Twoja wyszukiwarka

JERZY KOWALSKI-GLIKMAN ANDRZEJ PIEŃKOWSKI
HIPERPRZESTRZEŃ I INNE BAJERY
Wiedza i Życie nr 10/1999
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 10/1999

FILM GWIEZDNE WOJNY TO OWOC LUDZKIEJ WYOBRAŹNI. ROI SIĘ W NIM OD MIECZY ŚWIETLNYCH, STATKÓW PODRÓŻUJĄCYCH W HIPERPRZESTRZENI I INTELIGENTNYCH ROBOTÓW. ILE JEST PRAWDY W TEJ FILMOWEJ BAŚNI?

Model 3D: José Gonzalés

Twórcy fantastyki naukowej nieraz trafnie przewidywali przyszłe osiągnięcia techniczne. Podobno wielkie agencje wywiadowcze zatrudniają analityków, których zadaniem jest czytanie fantastyki i wyłapywanie pomysłów, które dałoby się zrealizować. Niestety - a może na szczęście - równie wielu pomysłów obecnych w literaturze i filmach SF (science fiction) prawdopodobnie nigdy nie da się urzeczywistnić. Równolegle z dziełami wizjonerskimi 2001: Odyseja kosmiczna Stanleya Kubricka powstają futurystyczne bajki, takie jak Gwiezdne wojny, w których znane prawa fizyki potraktowane są ze sporą nonszalancją. Przyjrzyjmy się, które z wynalazków zaprezentowanych w tym filmie mają szansę urzeczywistnienia.

MIECZE ŚWIETLNE

Model 3D: Harry H. Chang

Na pierwszy ogień weźmy miecze świetlne, symbol filmowej sagi o rycerzach Jedi. Tej niezwykłej broni o długim, jasno świecącym ostrzu nie da się skonstruować przy dzisiejszych możliwościach technicznych, choć pewne nadzieje pod tym względem stwarza technologia nanorurek. Sądząc po tym, co dzieje się w filmie, ostrze miecza świetlnego ma prawie wszystkie cechy plazmy (ramka: Gorąca jak gwiazdy na s. 16): emituje światło, bez oporu tnie wszystko, co stanie mu na drodze, i odbija strumienie protonów (wystrzeliwane w filmie z innych typów broni). Na pewno nie jest to promień lasera, bo promień lasera nie kończy się nagle jak ucięty nożem jakiś metr od źródła. Główny problem z plazmą polega jednak na tym, że bardzo trudno ją utrzymać.

Długotrwałe utrzymanie plazmy w przestrzeni w kształcie metrowego pręta wymagałoby otoczenia jej potężnym polem magnetycznym. Biorąc pod uwagę względy geometryczne, takie pole musiałby wytwarzać albo tunel z magnesów (niewidoczny na filmie), albo sam pręt, co z kolei prowadzi nas do perpetuum mobile. Pozostaje jeszcze problem źródła energii, które mieszcząc się w (nie nagrzewającej się) rękojeści, zdolne byłoby do podtrzymania plazmy dłużej niż przez milionowe części sekundy. Czegoś takiego dzisiejsza nauka nie potrafi skonstruować.

ANTYGRAWITACJA

Model 3D: Grand Admiral Stone

Podobnie nieosiągalna jest antygrawitacja, która rozwiązałaby bardzo wiele problemów współczesnej cywilizacji. Nie dość, że silniki na ropę i jej pochodne odeszłyby w zapomnienie, a lewitacja stałaby się elementem codzienności, to jeszcze moglibyśmy wytwarzać sztuczne ciążenie w pojazdach i stacjach kosmicznych, bez potrzeby wprawiania ich w ruch wirowy. Antygrawitacji na razie jednak nikt nie odkrył.

