Donderdag 07/07/2022

AchtergrondWarpdrive

Hoe de warpdrive, de betoverende technologie uit Star Trek, door de lockdowns steeds dichterbij komt

Dankzij de warpdrive racet het ruimteschip Enterprise in Star Trek door het onvoorstelbaar grote heelal.   Beeld
Dankzij de warpdrive racet het ruimteschip Enterprise in Star Trek door het onvoorstelbaar grote heelal.

De warpdrive uit Star Trek, een supermotor waarmee je naar de sterren kunt reizen, blijft misschien geen fictieve technologie. Dat blijkt uit een ministorm aan vakartikelen die fysici tijdens de lockdowns schreven.

George van Hal

Achteloos gaat het, in de televisieserie Star Trek: The Next Generation. Wanneer kapitein Jean-Luc Picard het voor de kijker zo vertrouwde bevel ‘engage!’ geeft, rekken de omliggende sterren uit tot streepjes en racet ruimteschip Enterprise op warpsnelheid de diepte van de kosmos in, sneller dan het licht.

De warpdrive is een betoverende toekomsttechnologie uit het Star Trek-universum, dat sinds de eerste aflevering in 1966 inmiddels tien – binnenkort elf – televisieseries telt en dertien speelfilms. En in al die series en films verkennen personages met ruimteschepen het heelal, waarbij ze reizen van planeet naar planeet en contact leggen met een bonte verzameling buitenaardse wezens.

‘Als kind was ik een enorme Star Trek-fan’, zegt fysicus Erik Lentz, verbonden aan het Pacific Northwest National Laboratory in de Verenigde Staten. Daar doet hij onderzoek naar esoterische fysicafenomenen zoals donkere materie en quantuminformatie, maar tik zijn naam in op Google en de eerste zoeksuggestie gaat over het onderzoek dat hij in zijn vrije tijd doet: de warpdrive.

‘Toen ik ouder werd, realiseerde ik me dat niet alles uit Star Trek ooit echt zal bestaan’, zegt hij. ‘Maar de warpdrive liet me niet los.’ Het leverde, kort na de eerste coronalockdown, een vakpublicatie op die het startschot zou vormen van een wonderlijke versnelling in onze kennis over deze fictieve toekomstmotor.

Exotische materie

Dat van alle technologieën uit Star Trek juist de warpdrive de aandacht trekt, is niet verwonderlijk. Zónder zou het verhaal onmogelijk zijn. Het heelal is namelijk bizar, onvoorstelbaar, waanzinnig groot. Zelfs als je ‘slechts’ op bezoek wil bij de volgende ster, werpen de enorme kosmische afstanden een schier onneembare barrière op.

Die volgende ster is Proxima Centauri, hier 4,5 lichtjaar vandaan, een afstand waar het licht 4,5 jaar over doet. Licht vliegt op de kosmische maximumsnelheid, dus elke andere methode kost meer tijd. Met de snelste ruimtesonde die mensen ooit hebben gebouwd kost de lange tocht door de gapende leegte tussen de sterren je een grove achtduizend jaar. Wie, zoals in Star Trek, ons gehele sterrenstelsel (diameter: 105 duizend lichtjaar, met daarin een geschatte honderdduizendmiljoen sterren) wil verkennen, staat dan voor een onmogelijke opgave.

Logisch dus, dat sciencefictionmakers een uitweg zoeken. De populairste oplossing? Vlieg niet ultrasnel – sneller dan het licht is natuurkundig onmogelijk – maar maak de afstand korter. De warpdrive doet dat door ruimte en tijd te krommen. Fictie, natuurlijk. Totdat fysicus Miguel Alcubierre zich eind vorige eeuw plots realiseerde dat zo’n motor écht mogelijk was.

Minder afstand

In 1994 keek Alcubierre naar een aflevering van The Next Generation op een moment dat hij promotieonderzoek deed naar nog onbekende uithoeken van Einsteins algemene relativiteitstheorie, waarin zware massa’s ruimte en tijd kunnen krommen. En dus pakte Alcubierre een kladblaadje, sloeg aan het rekenen en legde de basis voor een artikel dat later dat jaar verscheen in het vakblad Classical and Quantum Gravity.

