استكشاف درب التبانة – هل السفر أسرع من الضوء (FTL) مجرد حلم بعيد؟

تبلغ سرعة الضوء في الفراغ نحو 299,792 كيلومترًا في الثانية. أما قيمة نحو 11 كيلومترًا في الثانية فتتعلق برحلات مأهولة مثل أبولو 10 قياسًا إلى الأرض، وليست السرعة القصوى لجميع المركبات التي صنعها البشر. وقد تحركت مسابير غير مأهولة بسرعات أكبر كثيرًا قياسًا إلى الشمس. ومع ذلك، لم تُثبت بعد تقنية عاملة للسفر أو الاتصال الأسرع من الضوء (FTL).

تشجع المسافات الكونية الشاسعة وخطط البعثات البشرية إلى المريخ البحث في السفر الفضائي الأسرع. واقترحت مسودة بحثية نظرية نُشرت في نوفمبر 2023 نموذجًا رياضيًا محتملًا للاتصال الأسرع من الضوء. ولم تكن عرضًا عمليًا لجهاز اتصال أو ضمانًا لإمكان تحقيق التقنية.

اقتراح نظري للاتصال الأسرع من الضوء

في بحث «Hyperwave: Hyper-Fast Communication within General Relativity»، يقترح لورينزو بييري فقاعات انحناء ذات أنصاف أقطار متناهية الصغر لنقل المعلومات. وفي النموذج، تتولى توزيعات أنبوبية من الطاقة السالبة، تُنشأ مسبقًا وتسمى الأنابيب الفائقة، تسريع الفقاعات وإبطاءها على مسار محدد.

تستند الفكرة إلى فقاعة الانحناء التي وصفها ميغيل ألكوبييري عام 1994. ينكمش الفضاء أمام الفقاعة ويتمدد خلفها. وقد يتيح ذلك رياضيًا إزاحة فعالة أسرع من الضوء دون تجاوز حد سرعته محليًا. لكن وجود حل للمعادلات لا يثبت إمكان بناء جهاز. ويتطلب النموذج توزيعًا خاصًا لكثافة الطاقة السالبة. ويتعلق تأثير كازيمير بقوى قابلة للقياس ناتجة عن الحقول الكمومية؛ ولا يوفر بمفرده مصدر طاقة جاهزًا لمحرك انحناء.

يدرس بييري فقاعات صغيرة لنقل المعلومات بدلًا من نقل المركبات الفضائية. ويقلل نصف القطر الصغير جدًا إجمالي الطاقة السالبة اللازمة في النموذج. ويقول المؤلف:

«…تصبح متطلبات الطاقة السالبة الكلية أقل من الطاقة الموجودة في صاعقة برق، وأقل بأكثر من 70 رتبة مقدار من محرك ألكوبييري الأصلي».

في النموذج، يمكن تعديل انبعاثات الجسيمات عالية الطاقة عند إبطاء الفقاعات لترميز المعلومات. ويظل احتمال الاتصال الأسرع من الضوء هنا نظريًا.

تواجه فكرة الموجات الفائقة أسئلة فيزيائية أساسية وتحديات هندسية كبيرة، منها:

• توليد فقاعات انحناء ذات أنصاف أقطار متناهية الصغر وتثبيتها
• إنتاج التوزيع اللازم لكثافة الطاقة السالبة
• التحكم الدقيق في حركة الفقاعات وإبطائها

يقدم البحث اتجاهًا مثيرًا للاهتمام، لكنه لا يثبت إمكان إنتاج توزيع الطاقة المطلوب أو حل مسائل السببية والجاذبية الكمومية. وإذا ثبت يومًا أن الاتصال الأسرع من الضوء ممكن، فقد تكون آثاره على نقل المعلومات واستكشاف الفضاء واسعة.

المهام إلى المريخ

إذا أمكن تحقيق الاتصال الأسرع من الضوء، فقد يغير تقليل التأخير طريقة تشغيل بعثات المريخ. والاحتمالات التالية افتراضية:

1. تأخير اتصالات أقل: تستغرق الإشارات بين الأرض والمريخ نحو 3 إلى 22 دقيقة في كل اتجاه حسب المسافة. وقد يحسن الاتصال الأسرع التنسيق والسلامة، لكن تجاوز سرعة الضوء لا يعني بالضرورة نقلًا فوريًا.
2. تحكم أكثر مباشرة في المهمة: قد يسمح تقليل التأخير بالتحكم في المركبات الجوالة والمعدات بصورة أكثر مباشرة، بدلًا من برمجة كل تعديل مسبقًا.
3. استجابة أسرع للطوارئ: قد يسهل تبادل المعلومات بسرعة أكبر التعامل مع الأحداث غير المتوقعة وحماية الأشخاص والمعدات الأساسية.
4. نقل البيانات العلمية: قد يسرّع تقليل الانتظار تحليل النتائج ونشرها. لكن التأخير يختلف عن سعة نقل البيانات أو عرض النطاق.
5. إنترنت بين الكواكب: قد تحسن الشبكات الموثوقة مشاركة البيانات والتعاون بين الأرض والمريخ. ويمكن أيضًا بناء شبكة بين الكواكب باستخدام اتصالات تقليدية مصممة للتعامل مع التأخير الطويل؛ فالاتصال الأسرع من الضوء ليس شرطًا لها.

تظل هذه الفوائد المحتملة افتراضية حتى تُثبت الإمكانية الفيزيائية للاتصال الأسرع من الضوء. وفي المستقبل المنظور، ستعتمد بعثات المريخ على اتصالات تعمل ضمن حد سرعة الضوء.

مفاهيم للسفر الفضائي عالي السرعة

لا نعلم ما إذا كان الاتصال أو النقل الأسرع من الضوء ممكنًا، ولا أيهما قد يسبق الآخر إن أمكن. وتختلف الأفكار التالية في نضجها التقني. فالأشرعة الشمسية والدفع بالمادة المضادة يتعلقان بسرعات دون سرعة الضوء، بينما تظل فقاعات الانحناء نماذج رياضية افتراضية.

الأشرعة الشمسية: تستخدم هذه التقنية الزخم الذي تنقله الفوتونات إلى أسطح عاكسة واسعة وفائقة الرقة. وتدرس المفاهيم المتقدمة أشرعة قد يبلغ عرضها كيلومترات بمواد شديدة الرقة. وينشأ الدفع من ضغط إشعاع الضوء، لا من الرياح الشمسية.

تصور فني لشراع شمسي مستقبلي.

عندما ينعكس الضوء عن الشراع، ينقل الزخم إلى المركبة ويسرّعها تدريجيًا. ولا تحتاج قوة الدفع هذه إلى مادة دافعة، مما قد يقلل الكتلة والحاجة إلى إعادة التزود بها. لكن المركبة ما زالت تحتاج إلى الطاقة وأنظمة التحكم والاتصال.

سبق عرض عمل الأشرعة الشمسية عمليًا. وتُدرس أشرعة ضوئية أكثر تقدمًا، بما فيها مفاهيم تدفعها أشعة ليزر قوية، للسفر بين النجوم بسرعات أقل من سرعة الضوء.

فقاعات الانحناء: تصف هذه النماذج المستندة إلى النسبية العامة تشوهًا في الزمكان: ينكمش الفضاء أمام الفقاعة ويتمدد خلفها، فيما يبقى داخلها مسطحًا محليًا. ولا تثبت الإزاحة الفعالة الأسرع من الضوء في المعادلات وجود جهاز عملي أو حل مشكلات السببية.

تصور فني لمركبة داخل فقاعة انحناء افتراضية.

يبقى إنشاء توزيع الطاقة المطلوب والتحكم فيه مشكلة أساسية. فكثافة الطاقة السالبة في الأنظمة الكمومية ليست مجرد مادة كيميائية مجهولة. ولم يُثبت إمكان ترتيبها بالمقدار والشكل الهندسي اللازمين لفقاعة انحناء عاملة.

الدفع بالمادة المضادة: في إفناء المادة والمادة المضادة، تتحول الكتلة إلى طاقة وجسيمات. وسيستخدم محرك افتراضي كثافة الطاقة العالية هذه بصورة مضبوطة لتوليد الدفع. وقد يسمح ببلوغ نسبة كبيرة من سرعة الضوء، لكنه لا يتيح لمركبة ذات كتلة تجاوزها.

تصور فني لمحرك افتراضي يعمل بالمادة المضادة.

قد يقلص هذا المفهوم زمن الرحلات داخل النظام الشمسي ويساعد على السفر بين النجوم. لكن إنتاج كميات مفيدة من المادة المضادة وتخزينها والتعامل معها بالغ الصعوبة والتكلفة.