Pole grawitacyjne wytwarzają wszystkie materialne obiekty i jest ono tym silniejsze, im większa masa. Dopiero obiekty o wielkości dużych planetoid mają wystarczająco silne pole, by zauważalnie (dla przyglądającego się człowieka) przyciągać różne przedmioty. Tymczasem w fantastyce naukowej generatory antygrawitacji bez trudu utrzymują nad powierzchnią ziemi pojazdy o wielkości i masie samochodu. By było to możliwe, musielibyśmy dysponować urządzeniem, które potrafiłoby wytworzyć własne pole grawitacyjne skierowane przeciwnie do pola ziemskiego i o równym natężeniu (można to teoretycznie osiągnąć, umieszczając nad pojazdem małą czarną dziurę) albo odizolować się od ziemskiej grawitacji. Alternatywą jest lewitacja magnetyczna, którą potrafimy już dziś spowodować, ale do powszechnego wykorzystania tego zjawiska jeszcze daleko.

Można przypuścić, że ostrza mieczy świetlnych utworzone są z gorącej plazmy. Zadanie utrzymania jej w miejscu mogłaby spełniać węglowa nanorurka- niewidzialna gołym okiem, cienka i wytrzymała, pojedyncza warstwa atomów węgla, zwinięta w mikroskopijny rulon

Fot. Syrena Entertainment Group

Niektórzy znawcy tematu przyznają, że dopóki nie opracuje się kwan-towejteorii grawitacji, nie można będzie z całą pewnością stwierdzić, czy antygrawitacja jest możliwa. Przecież pojazd wyposażony w urządzenie zdolne do lewitacji- czy to grawitacyjnej, czy magnetycznej - mógłby poruszać się we wszystkich kierunkach (także w pionie), używając jedynie niewielkich dysz odrzutowych do sterowania, tak jak to robią współczesne satelity i promy kosmiczne. Możliwe stałoby się także rozpędzanie pojazdów kosmicznych na zasadzie bezpośredniego oddziaływania z polem Ziemi.

PODRÓŻE DO GWIAZD

Tylko pojazd szybko rozpędzający się do ogromnej szybkości może dowieźć ludzi do najbliższych układów planetarnych jeszcze za ich życia. Odległości dzielące nas od innych gwiazd są tak gigantyczne, że mierzy się je w latach świetlnych. Oznacza to, iż światło gwiazdy znajdującej się najbliżej naszego Słońca - Alfa Centauri - zostało wyemitowane około 4 lat, 3 miesięcy i 18 dni temu. Alfa Centauri mogłaby już więc nie istnieć, a my dowiedzielibyśmy się o tym dopiero za 4 lata!

Model 3D: Al Meerow

Poza antygrawitacją, powszechnym napędem pojazdów przyszłości są silniki jonowe, fotonowe itd. Na tym polu współczesna nauka spisuje się znacznie lepiej niż w przypadku antygrawitacji. Sonda kosmiczna Deep Space 1[patrz: Sygnały, "WiŻ" nr 10/1998], wyposażona w eksperymentalny napęd jonowy, pomyślnie rozpoczęła swą misję w listopadzie 1998 roku (ramka: Napęd jonowy na s. 18). Ten rodzaj napędu to stary pomysł. Rosjanie stosują w swoich satelitach jego odmianę - napęd plazmowy - już od co najmniej 10 lat. Od dawna prowadzi się także badania nad napędem magnetoplazmodynamicznym, a także innymi tego typu.

Być może, gdyby zbudować większe i mocniejsze silniki jonowe i wyposażyć w nie pasażerskie statki kosmiczne, podróże do gwiazd stałyby się realne.

PRĘDKOŚĆ NADŚWIETLNA

Jedno z najbardziej rozpowszechnionych przewidywań teorii względności głosi, że podróże w z prędkością nadświetlną (czyli większą niż 300 tys. km/s, tj. prędkość światła w próżni) są niemożliwe. I choć w istocie Einstein twierdził jedynie, że mając do dyspozycji skończoną ilość energii, nie można rozpędzić ciała poruszającego się z mniejszą prędkością do prędkości światła, wniosek ten potraktowano (i słusznie) jako wyzwanie rzucone nieograniczonym ludzkim możliwościom. Pierwsi podjęli je autorzy i scenarzyści utworów SF, co wydaje się bardzo na miejscu, jako że opis wieloletniego lotu do najbliższej gwiazdy byłby po prostu przeraźliwie nudny. Aby tego uniknąć, wymyślano więc różnorakie fałdy czasoprzestrzenne, podróże w hiperprzestrzeni i inne, wydawałoby się, szalone koncepcje, które naukowcy powinni byli zbyć pogardliwym wzruszeniem ramion. A jednak stało się inaczej.