Daarin beschrijft hij hoe je ruimte en tijd voor een ruimteschip kunt samenpersen en achter het schip weer kunt uitrekken, zodat je veilig opgesloten in wat hij een warpbel noemt veel minder afstand hoeft af te leggen naar de gewenste bestemming.

Zo’n Alcubierre-drive in de praktijk bouwen is alleen extreem lastig. De ruimte zo sterk krommen kan niet met ‘gewone’ massa, maar moet met exotische materie, met een negatieve zwaartekracht. En dat kennen we nog helemaal niet. Het maakt van de warpdrive iets waar een Star Trek-fan van mag dromen, maar dat voorlopig in elke praktische zin onhaalbaar is.

In de decennia die volgden zouden nog eens tientallen warpdrivepublicaties volgen. Ook dat bleven theoretische exercities, gedachtenexperimenten die spelen met de formules van de relativiteitstheorie, op zoek naar nieuwe inzichten. Maar de noodzaak voor exotische materie bleef overeind. Tot nu.

Lockdownmaanden

‘Ik las Alcubierres vakartikel voor het eerst als tiener’, zegt Lentz. ‘Fascinerend vond ik het, al begreep ik er toen nog weinig van.’ Lentz bleef warpdrivepublicaties lezen, ook toen hij allang werkte als natuurkundige. En toen hij tijdens de lockdownmaanden wat tijd over had, keerde hij terug bij zijn oudste fascinatie. En realiseerde zich vervolgens dat iedereen iets over het hoofd had gezien.

‘Alcubierre had voor zijn artikel naar de simpelste mogelijke oplossing gekeken voor de formules van de relativiteitstheorie’, zegt Lentz. Die oplossing leverde de Alcubierre-drive op, een warpbel gestut door een reusachtige hoeveelheid negatieve zwaartekracht. ‘Opvallend was alleen dat de massa fysiek niet op de plekken zat waar de kromming van de ruimte het grootst moet zijn.’

Model van de Alcubierre-drive. Het blauwe gebied staat voor samengeperste ruimte, het rode voor uitgerekte ruimte.  Beeld Harold White/Nasa
Model van de Alcubierre-drive. Het blauwe gebied staat voor samengeperste ruimte, het rode voor uitgerekte ruimte.Beeld Harold White/Nasa

Lentz besloot wat meer exotische wiskunde te proberen en zag dat hij daarmee de formules óók kon oplossen. Het belangrijkste verschil? Bij de warpbel die hij als oplossing kreeg, zat de massa wel op de plekken waar de kromming het grootst was. En, veel belangrijker nog: je kon zijn bel maken met gewone, alledaagse materie. Hij had nog geen grammetje exotisch spul nodig. ‘Ik was vooral verbaasd dat niemand dit ooit eerder had geprobeerd.’

Spel van vervormend licht

Wie in een warpbel à la Lentz zit, ziet uit het raam van een ruimteschip overigens niet de gestreepte sterren uit Star Trek. ‘Bij de warpbel van Alcubierre zie je de sterren al vervormen. En bij mijn oplossing is die vervorming nog veel complexer, de ruimtetijd kromt met hier een piek, en daar weer een dal. Hoe dat er exact uit ziet, heb ik nooit uitgerekend, maar het levert een complex spel op van vervormend licht’.

Hoewel de motor van Lentz al veel praktischer was dan die van Alcubierre, heb je er nog erg veel massa voor nodig. Maar ook dat kan misschien beter, bleek toen kosmoloog Lavinia Heisenberg (Swiss Federal Institute of Technology) met het idee aan de haal ging en een vervolgartikel schreef. Daarin liet ze zien dat de Lentz-motor ook met minder massa werkt. Een massa duizendmaal zo klein als de zon zou voldoende moeten zijn. Dat is nog altijd een overweldigende hoeveelheid kilogram, maar voedde desondanks de hoop dat de warpdrive ooit, in een Star Trek-achtige toekomst, echt zou kunnen bestaan.

