Varför otrannligheten som inspirerade Elon Musks Mars-planer inte kunde fungera

Föreställ dig en värld där dina favoritfiction-historier är en verklighet: En ångande kopp te materialiseras framför dina ögon när du passerar genom rymden med en osannolikhetskörning med en portionspistol som ligger snyggt i ditt bälte. Låter bra, eller hur? Tyvärr - och ledsen att förstöra fantasin - det är bäst att inte bli alltför upphetsad om ett post-scarcity universum eller en hyperspeed pendling. Många av de prylar vi har blivit vana vid att se på skärmen strider mot universums fysiska lagar, vilket betyder att om du inte har tillgång till ett annat universum (var snäll och kontakta dig om det är så) måste du lösa något Newtonian.

I ett försök att komma över vår besvikelse med verkligheten talade vi till Marc Millis, en tidigare rymdingenjör på NASAs Glenn Research Center och grundaren av Tau Zero Foundation, och Dr. Adam Bruckner, professor i flygteknik och astronautik vid universitetet av Washington, ungefär tre av science fictions mest ikoniska prylar. De förklarade exakt varför dessa verktyg måste stanna i fictional boxen. Det är en total bummer men också mycket informativ - och det är något.

Den Oändliga Improbability Drive

I Hitchhiker's Guide to the Galaxy, rymdskeppet Hjärta av guld - som kommer att låna sitt namn till SpaceX Mars Mission Ship - använder en "Improbability Drive" för att hoppa över resan genom hyperspace genom att använda sannolikhet för att komma fram till slumpmässiga platser i hela universum. Det betyder att om du aktiverar enheten kommer det att ta dig någonstans helt oväntat varje gång. Du vet aldrig var du kommer att hamna. Det gör ett bra äventyr, men det är inte precis praktiskt.

Det är konstigt att det finns en kärna av vetenskaplig grund för denna typ av enhet. Bär med mig, för att det är lite knepigt att förstå: Enligt böckerna var drivsystemet inspirerad av det faktum att även om partiklarna ska förekomma nära en atoms kärna finns det en oändligt liten chans att dessa partiklar ibland kommer att hittas långt ifrån deras ursprungspunkt. De forskare som byggde Hjärta av guld sedan teoretiserat att samma koncept skulle kunna tillämpas på rymdresor, så att en kropp kan resa mellan platser utan att passera genom det mellanliggande rummet. Sålunda föddes osannolikheten.

"Kvantfysik visar faktiskt att en partikel kanske inte är exakt där man skulle förvänta sig att det skulle vara. På de små skalor som kvantfysik beskriver, finns det något som kallas "sannolikhetsfördelning" för en partikels plats. Det visar var partikeln sannolikt är men den regionen sträcker sig ut till längre avstånd, om än med minskande sannolikhet ", förklarade Millis.

Bruckner bekräftar att med sannolikhet att komma överallt medvetet skulle vara meningslöst, eftersom "med sannolikhet är det ingen determinism". Men även om du efterlyst att bygga ett rymdskepp som använde sannolikhet som en del av sitt operativsystem, skulle du inte ha mycket tur.

"Hela ditt rymdskepp, som är makroskopiskt, skulle behöva uppträda som en kvantpartikel. Varje enskild atom i denna rymdfarkost skulle tvingas uppträda som varje annan atom ", förklarade han. "Makroskopiska saker kan inte göras för att uppträda som en atom eller en elektron."

Vad gäller chansen att människor på något sätt kan räkna ut ett sätt att kontrollera sannolikheten? Vi är inte redo för den maktnivån ännu, så tänka inte ens på det.

"Om vi ​​kunde komma fram till ett sätt att vara var som helst i någon multiverse, vad skulle skilja oss från begreppet en gud? Vi skulle vara överallt och veta allt ", varnar Dr. Bruckner.

Portal Gun

Rick Sanchez portalpistol - som han använder för att skjuta hål i rymdtidens tyg, så att han och Morty kan komma in i olika universum - bryter mot fysikens lagar inom detta universum, men det är bara hälften av problemet. Resten av problemet är att det inte finns något sätt att veta om andra universum skulle vara bundna av samma fysiska lagar som våra egna.

"Det finns inget sätt att bevisa att alla universum följer samma fysiska lagar eller använder kvantmekanik", säger Dr Bruckner. "Inget säger att ett annat universum växte ut ur en storman."

Enligt multiverse teorin kan vissa universum utanför oss vara exakt samma, medan andra kan vara lite annorlunda. Kanske tog historien en annan väg; kanske du och jag föddes aldrig. Denna idé återspeglar verkligen hur alternativa universum behandlas Rick och Morty - Se bara på episoden "Rick-Kindens Nära Rick-Räknare". Det är dock ganska mycket det enda som rör portpistolen som matchar kända vetenskapsteorier.

"Det närmaste jag vet i fysik till" portaler "är maskhål", säger Millis. Vetenskapsmän spekulerar på att maskhål är kopplingar mellan allmänt åtskilda områden i rymden, men konceptet är fortfarande hypotetiskt; De har inte observerats i rymden än. Om maskhål do ge en genväg mellan platser i universum, då är det rimligt att spekulera på att ett supergeni som Rick skulle hitta ett sätt att utnyttja denna kraft för att transportera honom till andra världar. Ändå skulle Rick behöva ha ett bra syfte, eftersom Millis påpekar att en gemensam förvirring med termen "flera dimensioner" är att det naivt antas innebära flera uppsättningar bekanta 3D-utrymmen. Flera dimensioner kan också innebära att rymden har andra egenskaper. "De kanske inte alla är tredimensionella - även tiden kan fungera olika.

Förra året spekulerade forskare vid CERNs Large Hardron Collider att det skulle vara möjligt för gravitation att "läcka" i extra dimensioner genom miniatyrsvarta hål, som de försökte upptäcka för att använda LHC. Det betyder att det skulle ta en massiv partikelkollider som arbetar med trillioner elektriska volt för att producera till och med ett mini svart hål. En handhållen enhet som kan göra detsamma är uteslutet … för nu.

Replikatorn

Förenade Federationen av Planeter hittade ett sätt att eliminera hunger från planeterna under sina välvilliga vingar, tack vare det stora till replikatorn, en enhet som omarrangerar partiklar i molekyler och molekyler i föremål. Det är en tänkbar teknik, för som Einsteins berömda E = mc2 ekvation visade sig, är materia bara en annan form av energi, vilket skulle tillåta att föremål med massa skulle skapas av den nämnda energin. Forskare säger att detta inte är en helt galen idé och att det finns två potentiella metoder för att göra replikatorn till en verklighet.

Forskare som arbetar med European Strategy Forum för forskningsinfrastruktur bygger ELI, eller Extreme Light Infrastructure.ELI, en starkdriven laser så kraftfull att om du skjuter en av dess strålar till så kallat tomt utrymme (kom ihåg, kvantmekanik säger att det inte finns något sådant som tomt utrymme eftersom supera små partiklar flyter runt oss bokstavligen överallt) skulle hindra partiklar från att kollidera och utplåna varandra. Vad har detta att göra med att te te materialiseras ur luften? Om partiklar inte förstörs, hamnar de med massa i det som en gång var en tom yta i rymden. Så det är inte mat ganska ändå, men det skapar fortfarande objekt där det inte fanns föremål förut.

I ett mycket mer praktisk och långt enklare experiment arbetar forskare på NASA med en 3D-skrivare som kan producera mat. Deras mål är att ge astronauter en enhet som kan producera näring för dem under långa resor. År 2013 producerade en version av enheten en pizza på tolv minuter.

En sådan anordning kan ge oss människor ett steg närmare gen Roddenberrys fantasi av en utopisk framtid: Om skrivaren någonsin blir allmänt tillgänglig för allmänheten kan den eliminera svält, ge lättnad från livsmedelsbrist och ge fattiga samhällen mat och vattenresurser de behöver så desperat.

Dessutom skulle det ge mig en annan anledning att skryta om hur viktigt och inflytelserikt Star Trek visade sig vara, vilket naturligtvis är det viktigaste här.