Power of The Black Sun

" Let the future tell the truth, and evaluate each one according to his work and accomplishments. The present is theirs; the future, for which I have really worked, is mine. "

"ให้อนาคตเป็นเครื่องบอกความจริงของคนๆหนึ่ง โดยพิจารณาจากสิ่งที่คนๆนั้นทำเเละความสำเร็จที่คนๆนั้นได้รับ ปล่อยให้ปัจจุบันเป็นเรื่องของพวกเขา ส่วนอนาคต ซึ่งผมตั้งใจทำมันอย่างจริงจัง คืองานของผม "
............................................................................................

วันอังคารที่ 6 ตุลาคม พ.ศ. 2552

วาร์บไดร์ฟ (Warp Drive)

ข้าพเจ้าเป็นคนหนึ่งทีหลงใหลในการศึกษาเรื่องราวเกี่ยวกับดวงดาวเเละห้วงอวกาศมาตั้งเเต่เล็ก จำความได้ว่าตอนเป็นเด็ก ทุกครั้งที่มองขึ้นไปบนท้องฟ้าเห็นดวงดาวข้าพเจ้ามักจะถามกับตัวเองว่า บนนั้นมีคนอยู่หรือไม่ ข้าพเจ้าอยากรู้เห็นพื้นพิภพนั้นจังเลย นั่นเป็นเรื่องในวัยเด็ก

พอข้าพเจ้าโตขึ้นมีการศึกษาสูงขึ้นเเละมีโอกาสได้ร่ำเรียนในสาขาที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์เเละเทคโนโลยีดังที่หวัง ทำให้ข้าพเจ้าทราบดีว่าสิ่งมีชีวิตน้อยๆที่เรียกว่ามนุษย์ รวมทั้งข้าพเจ้าด้วยซึ่งก็เป็นมนุษย์ผู้หนึ่ง ยังไม่สามารถเดินทางไปไหนในห้วงอวกาศได้ไกลกว่าดวงจันทร์ เนื่องจากเทคโนโลยีการเดินทางในห้วงอวกาศเราข้องข้างจำกัด เเละล้าสมัย ด้วยการเทคโนโลยีการเผาไหม้ ไม่สามารถทำให้เราเดินทางไปไหนได้ไกลในห้วงอวกาศ เเล้วจะมีสิ่งใดเหล่าที่จะทำให้ความฝันในการเดินทางระหว่างดวงดาวของมนุษยชาติเป็นจริง เเนวทางที่เป็นไปได้ทางหนึ่งที่ข้าพเจ้าจะนำเสนอในวันนี้คือเทคโนโลยีวาร์บไดร์ฟ ข้าพเจ้าจะเเสดงให้เห็นถึงว่ามันมีความเป็นไปได้มากน้อยเพียงใด ดังนี้


วาร์บไดร์ฟ คือระบบขับดันด้วยความเร็วเหนือแสง (Faster than light, FTL) สำหรับใช้เดินทางในห้วงอวกาศดังที่ปรากฏในนิยายวิทยาศาสตร์หลายเรื่อง ที่เด่นชัดที่สุดคือในเรื่อง Star Trek ยานอวกาศที่ใช้เทคโนโลยีวาร์บไดร์ฟจะสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือแสงได้ด้วยปัจจัยหลายอย่าง โดยสามารถหนีพ้นจากปัญหาการยืดหดของเวลาในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้ ส่วนในนิยายวิทยาศาสตร์อื่นๆที่อาศัยหลักการของเทคโนโลยีวาร์บไดร์ฟได้แด่ Star, EVE online, Starcraft, Darkspace, Starship Troopers และ Red Dwarf นอกจากวาร์ฟไดร์ฟเเล้วยังมีเทคโนโลยี FTL ในนิยายวิทยาศาสตร์เรื่องอื่นๆ เช่น จั้มไดร์ฟ (Jump Drive) หรือ Infinite Improbability Drive ที่สามารถทำให้วัตถุเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งไปยังจุดหนึ่งได้ในทันทีทันใน (แบบในหนังเรื่อง Jumper) แต่วาร์บไดร์ฟเป็นเทคโนโลยีที่สร้างฟอง (Bubble) สูญญากาศรอบยานเพื่อปกป้องยานจาสิ่งเเวดล้อมของกาลอวกาศภายนอก จากการที่ยานอวกาศสร้างฟองดังกล่าวจะทำให้เกิดเเรงผลักดันอย่างต่อเนื่องทำให้ยานเคลื่อนที่ด้วยความเร็ววาร์บ (Warp Velocity) ซึ่งสูงกว่าความเร็วเเสง
แนวความคิดในการทำให้ห้วงกาลอวกาศบิดเบี้ยว (warping space) ในเป็นการสร้างแรงขับดันได้สร้างความตื่นเต้นในการศึกษาเชิงทฤษฎีแก่นักฟิสิกส์เช่น Miguel Alcubierre ผู้ซึ่งออกแบบระบบของดันสมมติ (Hypothetical Drive) แต่อย่างไรก็ตามระบบดังกล่าวเป็นเทคนิคขั้นสูงเกินกว่าที่ข้าพเจ้าจะมานำเสนอในบทความในช่วงนี้ได้