Lentz was bovendien niet de enige die tijdens de lockdown aan warpdrives was gaan sleutelen. Fysicus Alexey Bobrick publiceerde samen met ondernemer Gianni Martire min of meer tegelijk in hetzelfde blad een artikel dat iets minder ver ging dan dat van Lentz. Zij berekenden dat een warpdrive geen exotische materie nodig heeft wanneer deze niet sneller vliegt dan het licht. Of, exacter: wanneer deze de afstand niet zodanig verkort dat je op je bestemming bent voordat een lichtstraal arriveert.

Daarnaast stelden ze een nieuw probleem aan de kaak. Volgens hen zou een ruimteschip, zelfs als deze netjes zit ingebed in een warpbel, niet vanzelf bewegen. Ook in een warpbel heb je dus een motor nodig. Dat blijkt echter zodanig lastig dat je – effectief – de lichtsnelheid nooit kunt verbreken, schrijven ze. Een praktisch probleem, waarvan Lentz overigens meent dat het in de toekomst oplosbaar zal blijken.

Storm van aandacht

De publicaties van Lentz en Bobrick leidden tot een storm van aandacht in vooral de Verenigde Staten. Van populairwetenschappelijke media als Scientific American en Physics World tot tabloids als de New York Post, plots leek iederéén het over warpdrives te hebben. Op discussieforum reddit kreeg een draadje over het onderzoek van Lentz zelfs een kleine drieduizend reacties. ‘Ik stond mezelf zojuist kortstondig toe te geloven dat we op schema liggen voor de vlucht van Zefram Cochrane en ik was eventjes intens gelukkig’, zo verwees een reageerder naar het personage dat volgens de Star Trek-canon in 2063 de warpdrive ontdekt. ‘Wie heeft er nog meer het gevoel dat-ie 300 jaar te vroeg is geboren?’, schreef een ander.

Over de vraag of het er in 2063, over driehonderd jaar, of later ooit van zal komen, zijn de meningen verdeeld. Een drietal fysici meent zelfs dat elke warpdrive, ook die van Lentz, een ongeschreven energieregel overtreedt, zo schreven ze onlangs in een voorpublicatie. Overigens meent Lentz dat de kritiek van zijn collega’s op zijn idee niet van toepassing is.

Voorlopig mag iedereen daarom blijven dromen dat de deur naar die final frontier, zoals Star Trek het zo mooi zegt, ooit op een kier gaat. Dat we eindelijk over die laatste drempel gaan stappen richting de diepe kosmos, en reizen naar de verre werelden en vreemde beschavingen die de verhalen ons hebben beloofd.

Hebben onderzoekers ‘per ongeluk’ in het lab een echte warpbel gemaakt?

En dan is er nog dit. Begin december dook op website The Debrief plots het nieuws op dat Harold White, verbonden aan de Nasa, in het lab een échte warpbel had geproduceerd. ‘Wetenschappers ontdekken per ongeluk ’s werelds eerste warpbel’, luidde de kop die razendsnel over internet vloog. ‘Wat we ontdekt hebben is een echte, zij het bescheiden, warpbel’, citeert de site ontdekker White.

Maar fysici die het achterliggende vakartikel indoken concludeerden dat dat die conclusie niet ondersteunt. ‘Ik heb een boek geschreven over warpdrives en nee, we hebben niet per ongeluk een warpbel gemaakt’, luidt de kop boven een kritisch stuk van astronoom en schrijver Ethan Siegel.

‘Dit is theoretisch onderzoek, er is dus geen echte, fysieke warpbel gemaakt’, zegt fysicus Erik Lentz, die wel geïnteresseerd is in het werk van White. ‘Het lijkt me alleen heel erg moeilijk om te maken wat ze in het artikel beschrijven.’

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234