אל המאדים בשלוש שעות, ואיך לנוע יותר מהר מהאור בלי לעבור על המהירות המותרת

המכון האמריקני לאווירונאוטיקה ואסטרונאואיקה (AIAA) הוא ארגון בינלאומי מכובד (קיים כ-70 שנה) שחברים בו כ-35 אלף מהנדסי תעופה וחלל, והוא עוסק מטבע הדברים בכל הטכנולוגיות הקשורות לטיסה באוויר ובחלל. אין שום דבר מפליא בכך שארגון זה מציין לשבח מאמר אשר דן, למשל, במודל של "מכניקת זרימה חישובית לחקירת זרימה דרך רוטור במדחס עבר-קולי עם מרווחי קצה גדולים" או "שיפור בזיהוי קונפליקטים לצורך צמצום שגיאות תפעוליות בבקרת תנועה אווירית". למי שאינו מהנדס תעופה נושאים אלה נשמעים מן הסתם מעוררי פיהוק אדיר (למרות שבזכותם אנחנו מעיזים להיכנס לתוך מיכל משונה ורועש עם כנפיים ולהמריא אל מעבר לים).
אבל כאשר AIAA מעניק פרס מיוחד למאמר העוסק באפשרות לבנות חלליות שמהירותן עולה על מהירות האור, זה כבר משהו שלא צריך להיות דווקא חובב מדע בדיוני כדי להתרגש ממנו. ואם הדבר נעשה בעזרת שימוש ב"על-חלל רב-ממדי", אז חובבי מד"ב בהחלט רשאים להתלהב.
זה אכן מה שקרה לפני חודשים אחדים. AIAA מעניק בסוף כל שנה פרסים למאמרים הטובים ביותר בקטגוריות שונות. אחת הקטגוריות היא "המאמר הטוב ביותר בנושא טיסה עתידית וגרעינית". הפרס הראשון בקטגוריה זאת לשנת 2005 ניתן למאמר בשם: "קווים מנחים להנעת חלל על בסיס תאוריית הקוואנטום של היים", מאת וולטר דרושר (מדען מאוניברסיטת אינסברוק באוסטריה) ויוכם האוזר (מהאוניברסיטה למדע שימושי בזלצגיטר, גרמניה). מאחורי השם התמים וה"יבש" הזה מסתתרת תקווה עתיקה וגדולה –  תקווה להגיע אל כוכבים רחוקים, ורצוי מהר. לא רק תקוה, אלא אולי גם דרך נועזת להגשים אותה – בזמן קצר ובלי צורך במשאבי אנרגיה אדירים. זהו אתגר גדול, שהרי כולנו יודעים שבמהירויות של החלליות הקיימות היום מסע אל המאדים דורש כ-8 חודשים (לכיוון אחד), ועל מסע מאויש אל כוכבים מחוץ למערכת השמש אין מה לדבר. אמנם יש על הנייר רעיונות מלהיבים לבנות חלליות מהירות בהרבה, למשל בעזרת "מפרש שמש" (הנדחף על ידי חלקיקי האור, הפוטונים), אך גם אלה אינם מספיקים לנוכח המרחקים האדירים, המייאשים, של הגלקסיה ומעבר לה (שהרי נדרש זמן של שנים כדי להאיץ חללית לא גדולה במיוחד ולו לעשירית ממהירות האור).
 