لا يوجد بعد محرك عملي يستغل طاقة إفناء المادة والمادة المضادة بكفاءة لهذه الرحلات. ويظل الدفع بالمادة المضادة فكرة بحثية طويلة الأجل للسفر السريع، ولكن دون سرعة الضوء.

بعض شركات الطيران والفضاء

يتطلب التقدم في تقنيات الفضاء مساهمة المؤسسات العامة والشركات الخاصة. والشركات التالية أمثلة من القطاع؛ ولا يدل إدراجها هنا على أنها تطور تقنيات أسرع من الضوء أو تستطيع تحقيقها.

*تعرض الجداول لقطات تاريخية من مقال عام 2023، لا أسعارًا حالية أو توقعات تم التحقق منها. ونسبة السعر إلى الربح السالبة، كما لدى Boeing هنا، ليست مقياسًا مفيدًا للتقييم القائم على الأرباح.*

الشركات المدرجة في البورصة

1. Boeing Company

BA مخطط السعر

تصنع Boeing الطائرات التجارية وأنظمة الدفاع والفضاء والأمن. وذكر مقال عام 2023 قيمة سوقية تقارب 158 مليار دولار. وتشمل منتجاتها وخدماتها الطائرات المدنية والعسكرية، والأقمار الصناعية، والأسلحة، والأنظمة الإلكترونية والدفاعية، وأنظمة الإطلاق، وتقنيات المعلومات والاتصال، والخدمات اللوجستية القائمة على الأداء والتدريب.

2. Honeywell International Inc.

HON مخطط السعر

تعمل Honeywell أيضًا في قطاع الطيران والفضاء. وذكر مقال عام 2023 قيمة سوقية تقارب 135 مليار دولار. وكانت محفظتها تشمل منتجات وخدمات الطيران والفضاء، وتقنيات التحكم للمباني والمنازل والصناعة، ومواد وتقنيات عالية الأداء.

3. RTX Corporation

أصبحت Raytheon Technologies تحمل اسم RTX Corporation في يوليو 2023. وذكر المقال قيمة سوقية تقارب 116 مليار دولار. وتوفر المجموعة أنظمة الطيران والدفاع للعملاء التجاريين والعسكريين والحكوميين، ومنها محركات الطائرات، وإلكترونيات الطيران، وهياكل الطائرات، والأمن السيبراني، والصواريخ، والدفاع الجوي، والأنظمة غير المأهولة.

شركات لم تكن مدرجة في البورصة عام 2023

SpaceX: أسس إيلون ماسك Space Exploration Technologies Corp. عام 2002، ولم تكن مدرجة في البورصة عند نشر المقال عام 2023. ويتعلق عنصر عرض السعر الحالي (SPCX ) بالإدراج اللاحق في عام 2026. وتهدف الشركة إلى خفض تكلفة النقل الفضائي ودعم بعثات المريخ المستقبلية. وقد طورت Falcon 1 وFalcon 9 وFalcon Heavy وDragon، ونقلت Crew Dragon رواد فضاء إلى محطة ISS. وفي 2023 كانت تطور أيضًا Starship لبعثات مستقبلية بين الكواكب وشبكة الإنترنت عبر الأقمار الصناعية Starlink.

Blue Origin: أسس جيف بيزوس الشركة عام 2000 لتوسيع الوصول إلى الفضاء ودعم مستقبل يستطيع فيه ملايين الأشخاص العيش والعمل هناك. وفي سياق عام 2023، كانت قد طورت New Shepard للسياحة الفضائية دون المدارية، وكانت تطور صاروخ New Glenn المداري. كما كان مسبار الهبوط القمري Blue Moon جزءًا من خططها.

أفكار نهائية

تعكس أفكار الاتصال والسفر الفضائي الأسرع فضول البشر وطموحاتهم. وتطرح فقاعات الانحناء واتصالات Hyperwave والدفع بالمادة المضادة أسئلة علمية مختلفة، ولا تتمتع بالمستوى نفسه من النضج التقني.

إذا ثبت يومًا أن تجاوز سرعة الضوء ممكن فيزيائيًا، فقد تكون آثاره عميقة. لكنه حاليًا مجرد فرضية. ويتقدم استكشاف الفضاء العملي بتقنيات تعمل ضمن قوانين الفيزياء المعروفة.