Vlaming stopt de Enterprise in een belletje

In Star Trek zoeven ruimteschepen sneller dan het licht door het heelal. Kan niet, denken de meeste fysici. Kan wel, rekent een Leuvense promovendus ze voor....

I N DE NIEUWE theorie van de Leuvense promovendus Chris van den Broeck ontmoet de Amerikaanse serie Star Trek de op en top Britse Dr. Who. Maar kom bij de Vlaming niet aan met science fiction. 'De enige reden dat theoretisch natuurkundigen nadenken over warp drives en tijdreizen is dat je daarmee de grenzen van je theorie verkent. Star Trek vind ik persoonlijk tamelijk vervelend kinderspel', zegt hij.

Toch is het uitgerekend Van den Broeck die in twee net openbaar gemaakte artikelen aantoont dat de beroemde warp-aandrijving van Star Treks ruimteschip Enterprise in principe echt mogelijk is. Met zijn publicaties van 1 en 15 juni, beide bedoeld voor het vakblad Classical and Quantum Gravity, trekt hij een vastlopende discussie onder theoretici opnieuw vlot.

De warp drive die captain Kirks befaamde Enterprise sneller dan het licht van de ene kant van de Melkweg naar de andere transporteert, berust op een simpel principe, al blijft het voorlopig gemakkelijker gezegd dan gedaan. Krimp vóór het ruimteschip de ruimte in en blaas hem erachter juist op. Dat lijkt vals spelen, maar het doel komt per saldo dichterbij en het vertrekpunt verdwijnt uit zicht. Wat anders is reizen?

In 1994 liet de Mexicaanse theoreticus Michael Alcubierre, toen verbonden aan de Universiteit van Cardiff, als eerste zien dat volgens Einsteins Algemene Relativiteitstheorie een ruimteschip inderdaad op een golf van ruimtetijdkromming door het heelal zou kunnen surfen. Daarbij rolt een afgezonderde bel ruimte over de helling van de vervormde ruimtetijd zoals Einstein die zich voorstelde rond extreem zware objecten.

Zo'n Alcubierre-bel kan zelfs gemakkelijk sneller bewegen dan het licht, want weliswaar is in de ruimte de lichtsnelheid de absolute limiet, de ruimte zelf kan wel degelijk sneller dan met de lichtsnelheid vervormen.

De euforie onder theoretici over dat opmerkelijke resultaat duurde krap drie jaar. In 1997 kwamen twee experts van de Tufts-universiteit in Massachusetts, Larry Ford en Michael Pfenning, met een ontnuchterende mededeling. Uit nieuw rekenwerk bleek dat een beetje warp drive, waarbij een bel ruimte zo groot als een ruimteschip harder dan het licht gaat, al meer energie nodig heeft dan er in het hele universum bestaat.

Einde warp drive, leek het. Tot Chris van den Broeck, verbonden aan de Katholieke Universiteit Leuven in Heverlee, eerder dit jaar even wat tijd over had. De afgelopen maanden had hij zijn proefschrift in Leuven min of meer af terwijl hij pas binnenkort als postdoc aan de slag kan bij Penn State University.

'Ik las dat stuk van Ford en Pfenning en mijn oog viel op hun terloopse opmerking dat een realistische warp drive hooguit microscopische ruimtebelletjes zou kunnen aandrijven. Dat zette me aan het denken.'

En dit leidde tot een idee dat rechtstreeks ontleend lijkt aan de oeroude Britse science fiction-serie Dr. Who. De gelijknamige hoofdpersoon had de Tardis, de telefooncel die bij betreden hele werelden bleek te bevatten. Op dezelfde manier, wist theoreticus Van den Broeck, kan een microscopisch belletje in principe genoeg ruimte omvatten om er een aardige ruimtecapsule in kwijt te kunnen.

Zoiets, legt hij uit, is in lagere dimensies voor te stellen met een lus in een rechte lijn. De randen van de onderbreking liggen hemelsbreed vlak bij elkaar, maar een wandeling van de ene naar de andere kan alleen over de veel grotere lus. In drie dimensies is zoiets lastiger voor te stellen, maar komt het erop neer dat een belletje veel meer ruimte kan omvatten dan de toeschouwer op grond van zijn buitenoppervlak zou denken.

En dat blijkt, ook tot Van den Broecks eigen verrassing, niet bij voorbaat onrealistisch. Een warp drive kan belletjes van een paar duizend maal de allerkleinst denkbare lengtemaat, de Planck-lengte van pakweg 10-35 meter, gemakkelijk aan met een beschaafde hoeveelheid energie. En binnen zo'n piepklein bolletje, rekent de promovendus uit, is met een beperkte hoeveelheid energie een binnenruimte van een paar honderd meter diameter te creëren. Genoeg voor een flinke space shuttle.

E NIGE complicatie: de op zichzelf beperkte hoeveelheid energie is negatief. En daarvan weet niemand hoe je die, behalve op papier, moet maken. In de bekende natuur is alle energie positief.

Is het kortom niet van de regen in de drup: niet onrealistisch véél energie, maar een klein beetje even onrealistische negatieve energie? Van den Broeck meent van niet.

'Meer energie dan het heelal bevat, is er gewoon niet. Voor negatieve energie hoef je daarentegen alleen maar wat energie weg te nemen uit lege ruimte. Dat klinkt als magie, maar in de quantumtheorie is zoiets niet uitgesloten. Uw eigen professor Casimir heeft dat een halve eeuw geleden al aangetoond.'

Veel meer zorgen baren hem de fijnere details van zijn eigen idee. Hoe, bijvoorbeeld, krijg je een ruimteschip in een belletje tientallen ordes van grootte kleiner dan een atoomkern? Kan de piloot van binnenuit zo'n bel besturen? En heersen daarbinnen überhaupt omstandigheden die nog iets heel laten van apparatuur of bemanning?

Vast niet, zegt Van den Broeck, maar voor hem zijn het geen halszaken. 'Theorie is mijn spel, niet Star Trek. Wat mag fysisch nog wel en wat niet, dat is de vraag. De fans zullen misschien ontdaan zijn, maar captain Kirk kan me feitelijk weinig schelen.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden