Je zou kunnen zeggen dat dit precies is wat Isaac Newtons beeld van de zwaartekracht doet: een relatie weergeven tussen de massa van een object en de zwaartekracht die het uitoefent. En je zou gelijk hebben. Maar het concept van ruimte-tijdkromming leidt tot een veel rijker spectrum aan verschijnselen dan alleen maar kracht. Het maakt een soort afstotende zwaartekracht mogelijk die ons universum ertoe aanzet uit te breiden, zorgt voor tijdsdilatatie rond massieve objecten en zwaartekrachtsgolven in de ruimte-tijd, en maakt – althans in theorie – warp-drives mogelijk.
Alcubierre benaderde zijn probleem vanuit de tegenovergestelde richting dan gebruikelijk. Hij wist welke kromming van de ruimte-tijd hij wilde. Het was er een waarin het object kon surfen in een gebied met verwrongen ruimte-tijd. Dus werkte hij achteruit om te bepalen welk type materieconfiguratie je nodig zou hebben om dit te creëren. Het was geen natuurlijke oplossing voor de vergelijkingen, maar iets “op bestelling gemaakt”. Toch was het niet precies wat hij besteld zou hebben. Hij ontdekte dat hij een exotische materie nodig had, iets met een negatieve energiedichtheid, om de ruimte op de juiste manier te vervormen.
Natuurkundigen bekijken oplossingen voor exotische materie over het algemeen met scepsis, en terecht. Hoewel je een materiaal met negatieve energie wiskundig kunt beschrijven, lijkt bijna alles wat we weten positieve energie te hebben. Maar in de kwantumfysica hebben we waargenomen dat er kleine, tijdelijke schendingen van de positiviteit van energie kunnen optreden, zodat ‘geen negatieve energie’ geen absolute, fundamentele wet kan zijn.
Van warpdrives tot golven
Gegeven Alcubierre’s model van een warp-aandrijving in de ruimtetijd, kunnen we beginnen met het beantwoorden van onze oorspronkelijke vraag: hoe zou een signaal ervan eruitzien?
Een van de hoekstenen van de moderne observatie van zwaartekrachtgolven, en een van de grootste prestaties ervan, is het vermogen om golfvormen nauwkeurig te voorspellen op basis van fysieke scenario’s met behulp van een hulpmiddel dat ‘numerieke relativiteit’ wordt genoemd.
Dit instrument is om twee redenen belangrijk. Ten eerste omdat de gegevens die we van de detector krijgen nog steeds veel ruis bevatten, wat betekent dat we vaak grofweg moeten weten hoe het signaal eruit ziet om het uit de datastroom te kunnen halen. En ten tweede: zelfs als het signaal zo luid is dat het boven de ruis uitsteekt, hebben we een model nodig om het te interpreteren. Dat wil zeggen dat we veel verschillende soorten gebeurtenissen moeten modelleren, zodat we een signaal aan het type ervan kunnen koppelen; anders zouden we in de verleiding kunnen komen om het af te doen als ruis of het verkeerd te bestempelen als fusies van zwarte gaten.
Een probleem met ruimte-tijd warpaandrijving is dat deze op natuurlijke wijze geen zwaartekrachtgolven produceert, tenzij deze wordt gestart of gestopt. Ons idee was om te onderzoeken wat er zou gebeuren als de warpaandrijving zou stoppen, vooral als er iets mis zou gaan. Stel dat het insluitingsveld van de warpaandrijving instort (basisverhaal in sciencefiction); Er wordt aangenomen dat er een explosieve vrijgave van zowel exotische materie als zwaartekrachtgolven zou plaatsvinden. Dit is iets dat we kunnen en hebben gesimuleerd met behulp van de numerieke relativiteitstheorie.
Wat we ontdekten is dat de ineenstorting van de warpdrive-bubbel inderdaad een extreem gewelddadige gebeurtenis is. De enorme hoeveelheid energie die nodig is om de ruimte-tijd te vervormen, komt vrij in de vorm van zwaartekrachtgolven en golven van positieve en negatieve materie-energie. Helaas is dit hoogstwaarschijnlijk het einde van de lijn voor de bemanning van het schip, die door de getijdenkrachten uit elkaar zou worden gescheurd.