אז איך אפשר אולי להתגבר על הבעיה? אולי בעזרת פיסיקה חדשה של על-מרחב עם שמונה ממדים. אולי אפילו "רק" שישה.
המושג "על-מרחב" או "על-חלל" (hyperspace) נולד ככל הנראה בספרות המדע הבדיוני. "האנציקלופדיה של מדע בדיוני" (בעריכת פיטר ניקולס) מייחסת את המצאת המושג הזה לג'ון קמפבל, עורכו האגדי של המגזין "אסטאונדינג סיינס פיקשן", שם דבר ב"תור הזהב" של המד"ב.  קמפבל טבע את המונח לראשונה בסיפור קצר שפרסם בשנת 1934. מאז רבים וטובים עשו בו שימוש שגרתי – סופרים ופיסיקאים כאחד. בסיפורי מד"ב רבים משמש מונח ה"על-חלל" כתעלול נפוץ לעקוף את חסם מהירות האור: החללית עוברת ל"חלל-על" המשמש כעין קיצור דרך אל קצוות הגלקסיה (או אל גלקסיות אחרות). בפיסיקה המודרנית משמש המושג לעתים כאמצעי במסגרת הנסיונות התאורטיים, הכושלים לפי שעה, להגיע אל "התאוריה של הכל": איחוד תורת היחסות הכללית עם פיסיקת הקוונטים, ומתן הסבר לכל הכוחות הפועלים בטבע בעזרת גיאומטריה של ממדים גבוהים. למרות שהשאיפה הזאת די ברורה, העניין לא פשוט כלל וכלל, בלשון המעטה. מי שמעוניין ללמוד על זה משהו מספר מדע פופולרי מעולה ומרתק, מוזמן לעיין בספר "על-מרחב" של הפיסיקאי מיצ'יו קאקו (כותרת משנה: "אודיסיאה מדעית ביקומים מקבילים, בעיוותי זמן ובממד העשירי", תרגם עמנואל לוטם, הוצאת הד ארצי, 1998).
למעשה, מדובר על הליכה בצעד גדול ונועז קדימה בעקבות תורת היחסות הכללית של איינשטיין. בתורתו זו נתן איינשטיין פרוש גיאומטרי למה שאנחנו תופשים כ"כוח הכובד". לפי תורת היחסות הכללית, כוח הכובד (הגרביטציה)אינו אלא תוצאה של עיקום במרחב הארבע-ממדי (מרחב-זמן). מיצי'ו קאקו מסביר זאת כך: נניח שאתה יצור דו-ממדי שחי על מישור, למשל על דף נייר ישר, כלומר בעולם דו-ממדי. אין לך מושג שקיים גם "גובה", הווה אומר ממד שלישי. ונניח שהמישור (דף הנייר) מתקפל או מתכופף מטה. אתה מגיע  אל קו הקיפול וכדי להמשיך הלאה אתה נאלץ לנוע כלפי מטה, על הנייר המכופף. כלומר, אתה חש כאילו פעל עליך כוח שאילץ אותך לשנות כיוון, אך בעצם מה שאילץ אותך לעשות זאת היתה הגיאומטריה של העולם הדו-ממדי שלך, כפי שהיא נראית "מלמעלה", בעולם תלת-ממדי. מה המסקנה? נוסיף עוד ממדים "גבוהים" לעולם הארבע-ממדי של איינשטיין, ואז גם יתר הכוחות הפיסיקליים (הכוח האלקטרומגנטי והכוחות הגרעיניים) יתגלו כתולדה מעין-גיאומטרית של עיקומים במרחב רב-ממדי –   "על-מרחב".

 

איור של האמן לס בוסינאס מאתר "פריצות דרך בהנעה" של נאסא, המתאר חללית היפותטית הנעה במהירות קרובה למהירות האור תוך שימוש בעיקום המרחב.

