محرك الالتواء

محرك الالتواء ، أو المحرك الذي يُتيح الالتواء الفضائي، هو نظام دفع خيالي فائق السرعة (أسرع من الضوء) للمركبات الفضائية ، يظهر في العديد من أعمال الخيال العلمي، وأبرزها سلسلة ستار تريك ^{[ 1 ]} ، وهو موضوع بحث فيزيائي واقعي مستمر. وقد طرح جون دبليو كامبل المفهوم العام لـ"محرك الالتواء" في روايته " جزر الفضاء " عام 1957 ، واكتسب شهرة واسعة بفضل سلسلة ستار تريك . وأقرب ما يُماثله في الواقع هو محرك ألكوبيير ، وهو حل نظري لمعادلات المجال في النسبية العامة ^{[ 2 ]} .

محرك الالتواء، أو المحرك الذي يُتيح الالتواء الفضائي، هو أحد طرق السفر عبر الفضاء الموجودة في الخيال العلمي . ^{[ 3 ]} وقد نُوقش كثيرًا باعتباره مشابهًا من حيث المفهوم للفضاء الفائق . ^{[ 3 ] [ 4 ] : ​​238-239} محرك الالتواء هو جهاز يُشوّه شكل نسيج الزمكان . ^{[ 5 ] : 142} يمكن لمركبة فضائية مُجهزة بمحرك الالتواء أن تسافر بسرعات تفوق سرعة الضوء بعدة مراتب. على عكس بعض التقنيات الخيالية الأخرى الأسرع من الضوء ، مثل محرك القفز ، فإن محرك الالتواء لا يسمح بالسفر والانتقال الفوري بين نقطتين، بل يتطلب مرورًا زمنيًا قابلًا للقياس، وهو أمرٌ جوهري في هذا المفهوم. على عكس الفضاء الفائق، ستستمر المركبات الفضائية التي تسير بسرعة الالتواء في التفاعل مع الأجسام في "الفضاء العادي". ^{[ 6 ] [ 7 ]}

طُرح المفهوم العام لمحرك الالتواء من قِبل جون دبليو كامبل في روايته " جزر الفضاء " عام 1957. ^{[ 8 ] [ 9 ] : 77 [ 10 ]} وقدّم كتاب "كلمات جديدة جريئة" أول مثال على مصطلح "محرك الالتواء الفضائي" في رواية " بوابة الظلام " لفريدريك براون (1949)، كما أشار إلى قصة غير مُسماة من مجلة "قصص كونية" (مايو 1941) تستخدم كلمة "التواء" في سياق السفر الفضائي، على الرغم من أن استخدام هذا المصطلح بمعنى "انحناء أو تقوّس" في الفضاء يُسهّل السفر يمكن تتبّعه إلى العديد من الأعمال التي تعود إلى منتصف ثلاثينيات القرن العشرين، على سبيل المثال رواية " المذنبات " لجاك ويليامسون (1936). ^{[ 5 ] : 212، 268}

تنص نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين على أن السفر بسرعة الضوء مستحيل بالنسبة للأجسام المادية التي، على عكس الفوتونات ، تمتلك كتلة سكون غير صفرية. تكمن مشكلة تجاوز الجسم المادي لسرعة الضوء في أنه سيتطلب كمية لا نهائية من الطاقة الحركية للسفر بسرعة الضوء بالضبط. تُعد محركات الالتواء إحدى الحيل الشائعة في الخيال العلمي التي تُستخدم لتجاوز هذا القيد في القصص الخيالية لتسهيل سرد أحداث تدور على نطاق المجرات. ^{[ 11 ]} ومع ذلك، فقد وُجهت انتقادات لمفهوم الالتواء الفضائي باعتباره "غير منطقي"، ورُبط بالعديد من الأفكار العلمية غير المنطقية الأخرى التي لا تتناسب مع فهمنا الحالي للفيزياء، مثل أجهزة النقل والاستنساخ في سلسلة ستار تريك ، ومفهوم الجاذبية المضادة ، أو الكتلة السالبة . ^{[ 3 ]}

