Czy można zbudować napęd warp?

Napęd warp i reaktory zasilane antymaterią – fikcja czy realny cel inżynierów?

Czy reaktory zasilane antymaterią mogą działać? Stworzenie napędu warp – źródła energii rodem ze „Star Treka” – jest odległe, choć nie niemożliwe.

Statek kosmiczny USS Enterprise, znany fanom serii „Star Trek”, używał wyrafinowanego źródła energii, którego sercem jest antymateria – mowa o napędzie warp. Antymateria miała produkować całą energię, której załoga statku potrzebuje, by przemierzać galaktykę i przeżywać liczne przygody. Oczywiście, taka elektrownia to dziecko gatunku science fiction, ale jest w niej więcej nauki, niż wielu mogłoby się wydawać.

Warto się jednak zastanowić, czy koncepcja napędu warp jest tak efektywna, by silniki napędzane antymaterią mogły zostać wykorzystane do zasilania międzygwiezdnych statków kosmicznych. Podstawy naukowe napędu warp są dość solidne, ale są pewne przeszkody, które stoją na drodze do przekształcenia wymarzonego źródła energii w użyteczną rzeczywistość.

Czym jest antymateria?

Źródłem mocy USS Enterprise jest prosta reakcja przewidziana przez fizykę. Materia to „tworzywo” gwiazd, planet i nas samych. Składa się z elektronów, protonów i neutronów.

Antymateria jest przeciwieństwem materii, rodzajem „lustrzanej” materii. Składa się ona z cząstek, które indywidualnie są antycząstkami różnych składników materii, takich jak pozytony (antycząstki elektronów) i antyprotony (antycząstki protonów). Te antycząstki są identyczne pod względem większości parametrów ze swoimi odpowiednikami „normalnej” materii, z wyjątkiem tego, że mają przeciwny ładunek.

Antymateria powstaje naturalnie także na Ziemi – podczas burz

Jeśli udałoby się je połączyć z cząstkami zwykłej materii w jakiejś komorze, rezultatem byłoby uwolnienie gigantycznych ilości energii. Mogłaby ona teoretycznie zasilić statek kosmiczny.

Natura tworzy antycząstki, ale w niedużych ilościach. Powstają w procesach naturalnych, jak również eksperymentach naukowych, np. w akceleratorach cząstek podczas zderzeń wysokoenergetycznych. Ostatnie badania wykazały, że antymateria może powstawać nad chmurami burzowymi, co byłoby pierwszym naturalnym znanym sposobem jej wytwarzania na Ziemi.

W innych przypadkach do wytworzenia antymaterii potrzebne są ogromne ilości ciepła i energii, np. podczas wybuchów supernowych lub wewnątrz gwiazd głównego ciągu, takich jak Słońce.

Jak mogłaby działać elektrownia antymaterii?

W teorii materia i antymateria łączą się ze sobą i natychmiast anihilują się (niszczą nawzajem), uwalniając duże ilości energii. Jak więc powinna być zbudowana elektrownia zasilana antymaterią?

Antycząstki powstają w akceleratorach cząstek, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów

Po pierwsze, musiałaby być bardzo starannie zbudowana. Antymateria byłaby oddzielona od normalnej materii polem magnetycznym, tak aby nie zachodziły żadne niezamierzone reakcje. Energia byłaby pozyskiwana w taki sam sposób, w jaki reaktory jądrowe pozyskują energię cieplną z reakcji rozszczepienia.

Reaktory materii-antymaterii byłyby o rzędy wielkości bardziej wydajne w wytwarzaniu energii niż fuzja jądrowa, która jest kolejnym najlepszym mechanizmem reakcji. Wciąż jednak nie jest możliwe całkowite przechwycenie energii uwolnionej w wyniku reakcji materii z antymaterią. Znaczna część energii jest przenoszona przez neutrina, efemeryczne cząstki o niemal zerowej masie, które oddziałują z materią tak słabo, że są prawie niemożliwe do wychwycenia.

Czy jest się czego bać?

W przypadku elektrowni zasilanych antymaterią, najbardziej problematyczne byłoby pozyskanie odpowiednich ilości antycząstek, niezbędnych do podtrzymania pracy reaktora. Naukowcy stworzyli niewielkie ilości antymaterii, począwszy od pozytonów, antyprotonów, atomów antywodoru, a nawet kilku atomów antyhelu, ale nie było tego wystarczająco dużo, aby zasilić cokolwiek.

Gdyby udało się zebrać całą antymaterię, jaką kiedykolwiek udało się sztucznie wytworzyć, to po połączeniu z normalną materią z trudem wystarczyłaby ona do zapalenia standardowej żarówki na dłużej niż kilka minut. To dobrze obrazuje skalę problemu.

Co więcej, koszty opracowania takiego urządzenia byłyby niewiarygodnie wysokie. Akceleratory cząstek są drogie w eksploatacji, nawet jeśli w wyniku ich zderzeń powstaje niewielka ilość antymaterii. Szacuje się, że wyprodukowanie jednego grama pozytonów, w najlepszym wypadku to koszt rzędu 25 mld $. Naukowcy z CERN obliczyli, że wyprodukowanie jednego grama antymaterii wymagałoby 100 kwadrylionów $ i 100 miliardów lat pracy akceleratora pokroju Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC).

Obecnie dostępne technologie uniemożliwiają produkcję antymaterii na dużą skalę, więc statki kosmiczne z napędem warp pozostają na razie w sferze marzeń. NASA poszukuje jednak sposobów na przechwycenie naturalnie dostępnych antycząstek, podczas podróży potencjalnego statku kosmicznego przez galaktykę. Może być to lepsze i bardziej opłacalne niż tworzenie antymaterii de novo.

Chcesz być na bieżąco z CHIP? Obserwuj nas w Google News