אחד האנשים שחשבו בכיוון זה עוד בשנות ה-50, תוך נסיון לאחד את תורת היחסות הכללית עם מכניקת הקואנטים (נסיון בו נכשל שאיינשטיין עצמו) היה פיסיקאי גרמני אלמוני למדי בשם בורקהרד היים. בהתחלה הוסיף היים במודל התאורטי שלו ארבע מממדים ליקום הארבע-ממדי של איינשטיין, ואחר כך הסתפק בהוספת שני ממדים בלבד. בעולם ששת הממדים של היים יש "צימוד" בין כוח הכובד והכוח האלקטרומגנטי, ולפי התאוריה שפיתח יש אפשרות להמיר אנרגיה אלקטרומגנטית לאנרגיית כבידה ולהפך. אפשרות זאת העלתה במוחו מייד את הרעיון שאפשר לנצל זאת להנעת חלליות. איך? ע"י ניטרול כוח הכובד באמצעות שדה מגנטי מסתובב ורב-עוצמה. הרעיון נראה כגירסה מתוחכמת לרעיון ה"אנטי-כבידה" הישן, המוכר לקוראי מד"ב עוד מימי ה. ג'. וולס. היים הציג את הרעיון שלו בשנת 1957, ועורר התעניינות רבה אצל אנשים כמו וורנר פון בראון (שהיה אז מעורב בפרויקט טילי "סאטורן" האמריקאי). היו אף כאלה שהציעו את מועמדותו לפרס נובל – אם רק יצליח לבצע ניסוי שיאשש את התאוריה. את זה היים לא הצליח לעשות. הוא גם לא שש לפרסם יותר מדי את הגיגיו (כנראה בין השאר עקב נסיבות אישיות קשות שהיו קשורות לנכות פיסית: הוא חלם להיות מדען רקטות מגיל 6 ואיבד את שתי ידיו ואת רוב כושר ראייתו ושמיעתו כאשר התעסק עם חומרי נפץ בגיל 19). הוא המשיך לפתח את התיאוריה שלו בכיוון קצת אחר – לחיזוי מדויק של מסות חלקיקים תת-אטומיים. כך נשכח כמעט הרעיון של היים בדבר הנעת על-חלל, עד שהוא התגלה מחדש בשנות ה-80 ע"י הצמד דרושר והאוזר. דרושר שיחזר למעשה את המודל הישן של היים, זה עם שמונת הממדים, ופיתח אותו הלאה. לפי התאוריה החדשה, מהשפעות גומלין שונות של  שמונת הממדים נובעים שני כוחות חדשים: האחד הוא כוח כבידה שלילי (דחייה), הקשור מן הסתם למה שנקרא בפי האסטרופיסיקאים "אנרגיה אפלה" (המסבירה את האצת קצב ההתפשטות של היקום). השני הוא אותו צימוד של כבידה ואלקטרומגנטיות, שלטענת האוזר ודרושר יוצר צמדים של חלקיקים בשם "גרביטופוטונים". חלקיקים אלה, לדעת צמד המדענים, "מתווכים" בתהליך ההמרה בין אנרגיית כבידה לאנרגיה אלקטרומגנטית. נשמע לכם מעורפל ומסובך? אתם בחברה טובה. גם פיסיקאים ידועי שם סבורים שהתאוריה אינה ברורה די צרכה, ובוודאי טעונה אישוש נסיוני. אך זה לא גורע מההתעניינות הרבה לה זכה המאמר של השניים, עד כדי זכייתם כאמור בפרס של AIAA. כי אם יש ממש בתאוריה, אז הדרך אל הכוכבים הולכת להתקצר באופן דרסטי.

כיצד?
הדבר יחייב  טבעת מסתובבת גדולת ממדים, שתמוקם מעל סליל מוליך-על כדי ליצור שדה מגנטי חזק. אם הסיבוב יהיה מהיר דיו והשדה המגנטי יהיה  חזק דיו (ונתעלם כרגע מהשאלה אם יצור אנוש יכול לעמוד בעוצמת שדה של 25 טסלה), תיווצר אינטראקציה בין הגרביפוטונים לבין כוח הכבידה הרגיל, והתוצאה תהיה כוח דחייה או אנטי-כבידה.
אם חשבתם שבכך נגמר הסיפור, טעות בידכם. כאן נכנסים דרושר והאוזר עוד יותר עמוק לאזור הדמדומים של ספקולציות פרועות, שירגשו כל חובב מד"ב. לדבריהם, החללית עם השדה המגנטי המסוחרר תוכל "להחליק" אל העל-חלל הרב-ממדי שבו הקבועים הפיסיקליים שונים מאלה המוכרים לנו. ביניהם גם מהירות האור, שתהיה גבוהה בהרבה מזו שבעולמנו. כך תוכל החללית של דרושר והאוזר לטוס במהירת העולה על מהירות האור "שלנו", בלי להפר את תורת היחסות. לפי המאמר של השניים, תוכל החללית להגיע אל כוכב הנמצא במרחק 11 שנות אור מכדור הארץ, תוך 80 יום בלבד! ומסע אל המאדים יהיה דבר של מה בכך: לא יותר משלוש שעות!

