Khi nào nhân loại mới có thể bắt đầu kỷ nguyên du hành giữa các ngôi sao?

Hiện tại, du hành giữa các ngôi sao vẫn là một điều không thể, nhưng nếu chúng ta có thể xây dựng được một con tàu vũ trụ vượt qua giới hạn tốc độ ánh sáng, thì mọi thứ sẽ hoàn toàn khác.

Con người từ lâu đã tò mò và mong muốn khám phá vũ trụ, từ những quan sát thiên văn cổ xưa đến công nghệ hàng không vũ trụ hiện đại, chúng ta không ngừng khám phá không gian rộng lớn và bí ẩn này.

Tuy nhiên, quy mô của vũ trụ lớn đến nỗi chúng ta phải đo khoảng cách bằng năm ánh sáng, thậm chí ngay cả ngôi sao gần nhất với chúng ta cũng cách chúng ta 4,3 năm ánh sáng. Khoảng cách và thời gian như vậy khiến chúng ta cảm thấy bất lực và thất vọng về việc du hành giữa các vì sao.

Động cơ ổ đĩa dọc vẫn chưa được hiện thực hóa, nhưng nó đã trở thành một trong những yếu tố phổ biến và hấp dẫn nhất của khoa học viễn tưởng. Vậy chính xác thì động cơ ổ đĩa dọc là gì? Liệu nó có thực sự đạt được việc du hành giữa các vì sao không?

Năm 1957, Kerhard Heim, một nhà vật lý người Đức, đã đưa ra nguyên mẫu đầu tiên của động cơ ổ địa trong lý thuyết Heim, một lý thuyết đầy tham vọng cố gắng giải quyết mâu thuẫn giữa cơ học lượng tử và thuyết tương đối.

Mặc dù không được công nhận rộng rãi trong cộng đồng khoa học, lý thuyết Heim đã gây ra sự chú ý lớn trong giới khoa học viễn tưởng, đặc biệt là trong việc tạo ra cơ sở lý thuyết cho các phim khoa học viễn tưởng về động cơ ổ địa.

Trong loạt phim 'Star Trek', một trong những ứng dụng nổi tiếng nhất của động cơ ổ địa đã được biểu diễn, với tàu vũ trụ Enterprise sử dụng truyền động dọc để du hành nhanh hơn tốc độ ánh sáng, nhờ sử dụng nhiên liệu phản vật chất.

Theo mô tả của loạt phim, tốc độ của tàu vũ trụ Enterprise có thể vượt quá 9.000 lần tốc độ ánh sáng, làm nổi bật hơn vai trò của động cơ ổ địa trong thế giới khoa học viễn tưởng.

Mô hình của Alcubieri giả sử rằng tàu vũ trụ có thể tạo ra một bong bóng vận tốc cong không bị biến dạng để di chuyển qua không gian một cách hiệu quả, tạo ra hình ảnh về việc chuyển động của tàu vũ trụ dựa trên sự biến dạng của không gian xung quanh.

Trong mô hình này, tàu vũ trụ không thực sự di chuyển, mà thay vào đó, nó biến dạng không gian để di chuyển qua không gian một cách nhanh chóng, mà không cần phải vượt qua các rào cản vật lý truyền thống.

Vì vậy, không có hiện tượng như sự trễ chậm của đồng hồ và việc tăng khối lượng trong thuyết tương đối không xảy ra trong quá trình điều hướng. Di chuyển này tương tự như việc đi bộ trên thang cuốn, dù bạn đi chậm trên thang cuốn nhưng thang cuốn lại di chuyển nhanh. Do đó, tàu vũ trụ không bị ràng buộc bởi tốc độ ánh sáng và có thể tăng tốc độ tàu vũ trụ lên vô hạn.

Theo cách này, dường như chúng ta có thể đạt được chuyển động vượt quá tốc độ ánh sáng. Trên thực tế, tàu vũ trụ không bay nhanh hơn tốc độ ánh sáng, động cơ dọc chỉ liên tục mở rộng không gian, làm biến dạng không gian-thời gian xung quanh tàu vũ trụ mạnh mẽ, tạo ra một kênh tốc độ cao, rút ngắn khoảng cách di chuyển giữa các vì sao.

Giả sử chúng ta có một động cơ dọc được áp dụng cho tàu vũ trụ, làm cho tàu vũ trụ di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng mười lần, chúng ta chỉ mất 155 ngày để đến Proxima Centauri. Nếu tốc độ của chúng ta nhanh hơn, ví dụ như nhanh gấp một trăm lần tốc độ ánh sáng, chúng ta chỉ mất 90 ngày để đến Gliese 581, cách Trái Đất 25 năm ánh sáng. Nếu tốc độ của chúng ta nhanh hơn nữa, ví dụ như nhanh hơn một nghìn lần so với tốc độ ánh sáng, chúng ta chỉ mất 4 năm để đến Tinh vân Đại bàng, cách Trái Đất 4.000 năm ánh sáng. Hiện nay, động cơ dọc vẫn phải đối mặt với nhiều vấn đề kỹ thuật và lý thuyết, trong đó lớn nhất là mật độ năng lượng âm.

Mật độ năng lượng âm tham chiếu đến trạng thái năng lượng thấp hơn năng lượng của chân không. Mật độ năng lượng âm là trọng tâm của truyền động dọc, vì có thể tạo ra hiệu ứng hấp dẫn ngược trong không gian, từ đó tạo ra biến dạng của không gian. Tuy nhiên, mật độ năng lượng âm cực kỳ hiếm và không ổn định, đồng thời vẫn chưa có phương pháp đáng tin cậy và hiệu quả để tạo ra và duy trì mật độ năng lượng âm.

Đến nay, các nhà khoa học chỉ quan sát thấy sự tồn tại của mật độ năng lượng âm trong một hiện tượng được gọi là hiệu ứng Casimir. Hiệu ứng Casimir là lực hút xảy ra giữa hai tấm kim loại song song rất gần nhau, lực hút này là do năng lượng chân không giữa các tấm kim loại thấp hơn năng lượng chân không bên ngoài các tấm kim loại.

Điều này ngụ ý rằng có mật độ năng lượng âm giữa các tấm kim loại. Tuy nhiên, mật độ năng lượng âm được tạo ra bởi hiệu ứng Casimir rất yếu và không đủ để tạo ra một động cơ dọc. Theo ước tính của Alcubierre, để một con tàu vũ trụ di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng mười lần, mật độ năng lượng âm cần thiết tương đương với việc chuyển hết khối lượng của Sao Mộc thành năng lượng.