Physics of the impossible Michio Kaku, Of in dit geval: Katrien Van der Heyden en Sven Baelden
If at first an idea does not sound absurd, then there is no hope for it! (Albert Einstein) • Krachtvelden • Teleportatie • Sneller dan het licht • Tijdsreizen • Perpetuum mobile • Voorspellen
De ene onmogelijkheid is de andere niet: 3 soorten
Klasse 1 onmogelijkheid: • Zaken die momenteel technologisch niet mogelijk zijn, maar die wel passen in de wetten van de fysica (zoals ze van daag gekend zijn). Krachtvelden Teleportatie Anything that is not forbidden, is mandatory! (T.H. White)
Klasse 2 onmogelijkheid: • Zaken die op de rand van onze kennis balanceren. Indien ze ooit mogelijk worden, dan enkel over duizenden of miljoenen jaren. Sneller dan het licht Tijdsreizen ‘Prediction is very hard to do. Especially about the future!’ (Niels Bohr)
Klasse 3 onmogelijkheid: • Zaken die de wetten van de fysica – zoals ze vandaag gekend zijn – geweld aandoen. Dus tenzij blijkt dat we ons in die wetten vergist hebben, zijn ze onmogelijk. Perpetuum mobile Voorspellen Any sufficiently advanced technology is indistinguishable from magic!’ (Arthur C. Clarke, Third law)
• ‘What does it mean for a civilization to be a million years old? We have had radio telescopes and spaceships for decades; our technical civilization is a few hundred years old… an advanced civilization millions of years old is as much beyond us as we are beyond a bush baby or a macaque!’ (Carl Sagan)
Klasse 1: Krachtvelden
Klasse 1: Krachtvelden • Wat is het in science fiction?
Een dunne ondoordringbare grens die lasers en raketten kan afketsen.
Hoe ziet het eruit in realiteit? • Faraday:
Filmfragmenten…
Krachtveld als schild: Mobiel 1 Stationair 2 Krachtveld als energie geleider Krachtveld als gevangeniscel Menselijk (!?) krachtveld
De 4 basis krachten in het universum: 1.Zwaartekracht 2.Electromagnetische kracht 3.De sterke nucleaire kracht (kern atoom) 4.De zwakke nucleaire kracht (radioactiviteit, elektron) Hier zit geen kracht tussen met eigenschappen van een krachtenveld zoals in science fiction! Misschien wordt er echter nog ooit een 5e kracht ontdekt?
Andere kandidaat: • Materie komt voor in gas, vloeibare en vaste vorm, maar er is een 4e vorm van elke materie: plasma. • Plasma is een gas van geïoniseerde materie en de meest voorkomende vorm van materie in het universum! (niet op aarde!) • Een plasma kan makkelijk gemanipuleerd worden in elektrische of magnetische velden!
Ady Herschcovitch, brookhaven national laboratory, Long island NY. 1995
• Plasma venster:
Dit is ok om vacuüm ruimte van lucht af te sluiten, maar niet om lasers en raketten tegen te houden!
Hoe maak je dit ondoordringbaar (voor de ‘vijand’) • Er moeten verschillende lagen zijn:
– Plasma venster aan de buitenkant, heet genoeg om metaal te doen verdampen – Daarna een laag/web met hoog energetische laserstralen die vanalles verpulveren. – Dan een web van ‘carbon nano tubes’, dit is veel sterker dan staal en slechts 1 atoom dik! (huidige wereldrecord van nano tubes is slechts 15 mm!)
– Pas op: een laserstraal zou hier toch nog door kunnen! Om dat te stoppen heb je nog een speciale (momenteel onbestaande) UV laag nodig.
Klasse 1: Teleportatie How wonderful that we have met with paradox. Now we have some hope of making progress! (Niels Bohr)
I canna’ change the laws of physics, Captain! (Scotty, Chief Engineer in Star trek)
Teleportatie werd bekend bij grote publiek door Gene Roddenberry (Star trek creator) omdat de filmstudie geen budget had voor dure speciale effecten bij het in- en uitvliegen van de ruimtetuigen. • Er kwam protest van fysici die zeiden dat dit onmogelijk was door de wet van ‘heisenberg – onzekerheden. ’ Op Starship Enterprise vonden ze daar echter een oplossing voor….
Filmfragmenten
Star Trek The Original Series 1966 Pilot Star Trek 2009 (Film) Star Trek “Beam me up, Scotty”
Stand van zaken in de wetenschap • Volgens de Fysica van Newton is het onmogelijk, maar in quantum mechanica niet meer, integendeel, dit is een inherente eigenschap van elementaire deeltjes! • Heisenberg, Schrödinger ontdekten dat elektronen zich als golven gedragen en quantum sprongen kunnen maken in een atoom. Maar op een macroscopisch niveau is de kans kleiner dan de leeftijd van het universum dat dit effect zou gebeuren (maar niet onmogelijk!) • Anything that is not forbidden, is forced to happen!
• In 1993 slaagde Charles Bennet erin (IBM labs) aan te tone dat alle informatie in een deeltje kon worden geteleporteerd. Sindsdien is dit gelukt voor fotonen en zelfs atomen (cesium). • Men denkt dit ook te kunnen binnen enkele decennia voor DNA molecule en virussen!
Klasse 2: Sneller dan het licht!
