Theo thuyết tương đối của Einstein, một vật thể không thể bay nhanh hơn tốc độ photon trong vũ trụ, vì thế, những công nghệ nhanh hơn ánh sáng thường thấy trong phim vẫn chỉ là giả tưởng. Tuy nhiên nghiên cứu mới giúp chúng ta tiến một bước gần hơn tới hiện thực hóa điều vốn vẫn bất khả thi.
Hình minh họa động cơ warp.
Được dẫn dắt bởi Giáo sư Jared Fuchs công tác trong ngành khoa học ứng dụng, nghiên cứu mới được đăng tải trên tạp chí Lực hấp dẫn Cơ bản và Lượng tử mang tới một giải pháp mới trong phát triển động cơ warp.
Khái niệm động cơ warp truyền thống
Trong khoa học giả tưởng, động cơ warp có thể bẻ cong tấm nền không-thời gian, giúp tàu du hành di chuyển bằng cách nén vùng không-thời gian đằng trước tàu, đồng thời kéo giãn vùng nằm phía sau tàu. Về cơ bản, con tàu mang động cơ warp không di chuyển, mà không gian quanh trước và sau nó sẽ co và giãn để tàu “bay” trong không gian.
Động cơ warp: Cách tàu du hành trong phim viễn tưởng Star Trek du hành - Ảnh: Trekky0623.
Trên lý thuyết, tàu sẽ di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng mà không vi phạm thuyết tương đối của Einstein. Tuy nhiên, các nhà khoa học cho rằng để có thể bẻ cong không-thời gian, hay nói cách khác là có thể tạo ra và sử dụng được lực hấp dẫn, ta sẽ phải cần tới một dạng vật chất đặc biệt với “mật độ năng lượng âm”.
Khái niệm “mật độ năng lượng âm” kỳ lạ
Hàng ngày, chúng ta chỉ có trải nghiệm về năng lượng dương. Ngay cả môi trường chân không (môi trường không chứa vật chất) vẫn tồn tại một lượng năng lượng dương rất nhỏ, chúng có tên “năng lượng chân không” hay “năng lượng điểm 0”.
Kết luận trên dựa trên nguyên lý dao động lượng tử (hay còn gọi là dao động trạng thái chân không/dao động chân không) trong vật lý lượng tử. Nguyên lý chỉ ra những sự thay đổi nhất thời trong lượng năng lượng của bất kỳ điểm nào trong không gian, và nó được mô tả bởi nguyên tắc bất định do nhà vật lý học đại tại Werner Heisenberg đề xuất.
Mô hình 3D mô tả hiện tượng dao động lượng tử - Ảnh: Derek Leinweber.
Điều đó có nghĩa đến cả môi trường chân không cũng xuất hiện dao động năng lượng. Sự tồn tại của “mật độ năng lượng âm” mới chỉ là phỏng đoán, hiện vẫn chưa ăn khớp với mô hình vật lý mà chúng ta đang có. Luật về nhiệt động lực học cũng như điều kiện để năng lượng tồn tại trong bối cảnh ứng dụng thuyết tương đối chung chưa cho phép một “mật độ năng lượng âm” lớn hình thành.
Một số học thuyết dự đoán về sự tồn tại của một mật độ năng lượng âm nhỏ xuất hiện trong những điều kiện cụ thể. Tuy nhiên, hiệu ứng của nó vẫn nhỏ, chỉ ở quy mô hiển vi và không thể bẻ cong không-thời gian.
Một hướng đi mới cho công nghệ động cơ warp
Nghiên cứu vừa được xuất bản cách đây không lâu đã mở ra một khả năng mới cho động cơ warp. Các nhà nghiên cứu khoa học ứng dụng đề xuất một thiết bị có tên “constant-velocity subluminal warp drive”, tạm dịch là “động cơ warp thực tế với tốc độ bất biến”, với các đặc tính phù hợp với thuyết tương đối.
Mô hình động cơ mới không cần tới năng lượng chưa được khoa học lý giải, thay vào đó sử dụng một tổ hợp của kỹ thuật tận dụng lực hấp dẫn cũ và mới để tạo ra một “bong bóng warp” bọc lấy tàu du hành, có thể giúp tàu bay với tốc độ cao và tuân theo các quy luật vật lý.
“Nghiên cứu mới đổi hướng những bàn luận xoay quanh động cơ warp”, Giáo sư Fuchs, chủ biên báo cáo khoa học, nhận định. “Chúng tôi cho thấy một động cơ warp có thể không còn liên quan tới khoa học giả tưởng nữa”.
Hình minh họa động cơ warp.
Như đã nói ở trên, mô hình động cơ mới tận dụng một số những kỹ thuật cũ và mới, được chứng minh là khả thi nhờ mô hình vật lý Warp Factory do chính nhóm của Giáo sư Fuchs tạo thành. Đây là lần đầu tiên có một nhóm nghiên cứu đề xuất động cơ warp có thể vận hành theo cách này.
“Dù công nghệ của chúng tôi vẫn cần tới một lượng năng lượng đáng kể để vận hành, nó vẫn cho thấy hiệu ứng warp khả thi mà không cần tới một dạng năng lượng mới lạ”, Giáo sư Christopher Helmerich, đồng tác giả nghiên cứu, nói. “Những phát hiện này mở ra tương lai mới, giảm thiểu những yêu cầu cần có để thiết kế động cơ warp”.
Và khác với công nghệ động cơ lực đẩy hiện hành, động cơ warp của nhóm nghiên cứu không gây ra lực G lên nhà du hành. Theo nhóm nghiên cứu, động cơ warp dạng này có thể được chế tạo bằng vật chất thông thường. Hiện họ đang liệt kê những thách thức trước mắt, đồng thời hợp tác với các bên nhằm đi vào sản xuất một thiết bị thử nghiệm.
Nếu một ngày chúng ta thực sự có trong tay động cơ warp hoạt động được, một kỷ nguyên du hành vũ trụ mới sẽ mở ra, khi đó con người sẽ có thể vỗ ngực tự hào, rằng “ta đại diện cho một giống loài liên sao”.