يرى البعض أن هذه التأثيرات تعني أنه على الرغم من استحالة السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء، فإن كلاً من الزمكان والزمان "يتشوهان" ليسمحا بقطع مسافة سنة ضوئية واحدة في أقل من عام. فعلى الرغم من استحالة السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء، إلا أن السرعة الفعلية تفوق سرعة الضوء. ويُحدد هذا التشوه في الزمكان رياضياً بدقة بواسطة عامل لورنتز ، الذي يعتمد على السرعة. وعلى الرغم من أن هذا التأثير كان نظرياً فقط عند نشره قبل أكثر من مئة عام، فقد تم قياسه وتأكيده مرات عديدة منذ ذلك الحين. وفي النهاية، عند سرعة الضوء، يتوقف الزمن تماماً (بالنسبة لإطار مرجعي معين)، ويصبح من الممكن قطع مسافات لا نهائية عبر الفضاء دون مرور أي زمن. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

يُعرّف حل ألكوبيير لمعادلات أينشتاين للمجال مقياسًا للزمكان - يُعرف بمقياس ألكوبيير - حيث يتشوه الزمكان نفسه بطريقة مُتحكَّم بها. يُنشئ هذا المقياس منطقة من الزمكان المضغوط أمام المركبة الفضائية وزمكان متمدد خلفها، مُشكِّلًا ما يُسمى بـ"فقاعة الالتواء". تستقر المركبة الفضائية داخل هذه الفقاعة، وتتحرك مع الزمكان المحلي دون أن تتعرض لتمدد زمني نسبي أو تُخالف مبدأ السببية.

رياضياً، يُعبّر عن مقياس ألكوبيير على النحو التالي:

$${\displaystyle ds^{2}=-c^{2}dt^{2}+\left(dx-v_{s}f(r_{s})dt\right)^{2}+dy^{2}+dz^{2}}$$

أين:

• ${\displaystyle v_{s}}$هي سرعة فقاعة الالتواء،
• ${\displaystyle f(r_{s})}$هي دالة شكل تحدد نعومة وحجم الفقاعة،
• ${\displaystyle r_{s}={\sqrt {(x-x_{s}(t))^{2}+y^{2}+z^{2}}}}$هي المسافة الشعاعية من مركز المركبة الفضائية.

يتطلب تكوين مثل هذه الفقاعة وجود مادة غريبة - مواد ذات كثافة طاقة سالبة (وهو ما يُعد انتهاكًا لشرط الطاقة الضعيفة). وقد أشارت تجارب تأثير كازيمير إلى وجود طاقة سالبة في الحقول الكمومية، لكن الإنتاج العملي على النطاق المطلوب لا يزال مجرد تكهنات.

وبالمثل، قد تستخدم محركات الكم نظرية المجال الكمومي لاستغلال طاقة الفراغ، مستفيدةً من ظواهر مثل طاقة النقطة الصفرية للفراغ الكمومي . ويمكن لهذه المحركات نظرياً التلاعب بأزواج الجسيمات الافتراضية أو إنشاء تدرجات طاقة موضعية عبر التشابك الكمومي. ويمكن لكثافة طاقة الفراغ الكمومي، التي تُقدّر عادةً بـ 10^ ¹¹³ جول/م^ ³ في سياق تقلبات المجال الكمومي، أن توفر طاقة هائلة إذا ما تم تسخيرها بفعالية.

على الرغم من أن مفهوم محرك الالتواء نشأ في الخيال العلمي، إلا أنه حظي ببعض الدراسات العلمية، لا سيما فيما يتعلق بمفهوم محرك ألكوبيير في تسعينيات القرن الماضي . ^{[ 8 ]} ذكر ألكوبيير في رسالة بريد إلكتروني إلى ويليام شاتنر أن نظريته مستوحاة مباشرة من المصطلح المستخدم في مسلسل ستار تريك التلفزيوني ^{[ 16 ]} ، ويستشهد بـ "محرك الالتواء" في الخيال العلمي في مقالته عام 1994. ^{[ 2 ]}

في عام 2021، ادعى الباحث هارولد وايت ، الحاصل على تمويل من وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA) من معهد الفضاء اللامحدود، أنه نجح في إنشاء فقاعة انحناء حقيقية، قائلاً: "ساعدنا تحليلنا العددي المفصل لتجاويف كازيمير المخصصة لدينا في تحديد بنية نانوية/ميكروية حقيقية وقابلة للتصنيع من المتوقع أن تولد كثافة طاقة فراغية سالبة بحيث تُظهر فقاعة انحناء نانوية حقيقية، وليست نظيرة، بل الشيء الحقيقي." ^{[ 17 ]}