รูปที่ 1 ลักษณะของการทำให้กาลอวกาศบิดเบี้ยวเกิดฟองสูญญากาศรอบตัวยานขณะใช้วาร์บไดร์ฟ


ในปัจจุบันยังไม่มีทางที่จะสร้าง finite space-time หรือฟอง ดังที่ได้กล่าวไว้ขึ้นมาได้ โดยที่ฟองดังกล่าวจะต้องห่อหุ้มยานเอาไว้ โดยแยกจากกาลอวกาศปกติที่อยู่รอบยาน เช่นนั้นแล้วย่อมแสดงว่าบริเวณที่อยู่นอกฟองดังกล่าวก็คือกาลอวกาศปกติที่ถูกทำให้บิดเบี้ยว ซึ่งการที่กาลอวกาศต้องการที่จะคืนรูปสู่สภาวะปกติ (คือไม่บิดเบี้ยวโดยการรีบดีดบริเวณที่บิดเบี้ยวไปไกลๆ) จึงทำให้เกิดแรงขับดันบริเวณที่อยู่ในฟองให้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วแสง ระบบขับดันด้วยความเร็วเหนือแสง อยู่บนพื้นฐานของ Alcubierre’s warp drive ที่ใช้ประโยชน์จากพลังงานมืด (dark energy) ในการผลักดันยานอวกาศให้มีความเร็วเหนือแสง และถือเป็นการปฏิวัติการเดินทางในห้วงอวกาศ ซึ่ง Alcubierre's warp drive คืออะไรขอกล่าวในบล็อกต่อๆไป

รูปที่ 2 ภาพวาดจากจินตนาการของนักวาดภาพที่อธิบายถึงวิวด้านหน้าของยานที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยเทคโนโลยี่วาร์พไตร์ฟ

หลักการของวาร์บไดร์ฟได้รับการสนับสนุนโดยการคำนวณโดยนักฟิสิกส์หลายท่านที่ Baylor University in Waco, Texas เมื่อเปรียบเทียบกับ หลักการของวาร์บไดร์ฟของ Star Trek ทฤษฎีของพวกเขาบอกว่ายานอวกาศจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ววาร์บภายในฟองของกาลอวกาศโดยอาศัยแรงผลักของพลังงานมืด โดยความลับของแรงที่มองไม่เห็นนี้ ได้รับการยืนยันจากการสังเกต ความเร่งของการขยายตัวของเอกภพ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในปี ค.ศ. 1996 นาซาได้ก่อตั้ง Breakthough Propulsion Physics Program ซึ่งให้การสนับสนุนงานวิจัยเกี่ยวกับวาร์บไดร์ฟ โดยโครงการนี้ได้หยุดชะงักไปเมื่อปี ค.ศ. 2002 ขณะที่การทดลองทั้งหมดที่ทำโดยทฤษฎีทางฟิสิกส์ แต่กลับไม่มีแบบจำลองใดที่สามารถทำการเดินทางด้วยความเร็ววาร์บเป็นไปได้ นักฟิสิกส์บางคนได้เสนอแบบจำลอง FTL โดยสร้างในบริบทของ Lorent manifolds ซึ่งใช้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในการสร้างแบบจำลองกาลอวกาศ แต่อย่างไรก็ตามแบบจำลองนี้ก็ไม่สื่อในการที่จะใช้ในการหาผลเฉลยของ Einstein field equation โดยมันไม่ได้ให้ความรู้เกี่ยวกับว่าจะสร้าง warp bubble อย่างไร? แต่อย่างใด

ตามหลักการในแบบจำลองของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนี้แสดงให้เห็นว่าเป็นไปไม่ได้อย่างยิ่งที่วัตถุจะมีความเร็วมากกว่าความเร็วแสง ในหลักการแล้วอาจเป็นไปได้ที่จะเลี่ยงกฎของนี้โดยการทำให้กาลอวกาศบิดเบี้ยว ซึ่งทฤษฎีที่มีชื่อเสียงเกี่ยวกับเรื่องนี้คือ Alcubierre Drive ซึ่งในทฤษฎีนี้ได้มีการใช้คำศัพท์ที่บรรยัดจาก Star Trek คือ “warp factor” ซึ่งเป็นการวัดการบิดเบี้ยวของกาลอวกาศ แทนที่จะเป็นขนาด (magnitude) ของความเร็ว ในหนังสือ The Physics of Star Trek เขียนโดย Lawrence Krauss กล่าวว่ามีความเป็นไปได้ที่จะเดินทางในห้วงกาลอวกาศด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วแสงโดยใช้วาร์บไดร์ฟ แต่พลังงานลบ (negative energy) จำนวนมากจำเป็นที่จะต้องใช้ร่วมกับการทำงานของวารบไดร์ฟ Gardiner ได้สร้างสเกลเวลาขึ้นมาสำหรับการพัฒนาวาร์บไดร์ฟโดยวิเคราะห์จากประวัติศาสตร์ เขาได้สรุปว่ามนุษยชาติจะประสบความสำเร็จในการสร้างวาร์บไดร์ฟในปี ค.ศ. 2180 (หวังว่าข้าพเจ้าคงยังไม่ตายนะ อยากเห็นกับตาหน่ะ)

จากสมการ Einstein field equation ซึ่งอยู่บนพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกล่าวว่า ในทางทฤษฎีแล้ววัตถุจะสามารถเดินทางด้วยความเร็วมากกว่าแสงได้ถ้ากาลอวกาศโค้ง
โดยที่ Guv คือ Einstein curvature tensor ซึ่งอธิบายถึงความโค้งของอวกาศ โดยสมมติฐานแล้วถ้ากาลอวกาศถูกทำให้บิดเบี้ยวอย่างเหมาะสมแล้ว ความเร็วของวัตถุในทางเทคนิคก็จะยังไม่มากกว่าความเร็วแสง แม้ว่าจะปรากฏต่อผู้สังเกตที่อยู่ในกาลอวกาศปกติว่ามีความเร็วมากกว่าความเร็วแสง

ในปี ค.ศ. 2007 นักฟิสิกส์ชื่อ Richard Obousy เสนอว่าวาร์บไดร์ฟสามารถสร้างขึ้นโดยอาศัย extra dimension (คำนี้ข้าพเจ้าไม่รู้จะแปรเป็นไทยอย่างไร แต่ให้หมายถึงมิติที่นอกเหนือจาก 4 มิติที่เรารู้จักและสัมผัสได้ ซึ่งประกอบด้วย กว้าว ยาว สูง และเวลา) ในทฤษฎีสตริง (String Theory) เขามีความคิดว่าการขยายตัวของกาลอวกาศเป็นผลมาจากการสั่นของกราวิตอนในสภาวะพื้นในมิติที่สูงกว่า ซึ่งสมการของพลังงานสุญญากาศสามารถเขียนได้เป็นในแบบจำลองนี้ รัศมีของ extra dimension จะควบคุมการขยายตัวของกาลอวกาศโดยตรง Obousy แนะนำว่าเป็น superstring ที่ห่อหุ้มรอบๆ extra dimensions ซึ่งมีอิทธิพลต่อ string และขนาดของ extra dimension ที่เกิดขึ้นประจำตำแหน่งในการสร้างการควบคุมการขยายและหดตัวของกาลอวกาศรอบๆยานอวกาศ ในปี ค.ศ. 2008 มีการรายงานว่านักฟิสิกส์สองคนจาก Baylor University ได้เสนอ outline เกี่ยวกับว่าเครื่องยนต์ที่จะสามารถทำให้การเดินทางด้วยความเร็วมากกว่าแสงเป็นจริงได้จะต้องสร้างโดยอาศัย 11 มิติซึ่งเป็นโครงสร้างของทฤษฎีใหม่ที่เรียกว่า m-theory

เเต่จากการศึกษาวิจัยของ Finazzi, Liberati และ Bacelo’ แสดงให้เห็นว่า “warp bubble” ดูเหมือนจะไม่ค่อยเสถียร





ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น