10 mokslinės fantastikos idėjų, kurios teoriškai yra įmanomos

Mokslinės fantastikos filmuose niekas taip nepadidina įtampos, kaip geriečių kosminis laivas, patekęs į nematomą traukos spindulį, kuris leidžia blogiukams lėtai geriečius sučiupti. Dabar mokslininkai kuria realų traukos spindulį. Tačiau tikrojo išradimo tikslas – ne gaudyti bejėgius žvaigždėlaivių pilotus, o ištraukti nebeveikiančius palydovus iš pavojaus zonos į „kapinių orbitą“ aplink Žemę.

Tikrame traukos spindulyje, vadinamame elektrostatiniu spinduliu, būtų naudojamas aptarnaujantis erdvėlaivis, kuris šaudytų elektronus į palydovą, įkraudamas taikinį neigiamu krūviu – o pats aptarnaujantis erdvėlaivis būtų su teigiamu krūviu. Dėl elektrostatinės traukos taptų įmanoma lėtai traukti palydovą.

Keli ekspertai įsitikinę, kad technologijos prototipas gali būti pritaikytas praktiškai. Tačiau veikiančios versijos iškėlimas į kosmosą kainuos dešimtis milijonų – o tai gali sutrukdyti jai tapti realybe.

Kirmgraužos idėja – trumpas kelias erdvėje, leidžiantis beveik akimirksniu keliauti tarp tolimų Visatos dalių – skamba išties fantastiškai. Tačiau Einsteino-Roseno tilto sąvoka egzistavo kaip rimta teorinė koncepcija dar gerokai prieš tai, kai ja susidomėjo mokslinės fantastikos rašytojai. Ji kilo iš Alberto Einsteino bendrosios reliatyvumo teorijos, kurioje gravitacija laikoma masyvių objektų sukeltu erdvėlaikio iškraipymu. Bendradarbiaudamas su fiziku Nathanu Rosenu, A. Einsteinas 1935 m. iškėlė teoriją, kad itin stiprios gravitacijos taškai – pavyzdžiui juodosios skylės – gali būti tiesiogiai sujungti vienas su kitu. Taip gimė kirmgraužų idėja.

Juodąją skylę supančios jėgos sunaikintų kiekvieną ar bet ką, kas tik prie jos priartėtų, todėl idėja iš tikrųjų keliauti per kirmgraužą nebuvo rimtai svarstoma iki devintojo dešimtmečio, kai astrofizikas Carlas Saganas nusprendė parašyti mokslinės fantastikos romaną. Pasak BBC, Saganas paskatino kolegą fiziką Kipą Thorne'ą sugalvoti įmanomą būdą, kaip akimirksniu nukeliauti tarpžvaigždinius atstumus. K.Thorne'as sukūrė teoriškai įmanomą, bet praktiškai labai neįtikėtiną būdą, kaip žmonės galėtų keliauti tarpžvaigždiniu keliu, įveikdami kirmgraužas. Rezultatas pateko į Sagano romaną „Contact“ (1985 m.), kuris vėliau buvo ekranizuotas, o Jodie Foster atliko pagrindinį vaidmenį.

Nors mažai tikėtina, kad kirmgraužos kada nors taps įprastais ir patogiais kosminių kelionių būdais, kokie vaizduojami filmuose, mokslininkai dabar pasiūlė realesnį būdą, kaip sukonstruoti kirmgraužą, nei pirminis K. Thorne'o pasiūlymas. Taip pat gali būti, kad jei Visatoje jau egzistuoja kirmgraužos, jas būtų galima aptikti naudojant naujos kartos gravitacinių bangų detektorius.