הקהילה המדעית הגיבה בשלב זה למאמר של דרושר והאוזר בהתעניינות אך בספקנות רבה, כצפוי. ההתייחסות הרצינית, כמו גם הפרס של AIAA, קשורים במידה רבה למוניטין של התאוריה של היים, שעליה התבססו דרושר והאוזר, בתחום החיזוי המדויק של תכונות חלקיקים אלמנטריים. העיתון הבריטי "ניו סיינטיסט" דיווח על הנושא בהרחבה בכתבת שער מיוחדת ב-7 לינואר 2006,  ובה נאמר שגורמים של מערכת הבטחון האמריקנית מגלים עניין רב בהנעת העל-חלל. מעבדת סנדיה (של משרד האנרגיה האמריקני) בניו-מקסיקו, המתמחה בין השאר ביצירת שדות מגנטיים רבי-עוצמה, אף הציעה לתכנן ניסוי מתאים. יוכם האוזר עצמו מעריך שניתן יהיה לבנות מתקן נסיוני תוך כחמש שנים – אם יימצא המימון המתאים, כמובן. 

אחד האנשים שהגיבו לאחרונה בזהירות על המאמר הוא מארק מיליס, לשעבר ראש הפרויקט "פריצת דרך בפיסיקת הנעה" של נאס"א. הוא הצביע על דברים מעורפלים בתאוריה, ועל כך שגם אם היים הצליח בניבוי מסות של חלקיקים תת-אטומיים, זה לא מבטיח הצלחה בשטחי יישום אחרים, במיוחד אחר הוספת ממדים נוספים למודל של היים. הוא גם מתייחס לעלויות הגבוהות של הניסוי הנדרש לאישוש התאוריה, ומביע ספק אם זה באמת הכיוון שצריך להשקיע בו כספים, במיוחד בתקופה שבה הופסק המימון של פרויקט "פריצות הדרך בהנעה" של נאסא, ולאור העובדה שבשטח מסתובבים רעיונות רבים אחרים, טובים לא פחות ואולי מעשיים יותר.
הפיסיקאי לורנס קראוס (מחבר "הפיסיקה של סטאר-טרק") היה בוטה יותר. באחד הבלוגים באינטרנט הוא צוטט כמי שאמר על המאמר ב"היו סיינטיסט" שזה "טרוף מוחלט", והאשים את העיתון ב"חוסר אחריות קיצוני" בכך שניפחו רעיון תאורטי לגמרי מעבר לכל פרופורציה, וזאת בלי לטרוח אפילו לשמוע חוות דעת של פיסיקאי חלקיקים על המאמר של דרושר והאוזר. הוא טען גם שאין במודל של דרושר והאוזר שום "תאוריית שדה קואנטית אמיתית".
אבל יגידו מה שיגידו, כותב שורות אלה (שלא התיימר לרדת לעומק הנוסחאות של דרושר והאוזר) מוצא קסם מיוחד במשפט הבא המופיע בסיכום של מאמרם,  אשר התפרסם לא במגזין מד"ב אלא בכתב-עת מדעי: "חללית עשויה להשיג מהירות על-אורית על ידי כניסה לחלל מקביל".

 

פורסם (בשינויים קלים) בגליון 28 של "המימד העשירי", כתב העת של האגודה הישראלית למדע בדיוני ולפנטסיה. 
 

 
 

מודעות פרסומת
Post a comment or leave a trackback: Trackback URL.

תגובות

  • sendeon  On אוגוסט 24, 2006 at 8:48 pm

    מזמין אותך לבקר ולהשתתף בבלוג החדש שלי

  • שי  On דצמבר 1, 2010 at 5:21 pm

    מאוד מעניין, נהנתי לקרוא 🙂
    תודה על הפוסט.

כתיבת תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s

%d בלוגרים אהבו את זה: