Brže od svetlosti IV

Detalji: Kategorija: Knjižara; Datum kreiranja: ponedeljak, 09 januar 2012 00:00; Autor Astronomski magazin

Može li se putovati brže od svetlosti?

U nekoliko nastavaka objavljujemo poglavlje "Brže od svetlosti" iz knjige Fizika nemogućeg, jednog od vodećih fizičara današnjice, Mičio Kakua.

< | 1 | 2 | 3 | 4 |

11 - BRŽE OD SVETLOSTI

Plankova energija i akceleratori čestica

Moguće je izračunati energiju potrebnu da se napravi nestabilnost u prostoru i vremenu: ona je reda veličine Plankove energije, ili 1019 milijardi elektron-volti. To je odista nezamislivo veliki broj, bilijardu puta veći od energije ostvarive najmoćnijom mašinom današnjice, Velikim hadronskim sudaračom čestica (Large Hadron Collider – LHC). LHC vrti protone u ogromnoj krofni dok ne ostvare energije ravne bilionima elektron-volti, kakve nisu viđene još od Velikog praska. Ali čak ni ovaj monstrum od mašine ne može da proizvede energiju ni približnu Plankovoj energiji.

Posle Velikog hadronskog sudarača, novi eksperimenti vršiće se pomoću Međunarodnog linearnog sudarača (International Linear Collider – ILC). Umesto da skreće subatomske čestice pretvarajući njihovu putanju u krug, ILC će ih ispaljivati u pravolinijskoj putanji. Energija će se dodavati česticama dok se kreću duž te putanje i dok ne steknu nezamislivo velike energije. Posle toga, zrak elektrona sudariće se sa zrakom antielektrona, izazvavši silan izliv energije. ILC će biti od 30 do 40 kilometara dugačak, odnosno deset puta duži od Stenfordskog linearnog akceleratora (Stanford Linear Accelerator), trenutno najvećeg linearnog akceleratora. Ako sve bude kako treba, ILC će biti dovršen do kraja sledeće decenije.

ILC će proizvoditi energiju od 0,5 do 1,0 biliona elektron-volti manju od 14 biliona elektron-volti koliko proizvodi LHC, ali ne dajte da vas te brojke obmanu. U LHC-u sudari između protona se odigravaju na nivou kvarkova koji čine proton. Zato kolizije u kojima učestvuju kvarkovi daju energije manje od 14 biliona elektron-volti. Zbog toga će ILC proizvoditi veće energije od onih generisanih pomoću akceleratora LHC. Takođe, pošto elektron nema nama poznatih konstituenata, dinamika sudara između elektrona i antielektrona jednostavnija je i čistija.

Ali i ILC nije ni približno u stanju da otvori rupu u prostorvremenu. Za to bi bio potreban bilijardu puta moćniji akcelerator. Za našu civilizaciju tipa 0 koja koristi mrtve biljke kao gorivo (odnosno, naftu i ugalj), ova tehnologija je daleko iznad bilo čega što možemo da izvedemo. Ali možda će postati moguća za civilizaciju III tipa.

Podsećam da civilizacija III tipa, koja koristi energiju na galaktičkom nivou, troši 10 milijardi puta više energije od civilizacije II tipa, čija se potrošnja energije zasniva na jednoj zvezdi. S druge strane, civilizacija II tipa troši 10 milijardi puta više energije od civilizacije I tipa, čija se potrošnja zasniva na energiji jedne planete. Za sto ili dvesta godina, naša slabašna civilizacija tipa 0 dosegnuće nivo civilizacije I tipa.

Ova projekcija otkriva da smo daleko od mogućnosti postizanja Plankove energije. Mnogi fizičari smatraju da na izuzetno malim rastojanjima (Plankova udaljenost od 10–33 centimetara), prostor nije prazan niti gladak već postaje penast: vrvi od mehurića koji se neprestano stvaraju, sudaraju s drugim mehurićima, i potom nestaju u vakuumu. Ti mehurići koji niču i gube se u vakuumu jesu virtuelni univerzumi, veoma nalik virtuelnim česticama – elektronima i antielektronima – koji se pojavljuju i potom nestaju. U normalnim okolnostima, ta kvantna prostorvremenska pena nam je potpuno nevidljiva. Ti mehurići se formiraju na tako majušnim međusobnim udaljenostima da ih ne možemo opaziti. Ali kvantna fizika upućuje na sledeće: ako generišemo dovoljno energije u jednoj tački tako da dostignemo Plankovu energiju, ovi mehurići mogu postati veliki. Posle toga mogli bismo da vidimo kako prostorvreme vrvi od majušnih mehurova a svaki je crvotočina povezana s novorođenim svemirom.

U prošlosti su se ti novorođeni svemiri smatrali intelektualnim kuriozitetom, čudnom posledicom čiste matematike. Ali fizičari danas ozbiljno misle da je naš kosmos najpre bio jedan od tih novorođenih svemira.

Ta misao čista je spekulacija, ali po zakonima fizike može se otvoriti crna rupa u prostoru ukoliko se dovoljno energije koncentriše u jednoj tački, dok nam prostorvremenska pena ne postane dostupna i ne pojave se crvotočine koje spajaju naš svemir s novorođenim svemirom.

Naravno, za formiranje rupe u prostoru neophodna je izuzetna tehnologija, ali možda bi civilizaciji III tipa to pošlo za rukom. Na primer, polažu se nade u Vejkfildov stoni akcelerator. Zadivljujuće je da ovaj akcelerator, iako toliko mali da stane na sto, proizvodi milijarde elektron-volti energije. Vejkfildov stoni akcelerator radi na principu ispaljivanja lasera u naelektrisane čestice, koje se potom kreću koristeći energiju tog lasera. Eksperimenti izvršeni u Stenfordskom centru s linearnim akceleratorom, u Raderford-Epltonovoj laboratoriji u Engleskoj, i na École Polytechnique u Parizu pokazuju da je moguće postići ogromna ubrzanja na malim razdaljinama koristeći laserske zrake i plazmu za injektiranje energije.

Do još jednog krupnog pomaka došlo je 2007, kada su fizičari i inženjeri iz Stenfordskog centra s linearnim akceleratorom, Kalifornijskog univerziteta u Los Anđelesu i Univerziteta Južne Kalifornije pokazali da je moguće udvostručiti energiju ogromnog akceleratora čestica u samo jednom metru. Prvo su u Stenfordu ispaljivali zrak elektrona kroz cev dužine 3,2 kilometra, postižući energiju od 42 milijarde elektronvolti. Potom su ovi visokoenergetski elektroni prolazili kroz komoru za dogrevanje dugačku samo 88 cm, u kojoj je bila plazma, gde su elektroni dobijali dodatne 42 milijarde elektron-volti, udvostručujući svoju energiju. Komora s plazmom ispunjena je litijumskim gasom. Kako elektroni prolaze kroz gas, stvaraju talase plazme koji izazivaju turbulenciju. Ta turbulencija dospeva iza elektronskog zraka i dodatno ga potiskuje napred. Fizičari su ovim zadivljujućim dostignućem uspeli tri hiljade puta da povećaju dotadašnju energiju po metru kojom se ubrzava zrak elektrona. Dodamo li takve komore dogorevanja postojećim akceleratorima, mogli bismo načelno da udvostručimo energiju, gotovo bez troškova.

Aktuelni rekord za Vejkfildov stoni akcelerator iznosi 200 milijardi elektron-volti po metru. Brojni problem vezani su za primenu tog rezultata na veća rastojanja (poput održavanja stabilnosti zraka dok se snaga lasera pumpa u njega). Ali, uz pretpostavku da bismo mogli održati energetski nivo od 200 milijardi elektron-volti po metru, podrazumeva se da bi laser koji bi bio u stanju da dostigne Plankovu energiju morao biti dugačak 10 svetlosnih godina. To je u okviru mogućnosti civilizacije III tipa.

Crvotočine i rastegnut prostor mogli bi da budu najrealističniji put ka probijanju svetlosne barijere. Ali nije poznato da li su ove tehnologije stabilne; ako jesu, i dalje bi bila potrebna izuzetno velika količina energije – negativne ili pozitivne – da bi funkcionisale.

Možda bi napredna civilizacija III tipa već mogla da raspolaže ovakvom tehnologijom. Moguće je da će proći čitav milenijum pre nego što i pomislimo o upravljanju snagom ovakvim razmera. Pošto fundamentalne zakone koji upravljaju tkanjem prostorvremena na kvantnom nivou još uvek kontroverzni, ovo bih svrstao u II klasu nemogućeg.

< | 1 | 2 | 3 | 4 |

Crvotočine i crne rupe ¦ Plankova energija i akceleratori čestica

Prikaz knjige Fizika nemogućeg