Esminė daugumos kosminių nuotykių istorijų sąlyga – galimybė iš taško A į tašką B nukeliauti daug greičiau nei šiandien. Atmetus kirmgraužas, yra daugybė kliūčių, trukdančių tai pasiekti įprastiniu erdvėlaiviu. Tai didžiulis degalų kiekis, kurį reikia sunaudoti, gniuždantis pagreičio poveikis ir tai, kad Visatoje egzistuoja griežtai nustatyta greičio riba. Tai šviesos sklidimo greitis – lygiai vienas šviesmetis per metus, o kosminiu mastu nėra labai didelis greitis. Antroji pagal artumą Žemei žvaigždė Kentauro Proksima yra už 4,2 šviesmečio nuo Saulės – o galaktikos centras yra už milžiniško 27 000 šviesmečių atstumo.

Laimei, kosminio greičio apribojime yra spraga: jis nurodo tik didžiausią greitį, kuriuo galime keliauti erdvėje. Kaip aiškino A. Einsteinas, pati erdvė gali būti iškraipyta, todėl galbūt įmanoma manipuliuoti erdve aplink laivą taip, kad greičio riba būtų apeita. Erdvėlaivis vis tiek keliautų aplinkine erdve mažesniu nei šviesos greičiu – tačiau pati erdvė judėtų greičiau.

Būtent apie tai pagalvojo „Star Trek“ (liet. „Žvaigždžių kelio“) scenaristai, kai 1960-aisiais sugalvojo „erdvę iškreipiantį variklį“ (angl. warp drive) koncepciją. Tačiau jiems tai buvo tik įtikinamai skambanti frazė, o ne tikra fizika. Tačiau 1994 m. teoretikas Miguelis Alcubierre'as rado A.Einsteino lygčių sprendimą, kuris leido sukurti tikrą erdvę iškreipiančio variklio efektą, sutraukiant erdvę priešais erdvėlaivį ir išplečiant ją erdvėlaivio gale. Iš pradžių M. Alcubierre'o sprendimas buvo ne mažiau fantastinis nei K. Thorne'o įveikiama kirmgrauža – tačiau mokslininkai bando jį patobulinti, tikėdamiesi, kad vieną dieną jis taps praktišku.

Laiko mašinos sąvoka yra viena geriausių fantastinių siužetų priemonių, leidžianti veikėjams grįžti atgal ir pakeisti istorijos eigą – į gerąją ar blogąją pusę. Tačiau dėl to neišvengiamai kyla loginių paradoksų. Pavyzdžiui, ar filme „Back to the Future“ (liet. „Atgal į ateitį“) daktaras Brownas būtų sukonstravęs savo laiko mašiną, jei jo nebūtų aplankęs Marty iš ateities, besinaudojantis ta pačia laiko mašina? Būtent dėl tokių paradoksų daugelis žmonių mano, kad kelionės laiku realiame pasaulyje yra neįmanomos – tačiau, remiantis fizikos dėsniais, jos tikrai gali vykti.

Kaip ir kirmgraužų bei erdvės iškraipymų atveju, fizika, pagal kurią galima keliauti laiku, remiasi A. Einsteino bendrąja reliatyvumo teorija. Šioje teorijoje erdvė ir laikas laikomi to paties „erdvėlaikio“ kontinuumo dalimis, kurios yra neatsiejamai susijusios. Lygiai taip pat, kaip kalbame apie erdvės iškraipymą naudojant kirmgraužos skylę ar erdvę iškreipiantį variklį, galima iškraipyti ir laiką. Kartais jis gali būti taip iškreiptas, kad susisuka atgal į save – kaip mokslininkai vadina „uždarą laiko kreivę“, nors ją lygiai taip pat tiksliai galima būtų vadinti laiko mašina.