W Gwiezdnych wojnach lewitujące nad ziemią pojazdy należą do codzienności.
Ta kusząca wizja przyszłości pozostaje jednak czystą fantazją, bo istnieje małe prawdopodobieństwo, by było to kiedykolwiek możliwe

Fot. Syrena Entertainment Group

Źródłem inspiracji do poważnych badań naukowych poświęconych podróżom na skróty przez czasoprzestrzeń stała się fantastyka naukowa, a konkretnie znany pisarz i popularyzator nauki Carl Sagan. Pisząc powieść Kontakt, opowiadającą o odkryciu tunelu czasoprzestrzennego łączącego Ziemię z odległym układem planetarnym, autor zasięgał opinii astrofizyków z California Institute of Technology. Uczonych zagadnienie to zainteresowało do tego stopnia, że zaczęli poważnie zastanawiać się, jakie ograniczenia narzuca znana nam fizyka na możliwość podróży przez takie tunele, swoje wyniki zaś opublikowali w najpoważniejszym periodyku fizycznym, "Physical Review Letters" w sierpniu 1988 roku.

Zastanówmy się, jakie ograniczenia narzucają prawa fizyki na działania dowolnie wysoko rozwiniętej cywilizacji? - pytają autorzy, a pierwszym wnioskiem zaprezentowanym w ich pracy jest, że nie uniemożliwiają one ani podróży do gwiazd, ani podróży w czasie. Cała reszta artykułu i kilkuset prac naukowych, które pod jego wpływem zostały napisane, poświęcona jest konstrukcji modelu tunelu czasoprzestrzennego, nie będącego niczym innym jak drogą na skróty przez czasoprzestrzeń. Konkluzja ich wszystkich jest zupełnie jednoznaczna: istnienie tuneli czasoprzestrzennych nie jest sprzeczne ze znanymi nam prawami fizyki.

Fot. Syrena Entertainment Group

Jak łatwo sobie wyobrazić, publikacja ta wywołała burzę. Okazało się jednak, że zaprezentowanych w niej tez nie da się w żaden sposób obalić i wygląda na to, iż po 10 latach intensywnych badań konkluzja pozostaje niezmieniona. W tym czasie pojawił się jednak poważny problem, który w dalszym ciągu czeka na rozwiązanie. Okazało się mianowicie, że podróże przez tunele czasoprzestrzenne, tak jak wszystkie inne hipotetyczne podróże z prędkością nadświetlną, muszą być jednocześnie podróżami w czasie.

I tu pojawia się kłopot. Jeśli bowiem tunel czasoprzestrzenny służyłby do podróży w czasie, to jakiś szaleniec mógłby polecieć nim tam i z powrotem, cofając się w trakcie swej podróży w czasie, wrócić przed narodzeniem swoich rodziców i zabić swojego dziadka. Albo też mógłby po prostu zniszczyć tunel czasoprzestrzenny w momencie poprzedzającym początek podróży.

Tak czy inaczej, jest to poważny problem, związany z fundamentalną zasadą przyczynowości (nie ma skutku bez przyczyny) i fizycy pracujący nad tym zagadnieniem są w swoich opiniach podzieleni; niektórzy sądzą na przykład, że podróżując tunelem czasoprzestrzennym, lądujemy we Wszechświecie alternatywnym (cokolwiek by to znaczyło) z którego nie ma już powrotu do Wszechświata, w którym rozpoczęliśmy podróż. Ale w takim razie podróże z prędkością nadświetlną pozbawione zostałyby swojego największego uroku: powrotu do domu i możliwości pochwalenia się znajomym tym, co widziało się na jednej z planet galaktykiAndromedy.

HIBERNACJA

Gdyby podróży przez hiperprzestrzeń nie udało się urzeczywistnić, to zawsze pozostaje nam hibernacja, bo żaden człowiek nie wytrzyma ani dużych przeciążeń związanych z tradycyjnym rozpędzaniem się pojazdu kosmicznego, ani lotu trwającego ponad 100 lat (w Gwiezdnych wojnach podróże międzygwiezdne w "hiperprzestrzeni" odbywają się z całkowitym brakiem przeciążeń). Aby było to możliwe i miało sens, musimy nauczyć się tak zatrzymywać procesy życiowe, by dało się je przywrócić w dowolnie wybranym momencie. Sama przyroda pokazuje nam, że jest to realne - niestety, tylko na krótko.

Tunele łączące ze sobą odległe miejsca w przestrzeni, tak by czas podróży nimi był krótszy niż normalnie (jak w przypadku zwykłych tuneli przebijających góry), prawdopodobnie umożliwią podróże do gwiazd. Na razie jednak nauka może jedynie powiedzieć, że istnienie takich tuneli nie jest niezgodne z prawami fizyki

Fot. Syrena Entertainment Group

Niektóre zwierzęta co roku zapadają w zimowy sen. Temperatura ich ciał obniża się wtedy o kilkanaście stopni i spowalnia metabolizm. Z człowiekiem można zrobić to samo. Podczas operacji kardiochirurgicznych zwykle oziębia się ciało pacjenta nawet poniżej 20°C. W tak głębokiej hipotermii praca serca i płuc prawie zupełnie ustaje, a mózg nie umiera dzięki zewnętrznemu obiegowi i dotlenianiu krwi, na którą ma wtedy zresztą znacznie mniejsze zapotrzebowanie. Eksperymenty na zwierzętach wykazały jednak, że ciało można schłodzić znacznie bardziej bez większej szkody dla organizmu. Wymaga to jednak wymiany krwi na specjalną, syntetyczną ciecz, by zapobiec uszkodzeniu naczyń. W połowie lat osiemdziesiątych zrobiono doświadczenie z kilkoma psami, które na kilka godzin oziębiono do temperatury bliskiej 0°C, po czym pomyślnie przywrócono im wszystkie czynności życiowe.

Zatrzymanie życia na kilkadziesiąt lat wymaga jednak specjalnego podejścia. Aby tkanki organizmu nie zostały zniszczone przez bakterie i inne niekorzystne czynniki, trzeba zamrozić człowieka do dużo niższej temperatury, np. w ciekłym azocie. Takie próby również już wykonywano - m.in. na nicieniach Caenorhabditis elegans. Zamrożono je do -80°C w specjalnym roztworze ochronnym i potem przywrócono do życia. Dotychczasowe badania wykazują, że kluczowa dla całego procesu jest procedura zamrażania. Tempo ochładzania ciała, wymiana krwi na ciecz syntetyczną, zastosowanie substancji ochronnych- to wszystko decyduje o możliwości bezpiecznego przywrócenia do życia. Zanim zaczniemy zamrażać ludzi z pełną ufnością w pomyślną reanimację, upłynie jednak jeszcze wiele czasu.

OBCE FORMY ŻYCIA

Pojawiające się w filmach SF obce formy życia niemal zawsze sprawiają wrażenie udziwnionych ludzi lub zwierząt. Wydaje się, że wyobraźnia twórców napotyka tu poważną barierę. Praktycznie wszystkie spotykane w filmach fantastycznonaukowych formy życia pozaziemskiego mają symetryczne kończyny, oczy, usta, rzadziej nos, są zbliżone skalą wielkości i szybkością poruszania się do człowieka. Ten ewidentny antropocentryzm ma jednak nikłe podstawy naukowe.

Podróżujący po Wszechświecie bohaterowie SF ciągle spotykają przedstawicieli obcych cywilizacji. Wątpliwe jednak, by kosmici byli podobni do ludzi

Fot. Syrena Entertainment Group

Różnice są możliwe nawet na poziomie molekularnym. Nie znamy innego życia niż ziemskie, oparte na związkach węgla. Tymczasem teoretycznie możliwe jest istnienie organizmów, które budują swoje ciała ze związków krzemu. Krzem, jako jedyny poza węglem rozpowszechniony pierwiastek, może tworzyć spolimeryzowane struktury podobne do tych, które znamy z chemii organicznej. Zapewne nikt nie ma pojęcia, jak wyglądałby metabolizm takich organizmów, ale możliwość istnieje.

Po cóż jednak daleko szukać, skoro bez przerwy odkrywamy dziwne formy życia na Ziemi. Życie organiczne, bazujące na węglowodorach i związkach pochodnych, potrafi zasiedlać najbardziej niezwykłe środowiska. Ostatnie lata przyniosły dowody, że niektóre mikroorganizmy potrafią żyć nie tylko bez tlenu, ale nawet bez światła, w tempera-turze przewyższającej znacznie 100°C i przy gigantycznych ciśnieniach [patrz: Ekstremofile, "WiŻ" nr 12/1996]. Odkryto ich ostatnio tak wiele, że trzeba było zmienić systematykę świata żywego i wydzielić specjalnie dla nich nową domenę - Archaea. Bakterie są w stanie przetrwać także w próżni, o czym przekonali się amerykańscy astronauci, przywożąc z Księżyca kamerę pozostawioną tam przez jedną z poprzednich wypraw. Okazało się, że są na niej ziemskie bakterie, które poleciały na Księżyc, i przywiezione po wielu latach na Ziemię powróciły do życia.

W ciągu najbliższych kilku lat na Marsa poleci kilka kolejnych sond kosmicznych. Jednym z głównych celów ich misji będzie poszukiwanie śladów życia. Nasza współczesna wiedza biologiczna sugeruje jednak, że potencjalni Marsjanie to nie zielone ludziki, którymi filmowcy straszą dzieci, lecz ukryte głęboko w skałach mikroorganizmy.

INTELIGENTNE ROBOTY

Bakterie nie są wdzięcznymi bohaterami filmów SF, są nimi za to roboty, czyli kolejna typowa kalka fantastyki naukowej: metalowe pudełko z duszą, często zgrzytające nie naoliwionymi łożyskami, bzyczące w trakcie obliczania skomplikowanych trajektorii statków międzygwiezdnych lub konwersujące z bohaterami seksownym altem. Wydawałoby się, że skonstruowanie rozumnego robota jest jedynie sprawą czasu: wystarczy poczekać na stworzenie odpowiednio potężnego komputera, który będzie w stanie realizować program odpowiadający myśleniu. Zwolennicy tak pojętej sztucznej inteligencji twierdzą, że jeśli mózg ludzki jest układem fizycznym, myśl zaś - efektem działania tego układu. W związku z tym nie ma żadnych zasadniczych przeszkód w zbudowaniu jego sztucznego odpowiednika.

Pytanie, czy możliwe jest zbudowanie inteligentnego robota, z domeny filozofii przerodziło się w gałąź nauki poświęconą badaniu sztucznej inteligencji. Wśród naukowców i filozofów nie ma zgody, czy sztuczną inteligencję kiedykolwiek da się skonstruować

Fot. Syrena Entertainment Group

Niestety, jest to wrażenie złudne. Jeśli chcemy skonstruować jakiekolwiek urządzenie, od temperówki do rakiety kosmicznej, punktem wyjścia musi być zrozumienie zasad jego działania. Tak więc skonstruowanie sztucznego mózgu wymaga zrozumienia tajemnic funkcjonowania mózgu ludzkiego. I tu pojawia się problem. Co prawda, neurofizjologia rozwija się niezwykle szybko i wydaje się, że mechanizm działania poszczególnych neuronów jest dobrze poznany, ale pytania, co to jest myśl, świadomość, wolna wola, wciąż należą do domeny rozważań filozoficznych, a nie stricte naukowych. Choć każdy z tych terminów wydaje się intuicyjnie jasny, nikt tak naprawdę nie wie, jak pojęcia te sformalizować. Niektórzy badacze, jak Roger Penrose [patrz: O czym myśli cesarz?, "WiŻ" nr 9/1998], twierdzą wręcz, że aby to uczynić, należy przeformułować nie tylko podstawy informatyki i teorii obliczeń, ale nawet fundamentalnej fizyki.

Kolejny problem polega na tym, że w przyrodzie istnieje zapewne wiele rodzajów świadomości. Nie ma np. najmniejszych wątpliwości, że świadomy jest pies, ale jego świadomość jest inna niż ludzka i inna niż świadomość kosmity żyjącego na drugim końcu Wszechświata. Konstruując myślącego robota, chcielibyśmy, by jego świadomość była zbliżona do ludzkiej, tak abyśmy mogli się nawzajem zrozumieć. Ale czy jest to możliwe? Czy powstały w ten sposób stwór nie byłby po prostu człowiekiem?

EKSPLOZJE, DŹWIĘK I LASERY W PRÓŻNI

Efekty specjalne mają zwykle niewiele wspólnego z rzeczywistością. Szczególnie w Gwiezdnych wojnach. W próżni promieni lasera w ogóle nie widać, bo światło nie ma się na czym rozpraszać, a dźwięki się nie rozchodzą, bo nie jest ona ośrodkiem dla fal akustycznych.

Przede wszystkim w próżni nie ma tlenu, który jest niezbędny, by mógł płonąć jakikolwiek palny materiał. Jedynym materiałem, który mógłby się tam palić, jest więc mieszanina tlenu z inną palną substancją, jak to jest w przypadku rakiet wodorotlenowych (złożonych z dwu zbiorników: jeden z tlenem, drugi z wodorem). Po katastrofie wahadłowca Challenger rakiety tego typu są koszmarem dla specjalistów od bezpieczeństwa technicznego załogowych lotów kosmicznych. W Gwiezdnych wojnach pojazdy najwyraźniej nie wykorzystują jednak rakiet chemicznych - nie wiadomo więc, co miałoby w nich płonąć.

Fot. Syrena Entertainment Group

W przestrzeni kosmicznej nie zobaczymy jęzorów ognia, ponieważ w stanie nieważkości ciepłe gazy nie unoszą się do góry, lecz rozprzestrzeniają we wszystkie strony. To, co rzeczywiście zobaczymy, będzie więc bardziej przypominało szybko powiększającą się i równie szybko zanikającą kulę ognia o rozmytych brzegach, która nie wyda z siebie najmniejszego dźwięku. Jeszcze mniej widowiskowy byłby wybuch jądrowy w próżni - po prostu oślepiające światło trwające przez ułamek sekundy, a potem wszystko wróciłoby do normy.

Do tworzenia fantastyki naukowej można podchodzić w dwojaki sposób: albo puścić wodze fantazji i okrasić wszystko efektami specjalnymi, albo starać się usilnie zachować realizm opowieści. Realizatorzy sagi Gwiezdne wojny poszli tą pierwszą drogą. Nie to jest jednak najważniejsze. W końcu film to rozrywka, a nie rozprawa naukowa, a kino jeszcze niedawno nazywano iluzjonem. Przyszłość na pewno będzie wyglądać inaczej. Ale dla wielu ludzi film ten być może stanie się źródłem natchnienia. Również z tego względu warto go obejrzeć.
 
 W artykule wykorzystano trójwymiarowe modele komputerowe wykonane przez członków The Starwars Modelling Alliance ( http://www.swma.net).

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
(12/96) Ekstremofile
(09/98) O czym myśli cesarz?
(10/98) Z ŻYCIA SOND PLANETARNYCH: DEEP SPACE 1