurtigere og præcist, end endda et varpdrev kunne aktivere.

Men som Star Trek præsenterede det, er det grundlæggende mangelfuld.

Da besætningen på Star Trek: Discovery først lærte om Tardigrade og myceliumsporer, vidste de ikke, at det faktisk kunne indeholde nøglen til at rejse hurtigere end endog varpekørsel ville tillade. (JAN THIJS / CBS © 2017 CBS INTERACTIVE)

Her er nogle af grundene til.

  1. Star Trek: Discovery er afhængig af et bestemt dyrs kapacitet - en rumtardigrade - til at udføre horisontal genoverførsel og inkorporere fremmed DNA i sit eget genom. Men dyr kan ikke foretage horisontal genoverførsel; kun bakterier kan. Det originale papir, der bestred dette, blev debunked her og her.
  2. Mycelium danner et enormt netværk her på Jorden, men det skyldes dets tilsluttede rodstruktur. Problemet er, at mycel er en avanceret livsform, der krævede milliarder af år med udvikling på Jorden, før de eksisterede; det kunne ikke være opstået i andre solsystemer, galakser eller universer.
  3. Selv hvis disse sporer var kvantemekanisk sammenfiltret, kunne de ikke bruges til at teleportere stof eller endda til at kommunikere hurtigere end lys.

Selvom det måske er en sjov sci-fi-idé, er videnskaben bag den uholdbar.

Warp-rejser, som planlagt for NASA. Hvis du oprettede et ormehul mellem to punkter i rummet, med den ene mund bevæget sig relativistisk i forhold til den anden, ville observatører i begge kørsler have alderen med meget forskellige mængder. Hvis du i stedet for at sno sig gennem rummet i vores 3D-univers, gennem en anden, yderligere dimension, kunne du forbinde to forskellige placeringer næsten øjeblikkeligt. (NASA / DIGITAL ART AF LES BOSSINAS (CORTEZ III SERVICE CORP.), 1998)

Medmindre, det vil sige, var du villig til at foretage en lille ændring af de kendte fysiske love: tilføj en fjerde rumlige dimension for at bringe os op i alt fem dimensioner (inklusive tid). Hvis universet havde en ekstra dimension af rummet, og - vigtigst af alt - muligheden for at lade objekter, der findes i vores tre rumlige dimensioner, udnytte den fjerde dimension til rejse, bliver alt det, som spordrevet forestiller sig, muligt.

For at forstå hvordan, forestil dig et univers med to rumlige dimensioner, som overfladen på et stykke papir. Forestil dig de skabninger, der lever på det ark, og - i ægte Flatland-stil - hvordan et møde med nogen, der kunne manipulere den tredje dimension, ville være.

Flamms paraboloid, der er vist her, repræsenterer rumtiden krumning uden for begivenhedshorisonten for et Schwarzschild sort hul. I Einsteins relativitet kurver masse rumtidsstoffet. Hvis rumtid har yderligere dimensioner, kan det være muligt at rejse praktisk taget fra et sted til et andet ved at drage fordel af den frihed, som en yderligere dimension tillader. (ALLENMCC. AF WIKIMEDIA COMMONS)

En todimensionel væsen har en ydre, der er udsat for verden: konturen af ​​dens krop. Det har også et interiør, der ikke er: alt indvendigt. Bevæbnet med dine tredimensionelle arme (og, hvis du foretrækker det, en blyant og et viskelæder), kan du nemt gøre følgende:

  • omorganiser dets indre organer
  • nå ind og fjerne eller tilføje noget til dets indre,
  • løft den af ​​siden og placer den ned hvor som helst ellers på siden,
  • eller endda folde siden, så to frakoblede placeringer overlapper hinanden og næsten øjeblikkeligt overfører det væsen fra det ene sted til det andet.

Kort sagt, vi ser ud som guder for en skabning, der lever i en færre dimension end vores egen.

Den firedimensionale analog til en 3D-terning er en 8-celle (til venstre); 24-cellen (til højre) har ingen 3D-analog. Ekstra dimensioner medfører ekstra muligheder. (JASON HISE MED MAYA OG MACROMEDIA FIREWORKS)

Så lad os nu komme til vores univers, som vi kender det: med tre rumlige dimensioner. Folk har længe undersøgt ideen om ekstra dimensioner, herunder hvordan de kunne løse mange af kosmologiens største problemer, og endda forklare, hvorfor vi har tre rumlige dimensioner og det univers, vi gør i dag.

Hvad en ekstra dimension kunne gøre for os - hvis vi var villige til at tilføje en fjerde - ligner meget, hvad en tredje dimension ville gøre det muligt for en udefra at gøre med en todimensionel væsen. Især kunne nogen, der fik adgang til den fjerde dimension:

  • udføre operation på os uden at skære os åbne,
  • indsæt, fjern eller omarranger noget inde i os,
  • fjerne os fra vores tredimensionelle rum og placere os hvor som helst andet sted,
  • og ved at folde vores rum efter behov, skal du forbinde to tidligere frakoblede placeringer og aktivere, hvad der ville se ud som nær øjeblikkelig teleportering uden at overtræde relativitetslovene.
Ideen om, at de kræfter, partikler og interaktioner, som vi ser i dag, alle er manifestationer af en enkelt, overordnet teori er en attraktiv, der kræver ekstra dimensioner og masser af nye partikler og interaktioner. En sådan ekstra dimension, hvis den havde de rigtige egenskaber, kunne muliggøre transport svarende til hvad spore drevet opnår i Star Trek: Discovery. (WIKIMEDIA FÆLLES BRUGER ROGILBERT)

Den sidste del lyder helt sikkert meget, som Star Trek: Discovery's spore-drev forsøger at opnå! Et rumskib, gennem en forbindelse med en enhed, der i det mindste delvist befinder sig uden for vores tre rumlige dimensioner, er i stand til at transportere sig selv fra et sted til et andet hurtigere end via nogen kendt måde. Spore-drevet muliggør transport hurtigere end normale motorer; hurtigere end lys; endnu hurtigere end varpdrev ville tillade.

Måden det kan gøre dette på, realistisk, er ved at forlade vores tredimensionelle univers, indtaste en ekstra rumlig dimension og derefter genindtaste vores tredimensionelle univers. Dette fører til en fantastisk og fejlagtig konklusion: underrum er faktisk en ekstra rumlig dimension.

En illustration af kædefeltet fra Star Trek, som forkorter rummet foran det, mens det forlænger pladsen bag det. Spore drevet, både i Star Trek og fra den fysiske idé om at køre gennem en ekstra rumlig dimension i vores virkelighed, kunne føre os fra punkt A til punkt B endnu hurtigere. (TREKKY0623 AF ENGLISH WIKIPEDIA)

En hel række andre problemer og muligheder med Star Trek-teknologi - som jeg selv skrev bogen om - løses straks med identificeringen af ​​underrummet som en anden dimension.

Underrumskommunikation kan forekomme hurtigere end lys, fordi signalerne ikke bevæger sig gennem rummet, men snarere gennem en ekstra dimension, der genvej gennem rummet.

Fordi der er yderligere dimensioner, kan nogle partikler, der ikke kan eksistere i vores univers - tetryonpartikler - eksistere i underrummet.

Og mest relevant er det muligt, at nogle fysiske enheder (eller endda nogle biologiske enheder) ikke kun kan eksistere i vores univers, men opretholde en komponent af sig selv, der findes, og endda danner et netværk, i underområdet. Dette ville være helt i overensstemmelse med, hvorfor Geordi La Forge omtalte underområdet som "... en enorm honningkage med et uendeligt antal celler."

Hvis der findes ekstra dimensioner, skal de være meget små i størrelse. Selv med de største tilladte værdier ville forfaldstiden for et sort hul oprettet ved LHC stadig kun øges til en lille brøkdel af et sekund. Men hvis ekstra dimensioner var reelle, ville muligheden pludselig eksistere for at forlade vores 3D-univers, køre gennem den fjerde rumlige dimension og komme ind igen på et helt frakoblet sted i rumtiden. (FERMILAB DAG)

Hvis vi havde en ekstra rumlig dimension i vores univers, ville enhver væsen, der var i stand til at kontrollere deres bevægelse gennem det, kunne overvinde mange af de konventionelle grænser for vores univers i dag. Hurtigere end lys, øjeblikkelig øjeblikkelig rejse ville blive mulig ved at gennemføre en genvej gennem denne ekstra dimension. Ud over op-og-ned, venstre og højre og frem og tilbage, ville der være en ekstra måde at bevæge sig gennem rummet på, så du kan forlade din nuværende placering og indtaste et andet sted igen. Det ville være en legitim måde at teleportere, uanset hvad du var i stand til at bevæge, endda et helt stjerneskib, en vilkårlig stor afstand på en vilkårlig kort tid.

Det kunne have været et smartere valg at bygge denne science-fiction plot-anordning oven på et fysisk sæt partikler snarere end en biologisk organisme. Uanset hvilket netværk der findes i en ekstra dimension, skal det have ind- og udgangspunkter, der er kontrollerbare for at muliggøre den slags transport, vi ser i Star Trek: Discovery. Men hvis ekstra dimensioner er reelle, og vi kan manipulere dem korrekt, kan vores største sci-fi-drøm af alle - øjeblikkelig teleportering - være tættere på at blive en realitet, end vi nogensinde har forestillet os før.

Starts With A Bang er nu på Forbes og genudgivet på Medium takket være vores Patreon-tilhængere. Ethan har skrevet to bøger, Beyond The Galaxy, og Treknology: The Science of Star Trek fra Tricorders til Warp Drive.