Pasak fiziko Davido Lewiso Andersono, kuris aprašo tyrimus privačioje tyrimų laboratorijoje Andersono institute, 1974 m. fizikas Frankas Tipleris paskelbė koncepcinį tokios laiko mašinos projektą. Pavadinta Tiplerio cilindru, ji turi būti didelė – mažiausiai 97 kilometrų ilgio, ir labai tanki – jos bendra masė turi būti panaši į Saulės masę. Kad cilindras veiktų kaip laiko mašina, jis turi suktis pakankamai greitai, kad iškreiptų erdvėlaikį taip, jog laikas susisuktų į save. Galbūt tai skamba ne taip paprastai, kaip „DeLorean“ automobilyje sumontuoti srauto kondensatorių, tačiau tai turi pranašumą: tai tikrai veiktų. Na, bent jau „popieriuje“.

Archetipinis mokslinės fantastikos teleportacijos pavyzdys yra „Star Trek“ transporteris, kuris, kaip rodo pavadinimas, vaizduojamas tik kaip patogus būdas perkelti darbuotojus iš vienos vietos į kitą. Tačiau teleportacija visai nepanaši į jokią kitą transporto rūšį: vietoje to, kad keliautojas judėtų erdvėje iš pradinio taško į paskirties vietą, teleportacijos metu paskirties vietoje sukuriama tiksli kopija, o pradinė kopija sunaikinama. IBM teigimu, teleportacija iš tiesų yra įmanoma, jei ją vertinsime šiais terminais – ir subatominių dalelių, o ne žmonių lygmeniu.

Realiame pasaulyje šis procesas vadinamas kvantine teleportacija. Šis procesas kopijuoja tikslią vienos dalelės – pavyzdžiui, fotono – kvantinę būseną į kitą dalelę, kuri gali būti už šimtų kilometrų. Kvantinė teleportacija sunaikina pirmojo fotono kvantinę būseną, todėl iš tiesų atrodo, kad fotonas buvo stebuklingai perkeltas iš vienos vietos į kitą. Šis triukas grindžiamas tuo, ką A. Einsteinas vadino „bauginančiu poveikiu per atstumą“ (angl. spooky action at a distance) – tačiau oficialiai jis labiau žinomas kaip kvantinis susietumas. Jei fotonas, kurį norima „teleportuoti“, liečiasi su vienu iš poros susipynusių fotonų, o gautos būsenos matavimas siunčiamas į priimančiąją pusę, kur yra kitas susipynęs fotonas, pastarasis gali būti perjungtas į tą pačią būseną kaip ir teleportuotas fotonas.

Tai sudėtingas procesas net ir vienam fotonui – ir jo niekaip negalima išplėsti iki tokios momentinio perkėlimo sistemos, kokią galime pamatyti „Star Trek“. Nepaisant to, kvantinė teleportacija turi svarbių pritaikymo galimybių realiame pasaulyje – pavyzdžiui, nuo įsilaužimų apsaugotame ryšyje ar itin greituose kvantiniuose skaičiavimuose.

Visata – tai yra viskas, ką mums atskleidžia teleskopai: visi milijardai galaktikų, besiplečiančių į išorę po Didžiojo sprogimo. Bet ar tai viskas, kas egzistuoja? Teorija teigia, kad galbūt ne: galbūt egzistuoja ištisa daugybė visatų.

„Paralelinių visatų“ idėja – dar viena gerai pažįstama mokslinės fantastikos tema, tačiau kai jos vaizduojamos ekrane, paprastai nuo mūsų Visatos skiriasi tik smulkiomis detalėmis. Tačiau tikrovėje gali būti daug keistesnių dalykų, nes pagrindiniai lygiagrečiosios Visatos fizikos parametrai – pavyzdžiui, gravitacijos stiprumas ar branduolinės jėgos – gali skirtis nuo mūsų Visatos. Klasikinis tokios iš tiesų skirtingos Visatos ir joje gyvenančių būtybių pavyzdys yra Isaaco Asimovo romanas „The Gods Themselves“ (liet. „Net patys dievai“).

Raktas į šiuolaikinį paralelinių visatų supratimą yra „amžinojo plėtimosi“ sąvoka. Ji vaizduoja begalinės erdvės audinį, kuris nuolat neįtikėtinai sparčiai plečiasi. Kartkartėmis iš bendro plėtimosi proceso iškrenta lokalizuota šios erdvės vieta – savarankiškas Didysis Sprogimas – ir pradeda augti ramesniu tempu, todėl joje susiformuoja materialūs objektai – pavyzdžiui, žvaigždės ir galaktikos. Pagal šią teoriją mūsų Visata yra viena iš tokių sričių – tačiau gali būti ir daugybė kitų.

Kaip ir I. Asimovo apsakyme, šių paralelinių visatų fizikiniai parametrai gali visiškai skirtis nuo mūsų Visatos. Vienu metu mokslininkai manė, kad gyvybė galėtų egzistuoti tik tose visatose, kurių parametrai beveik nesiskiria nuo mūsų Visatos – tačiau naujausi tyrimai rodo, kad situacija gali būti ne tokia ribota.

Kitų visatų pėdsakus galime aptikti įvairiais būdais. Pavyzdžiui, buvo iškelta prielaida, kad paslaptingoji „šaltoji dėmė“ kosminiame mikrobangų fone yra susidūrimo su paraleline visata randas, teigia Liverpulio Johno Mooreso universiteto (Jungtinė Karalystė) astrofizikos profesorius Ivanas Baldry.

Ar kada pagalvojate apie apsigyvenimą Raudonojoje planetoje? Joje gravitacija mažesnė nei Žemėje, todėl net tokius paprastus dalykus, kaip vaikščiojimą, atlikti sunku – o gimdymas gali būti neįmanomas. Į Marsą patenka mažiau Saulės šviesos nei į mūsų gimtąją planetą – todėl net ir pačios šilčiausios dienos yra vos pakenčiamos. Vienintelis vanduo yra įšalęs lede po dirvožemiu arba ašigaliuose. Jau nekalbant apie tai, kad ten nėra kvėpavimui tinkamos atmosferos... arba išvis jokios atmosferos.

Tačiau beveik kiekvienoje mokslinės fantastikos istorijoje, kurios veiksmas vyksta pakankamai toli ateityje, žmonės gyvena Marse. Svarbiausia čia yra teraformavimas – procesas, kurio metu šalta, tuščia planetos atmosfera paverčiama kažkuo panašesniu į Žemės atmosferą. Nors tai nėra neįmanoma, vis dėlto tai nėra lengva užduotis – nes Marse nėra pakankamai lakiųjų medžiagų (tokių kaip vanduo, azotas ir anglies dioksidas), kad susidarytų tiršta planetos atmosfera. Taigi, turėtume ją importuoti iš kitur – pavyzdžiui, iš išorinės Saulės sistemos atsigabenti kometų ir jas suknežinti į Raudonąją planetą.

Tokia megainžinerija nėra neįmanoma. Bet tai labai, labai sudėtinga – ir tam reikėtų ištisų kartų žmonių, kurios nenuilstamai dirbtų, kad sukurtų Žemę 2.0.

Net patiems fantastiškiausiems laivams reikia kokio nors energijos šaltinio – o fantastikos rašytojai, atrodo, renkasi tris standartinius variantus: kokią nors išgalvotą medžiagą, pavyzdžiui, diličio kristalus, antimateriją arba seną gerą branduolinę sintezę. Pastarasis variantas yra bene labiausiai tikėtinas kaip ilgalaikis ir tvarus energijos šaltinis viskam – nuo erdvėlaivių iki gyvenviečių už Žemės ribų.

Beje, žmonės jau naudoja branduolinę energiją laivuose Žemėje (dažniausiai povandeniniuose). Tačiau tai yra skilimo energija pagrįstos sistemos, kurios energiją gauna skaidydamos atomus. Branduolių sintezė – kai du maži atomai sujungiami į vieną, kad susidarytų naujas, didesnis atomas – yra visai kas kita. Branduolių sintezei reikia daug sudėtingesnių technologijų, kad būtų galima kontroliuoti ir panaudoti gaunamą energiją (beje, žmonija jau žino, kaip sukelti nekontroliuojamas branduolių sintezės reakcijas – taip veikia vandenilinės bombos).

2022 m. JAV Energetikos departamento Nacionalinio uždegimo įrenginio mokslininkai padarė didžiulę pažangą: pirmą kartą istorijoje jiems pavyko iš branduolių sintezės reakcijos gauti daugiau energijos, nei į ją patenka. Tačiau šis puikus pasiekimas yra tik pirmas žingsnis. Į šį grynąjį teigiamą energijos prieaugį nebuvo įtraukta energija, prarasta dėl pačių lazerių neefektyvumo, arba metodas, kaip tą energiją surinkti ir panaudoti naudingam darbui.

Vis dėlto mokslininkai ir inžinieriai visame pasaulyje sunkiai dirba, kad įmintų branduolių sintezės mįslę – ir ji dar gali tapti mūsų ateities pagrindu.

Mokslinės fantastikos filmų autoriai dažnai naudoja dirbtinę gravitaciją kaip siužeto elementą, kad sutaupytų lėšų ir galėtų filmuoti aktorius įprastoje filmavimo aikštelėje – priešingu atveju jiems tektų naudoti virves ar sudėtingus vaizdo efektus, kad imituotų nesvarumo būseną.

Tačiau sukurti gravitaciją pagal pageidavimą yra paprasčiau, nei galite pagalvoti. Pirmoji gudrybė – pagreitį pakeisti sukimu. Jei kada nors buvote viename iš karnavalinių atrakcionų, kurie sukasi labai greitai, žinote, kokia stipri gali būti išcentrinė jėga.

Kita gudrybė, kaip atkartoti gravitaciją, – nuolat judėti. A. Einsteinas suprato, kad pagreitis yra vienodas – nesvarbu, ar jį sukelia masyvus gravitacinis objektas, ar raketos variklio stūmimas – ir tai galima išnaudoti savo naudai. Jei užgesinsite raketų variklius ir palaikysite pastovų 9,8 m/sek. pagreitį, jei nežiūrėsite pro langą, nė neįtarsite, kad esate kosminiame laive.

Žinoma, tokiam pagreičiui palaikyti reikės daug degalų – bet tai jau kita problema.

Teko matyti tokią sceną iš mėgstamo fantastinio serialo? Pagrindinis veikėjas susižeidžia, gal net sunkiai. Jis nueina į medicinos skyrių – juk visada būna medicinos skyrius – ir gydytojas mosteli lazdele virš jo kūno arba prijungia kažką labai paprasto prie rankos. Ir prasideda gijimas.

Mūsų pačių tikrovėje medicina padarė milžinišką pažangą – nuo tada, kai daugiau nei prieš šimtą metų į šią sritį buvo introdukuotas mokslinis metodas. Mūsų protėviams baimę kėlę negalavimai ir ligos – pavyzdžiui, raupai – šiandien mums beveik nekelia susirūpinimo. Nuo tiesioginių stebuklų – vakcinų ir antibiotikų – iki kasdienių įprastų gyvybę gelbstinčių chirurginių procedūrų. Ir viskas tik geriau ir geriau!

Sveikatos priežiūra tikrai tobulėja. Neseniai pradėtos taikyti genų redagavimo technologijos – tokios kaip CRISPR – žada kiekvienam pacientui pritaikytus vaistus ir gydymo būdus. Ne be reikalo įsivaizduojame ateitį, kai gydytojas pažinos jus iki pat molekulinio lygio ir galės paskirti tikslią tinkamą priemonę, kad pašalintų bet kokius jūsų negalavimus.

Žinoma, neįmanoma pasakyti, kur gali nuklysti tolesni medicinos tyrimai – tačiau nėra beprotiška įsivaizduoti pažangą ligų valdymo, gydymo ir bendros gerovės srityje.