يُعدّ محرك الالتواء أحد السمات الأساسية لسلسلة ستار تريك، وأحد أشهر الأمثلة على الالتواء الفضائي (محرك الالتواء) في عالم الخيال العلمي. ^{[ 3 ]} في الحلقة التجريبية الأولى من مسلسل ستار تريك: السلسلة الأصلية ، بعنوان " القفص "، يُشار إليه باسم "محرك فائق السرعة"، حيث ذكر الكابتن بايك أن سرعة الوصول إلى كوكب تالوس  4 تُعادل "التواءً زمنيًا، بمعامل 7". يُعتبر محرك الالتواء في ستار تريك من أكثر التقنيات الخيالية تفصيلًا. ^{[ 18 ]} بالمقارنة مع محركات الفضاء الفائق في عوالم خيالية أخرى، يختلف هذا المحرك في أن المركبة الفضائية لا تغادر نسيج الزمكان الطبيعي، بل يتشوه نسيج الزمكان نفسه، كما هو ممكن في النظرية النسبية العامة . ^{[ 7 ]}

المبدأ الوظيفي الأساسي لمحرك الالتواء في سلسلة ستار تريك واحدٌ لجميع المركبات الفضائية. يقوم مصدر طاقة قوي، يُعرف عادةً باسم نواة الالتواء أو غرفة المزج ، بتوليد بلازما عالية الطاقة . تُنقل هذه البلازما إلى مولدات مجال الالتواء عبر أنابيب. هذه المولدات عبارة عن ملفات داخل محركات الالتواء البارزة من المركبة الفضائية. تُولّد هذه الملفات مجالًا فضائيًا فرعيًا، يُعرف باسم مجال الالتواء أو فقاعة الالتواء ، والذي يُشوّه نسيج الزمكان ويدفع الفقاعة والمركبة الفضائية داخلها إلى الأمام. ^{[ 19 ]}

يمكن تصميم نواة الالتواء بأشكال متنوعة. يستخدم البشر ومعظم الأجناس الخيالية الأخرى تفاعلاً معتدلاً بين المادة المضادة والمادة . تمر الطاقة الناتجة عبر مصفوفة مصنوعة من عنصر كيميائي خيالي يُسمى الديليثيوم . وقد تبين أن أنواعًا أخرى تستخدم طرقًا مختلفة للدفع بسرعة تفوق سرعة الضوء. فالرومولان ، على سبيل المثال، يستخدمون ثقوبًا سوداء مجهرية اصطناعية تُسمى التفردات الكمومية . ^{[ 20 ]}

تُقاس السرعات بمعاملات الالتواء وتتبع تسلسلًا هندسيًا . كان المقياس الأول الذي وضعه فرانز جوزيف عبارة عن تسلسل تكعيبي بلا حدود. ^{[ 21 ]} أدى هذا إلى استخدام معاملات التواء متزايدة باستمرار في السلسلة الأصلية والسلسلة المتحركة . على سبيل المثال، الالتواء 14.1 في حلقة " ما ينجو " من السلسلة الأصلية، أو الالتواء 36 في حلقة " حادثة عكس الساعة " من السلسلة المتحركة. وللتركيز أكثر على القصة وتجنب المصطلحات التقنية المعقدة، كلف جين رودنبيري مايكل أوكودا بابتكار مقياس مُنقح للالتواء. يُفترض أن يكون الالتواء 10 هو الحد الأقصى المطلق، ويرمز إلى سرعة لا نهائية. تكريمًا لجين رودنبيري، سُمي هذا الحد أيضًا "حد يوجين". يشرح أوكودا هذا في تعليق للمؤلف في دليله التقني لسفينة الفضاء إنتربرايز -دي. ^{[ 22 ]} بين سرعة الالتواء 1 ( سرعة الضوء ) وسرعة الالتواء 9، كان التزايد هندسيًا تقريبًا، ولكن تم تعديل الأس بحيث أصبحت السرعات أعلى مقارنةً بالمقياس القديم. على سبيل المثال، سرعة الالتواء 9 أسرع بأكثر من 1500 مرة من سرعة الالتواء 1 مقارنةً بـ 729 مرة (تسعة أس 3) المحسوبة باستخدام الصيغة التكعيبية الأصلية. في تعليق المؤلف نفسه، يوضح أوكودا أن الدافع كان تلبية توقعات المعجبين بأن سفينة إنتربرايز الجديدة أسرع بكثير من الأصلية، ولكن دون تغيير أرقام عامل الالتواء. ^{[ 22 ]} بين سرعة الالتواء 9 وسرعة الالتواء 10، ينمو المقياس الجديد أُسّيًا . ^{[ 22 ]} في حلقة واحدة فقط من مسلسل ستار تريك: فوياجر، تم إعطاء قيمة عددية محددة لعامل الالتواء. في حلقة " السبعة والثلاثون "، يخبر توم باريس أميليا إيرهارت أن سرعة الالتواء 9.9 تعادل حوالي 4 مليارات ميل في الثانية (باستخدام الوحدات المعتادة لتسهيل فهم الشخصية). ^{[ 23 ]} وهذا يزيد عن 14 ضعف قيمة الالتواء 9، ويعادل حوالي 21400 ضعف سرعة الضوء. مع ذلك، يتعارض هذا التصريح مع الكتيبات والموسوعات التقنية التي كتبها ريك ستيرنباخ ومايكل أوكودا، حيث تم تحديد سرعة 3053 ضعف سرعة الضوء لمعامل التواء 9.9، وسرعة 7912 ضعف سرعة الضوء لمعامل التواء 9.99. كلا القيمتين العدديتين أقل بكثير من القيمة التي ذكرها توم باريس. ^{[ 24 ]}

في حلقة " وجهاً لوجه "، ذُكر محرك الالتواء المحوري . ويُشرح مبدأ عمله بمزيد من التفصيل في موسوعة ستار تريك . يستخدم هذا النوع من محركات الالتواء طي الفضاء بدلاً من مجال الالتواء، مما يسمح بحركة فورية بسرعة شبه لانهائية. ^{[ 25 ]}

قدّم مسلسل ستار تريك أيضاً مفهوماً يُسمى " التجاوز الفائق" ، لكن دون تعريف محدد. ^{[ 24 ]} وهو في الواقع مصطلح شامل لجميع التقنيات والظواهر الطبيعية التي تُمكّن من الوصول إلى سرعات تتجاوز سرعة الالتواء 9.99. ^{[ 26 ]}

وصف ريك ستيرنباخ الفكرة الأساسية في الدليل الفني:

"أخيرًا، كان علينا إيجاد ثغرة ما لبعض الكائنات الفضائية القوية مثل كيو، التي تتمتع بقدرة على قذف السفينة ملايين السنين الضوئية خلال فترة فاصل إعلاني. [...] هذا يسمح لكيو وأصدقائه بالاستمتاع في نطاق 9.9999+، ولكنه يسمح أيضًا لسفينتنا بالسفر ببطء كافٍ للحفاظ على اتساع المجرة، ويلبي المعايير الأخرى." ^{[ 22 ]}

• جامع أعمال بوسارد
• مادة غريبة
• التفاعل الجاذبي للمادة المضادة
• الفضاء الفائق
• أنبوب كراسنيكوف
• الطاقة السلبية
• التاكيونات
• الجدول الزمني لفيزياء الثقوب السوداء
• الجدول الزمني لفيزياء الجاذبية والنسبية

• تضمين مخطط محرك الالتواء ألكوبيير ثنائي الأبعاد في جوجل
• محرك الالتواء في ميموري ألفا
• نواة الالتواء في ميموري ألفا
• محرك الانتقال الفائق في الذاكرة ألفا
• محرك الانزلاق الكمومي في ميموري ألفا
• محرك الالتواء، متى؟ مقالٌ من وكالة ناسا حول جدوى المشروع. مؤرشف بتاريخ 7 يوليو 2008 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
• محاكاة النسبية الخاصة: كيف ستبدو الأشياء عند سرعات تقارب سرعة الالتواء؟
• محرك الالتواء ألكوبيير في موسوعة علم الأحياء الفلكي وعلم الفلك ورحلات الفضاء
• "محرك الالتواء ممكن" . بي بي سي نيوز . 10 يونيو 1999. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 أغسطس 2008 .
• محرك الالتواء قد يصبح حقيقة علمية ( مؤرشف بتاريخ ٢٣ نوفمبر ٢٠١٢ في أرشيف الإنترنت)