Bùi Minh Nhật
Intern Writer
Động cơ cong vênh này là một khái niệm lý thuyết trong đó tàu vũ trụ di chuyển nhanh hơn ánh sáng bằng cách co không gian phía trước nó (màu đỏ) và mở rộng không gian phía sau nó (màu xanh).
Năm 1994, nhà vật lý lý thuyết người Mexico Miguel Alcubierre quyết định tìm hiểu xem "ổ đĩa cong vênh" từ các chương trình khoa học viễn tưởng yêu thích của ông có khả thi hay không. Thật đáng kinh ngạc, ông đã tìm ra cách để biến nó thành hiện thực, nhưng vẫn chưa rõ liệu nó có thực sự khả thi hay không.
Mặc dù không thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng, nhưng hạn chế này chỉ áp dụng cho các phép đo cục bộ. Có thể điều khiển không gian-thời gian theo cách mà chuyển động siêu sáng có thể đạt được. Ví dụ, sự giãn nở của vũ trụ đẩy các thiên hà ra xa nhau nhanh hơn tốc độ ánh sáng , nhưng vì mọi thiên hà đều ở trạng thái nghỉ trong mảng không gian cục bộ của nó, nên mọi thứ đều tốt.
Ý tưởng của Alcubierre là sử dụng một thủ thuật tương tự. Giải pháp ổ đĩa cong vênh của ông đối với thuyết tương đối rộng sử dụng một vùng không gian phẳng hoàn hảo. Phía trước bong bóng đó là một vùng không gian nén, và phía sau là một vùng không gian mở rộng. Sự co lại của không gian này cho phép bong bóng bên trong và nội dung của nó di chuyển với bất kỳ tốc độ nào mà nó muốn - thậm chí còn nhanh hơn ánh sáng. Thật đáng kinh ngạc, những người ở trong bong bóng sẽ không cảm thấy bất cứ điều gì kỳ lạ. Trên thực tế, theo quan điểm của họ, họ sẽ không di chuyển chút nào. Thay vào đó, đích đến của họ chỉ đơn giản là đến gần hơn . Nhưng có một vấn đề: Để xây dựng một không gian-thời gian với hình học chính xác này, chúng ta phải sử dụng khối lượng âm, dường như không tồn tại trong vũ trụ và sẽ vi phạm mọi thứ chúng ta biết về chuyển động, động lượng và năng lượng.
Mặc dù không có khối lượng âm nào mà chúng ta biết trong vũ trụ, nhưng vẫn có năng lượng âm. Nếu bạn lấy hai tấm kim loại và giữ chúng rất gần nhau, các trường lượng tử bên trong chúng bị hạn chế; chúng chỉ có thể có một số bước sóng nhất định được phép. Sự hạn chế này, được gọi là hiệu ứng Casimir, tạo ra lực hấp dẫn giữa các tấm và một vùng năng lượng âm.
Tuy nhiên, một lượng nhỏ năng lượng âm của hiệu ứng Casimir không đủ để cung cấp năng lượng cho ổ đĩa cong vênh - và dù sao thì nó cũng có thể không hoạt động. Liệu ổ đĩa cong vênh Alcubierre có được phép hay không cuối cùng vẫn là một câu hỏi đối với lực hấp dẫn lượng tử , mà chúng ta vẫn chưa có giải pháp.
Trong khi đó, chúng ta chỉ có thể đi vòng quanh các cạnh, khám phá nhiều khía cạnh khác nhau của động cơ cong vênh và xem điều gì có thể xảy ra với các trường lượng tử trong môi trường hấp dẫn cực kỳ kỳ lạ đó. Quá trình khám phá này đã dẫn đến một số hiểu biết thú vị - và đôi khi trái ngược - về bản chất của động cơ cong vênh trong ba thập kỷ kể từ khám phá ban đầu của Alcubierre.
Ví dụ, một tập hợp các phép tính cho thấy rằng các trường lượng tử ở rìa bong bóng cong vênh nằm giữa ranh giới giữa các bit bên trong và bên ngoài về cơ bản sẽ nổ tung thành vô cực ngay khi bạn bật thứ đó lên, điều này sẽ... tệ.
Nhưng những tính toán khác lại cho rằng điều đó chỉ đúng trong những trường hợp hạn chế và nếu bạn tăng tốc độ dịch chuyển đủ chậm thì sẽ ổn.
Nhưng nhiều phép tính hơn nữa lại bỏ qua tất cả những điều này và chỉ cần xem bạn thực sự cần bao nhiêu năng lượng âm để xây dựng ổ đĩa cong vênh của mình. Và câu trả lời là, đối với một bong bóng vĩ mô duy nhất — ví dụ, rộng 30 feet (100 mét) — bạn sẽ cần năng lượng âm gấp 10 lần so với tất cả năng lượng dương có trong toàn bộ vũ trụ, điều này không mấy hứa hẹn.
Tuy nhiên, các phép tính khác cho thấy lượng khổng lồ này chỉ áp dụng cho bong bóng cong vênh truyền thống theo định nghĩa của Alcubierre. Có thể định hình lại bong bóng sao cho có một "cổ" nhỏ ở phía trước thực hiện công việc nén không gian và sau đó nó phình ra thành một lớp bao để chứa bong bóng cong vênh. Điều này giảm thiểu mọi sự kỳ lạ lượng tử để bạn chỉ cần năng lượng âm tương đương với một ngôi sao để định hình ổ đĩa.
Nhưng thậm chí nhiều phép tính hơn nữa cho thấy rằng ngay cả khi bạn nắm giữ được một số năng lượng âm hoặc khối lượng âm, ngay khi bạn bắt đầu di chuyển, bạn sẽ gặp phải vấn đề — cụ thể là, khối lượng âm sẽ ngay lập tức bắt đầu chảy ra khỏi rìa bong bóng (điều này không tốt) với tốc độ nhanh hơn ánh sáng (điều này thực sự không tốt). Điều cuối cùng xảy ra là vật chất kỳ lạ xây dựng bong bóng cong vênh không thể theo kịp với chính bong bóng, vì vậy nó chỉ tự xé toạc ra.
Vì vậy, mặc dù động cơ cong vênh có vẻ không hợp lý, phán quyết cuối cùng vẫn chưa chắc chắn. Nhưng đây vẫn là một thí nghiệm tư duy thú vị cho phép chúng ta khám phá một số mối liên hệ thú vị và đáng ngạc nhiên giữa thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử. Và tất nhiên, nó khiến các chương trình khoa học viễn tưởng của chúng ta trở nên thú vị hơn khi xem — chúng ta không phải chờ hàng triệu năm để phi hành đoàn tàu vũ trụ yêu thích của mình đến đích. (Space)