Filmfragment(en) • Star Wars: Soms lukt het niet meteen • The Hitchhiker's Guide to the Galaxy heeft ook een manier om er te geraken: The Infinite Impropability Drive
Stand van zaken in de wetenschap Michelson kwam in 1903 tot 299 940 km/s. De huidige definitie van de meter, en daarmee de exacte waarde van de lichtsnelheid, dateert uit 1983. • de waarde: c= 299 792 458 m/s • De lichtsnelheid in vacuüm wordt beschouwd als een natuurconstante. Einstein bewees dat de snelheid echt absoluut is, zelfs relatief t.o.v. stilstaande of bewegende objecten!
Wat betekent dit alles? • In een ruimteschip dat de lichtsnelheid nadert zou de massa oneindig worden en de tijd stil komen te staan: E=mc² Niet goed voor je gezondheid! • Bovendien wijst alles wat we momenteel weten erop dat sneller dan licht onmogelijk is • Maar: we kunnen het licht toch slimmer af zijn
Wormholes • Als we ons niet sneller dan licht kunnen verplaatsen door de ruimte gaan, dan kunnen misschien de ruimte zelf verplaatsen: • Op kosmische schaal kan tijd-ruimte zich sneller rekken dan licht of kunnen we er gaatjes in maken!
Alcubierre drive Hier heb je wel negatieve energie en massa voor nodig (heeeeeel exotische materie maar wellicht niet onbestaande!)
Op aarde probeerden ze het ook met neutrino’s…
Met als resultaat…
Klasse 2: Tijdsreizen If time travel is possible, then where are the tourists from the future? (Stephen Hawkings) ‘Time travel is against reason’, said Filby. ‘What reason?’, said the time traveller. (H.G. Wells)
• Tijd is nog steeds 1 van de grootste mysteries. Niemand weet waarom tijd slechts in 1 richting loopt (vanuit ons perspectief: vooruit!) • Bestaat tijd wel? het verleden is weg, de toekomst nog niet daar en elk moment zapt zo voorbij…
Filmfragmenten
De steampunk manier: 12 Monkeys Met een telefooncel: Doctor Who Of met een DeLorean: Back to the Future Ook in tekenfilms: Mater van Cars
Stand van zaken wetenschap • Tijdsreizen is onmogelijk in fysica van Newton. Het was absoluut en vast maar Einstein toonde dat het in feite even relatief was als ruimte. • Hawking vond dat tijdreizen onmogelijk moest zijn en spendeerde veel tijd met zijn team om dit fysisch te bewijzen, maar vond geen enkele gekende wet die dit onmogelijk maakt!
Tijds paradoxen
Klasse 3: Perpetuum mobile Theories have 4 stages of acceptance: 1. This is worthless nonsense 2. This is interesting but perverse 3. This is true but quite unimportant 4. I always said so! (J.B.S. Haldane, 1963)
Filmframenten • Thermodynamica door Homer Simpson • Onze noorderburen zijn ook uitvinders • En dan zijn er degenen die er voluit voor gaan
Stand van zaken: menselijke geschiedenis vanuit energie bril… • 99,9% van de menselijke geschiedenis: elke persoon had slechts 1/5e paardenkracht ter beschikking (eigen spieren)
• 10.000 jaar geleden: paarden werden getemd en dus was er 1 à 2 paardenkracht ter beschikking per persoon: energie overschot en dus ‘cultuur’, ‘steden’, bouwwerken (piramides)
• Industriële revolutie: tientallen paardenkrachten per persoon: globalisering
• Vandaag: duizenden paardenkracht nodig per persoon: schaarste!
Eerste gekende poging tot perpetuum mobile: 8e eeuw in Bavaria: een systeem met magneetjes waarop later een oneindig aantal variaties werd vervaardigd.
Ook Leonardo Da Vinci – officieel een tegenstander – waagde zich toch aan enkele schetsen
Sommigen werden er heel rijk van John Ernst Worrell Kelly, 1872
Wetten van de thermodynamica: bewijzen dat het onmogelijk is.
• Type 1: Creert meer energie dan het consumeert: dit is dus tegen de 1e wet van de thermodynamica (behoud energie) en kan dus NIET. • Type 2: Levert evenveel energie als het verbruikt = inbreuk tegen 2e wet van thermodynamica, nl. er moet ergens rest warmte (energie) verdwijnen, zodat entropie vergroot. Kan dus ook NIET.
Kan dit worden omzeild? 2 opties… - In extreme ruimte-tijd plaatsen zoals wormgaten zou het kunnen zijn dat 1e wet niet geldt. - Recent onderzoek wijst op energie die uit het niets ontstaat in een vacuüm (Theorie van Nicolas Tesla en donkere energie)
Klasse 3: voorspellen
Voorspellingen: Wat is het? Maakt deel uit van bijna elke religieuze traditie. Gepubliceerde bronnen zoals Nostradamus zijn zo vaag dat ze voor elke interpretatie vatbaar zijn: Vb: Earth-shaking fires from the world’s center roar: Around ‘New City’ is the earth a-quiver Two nobles long shall wage a fruitless war The nymph of springs pour forth a new, red river.
• In 1524 voorspelden astrologen het einde van de wereld door overstromingen wegens samenstand van planeten. Duizenden mensen ontvluchten hun huizen, bouwden arken en torens in Engeland en Duitsland. Toen er op de voorspelde dag enkel wat motregen viel, werden de mensen zo kwaad dat ze begonnen vechten. Honderden doden was het resultaat.
Filmfragment • Professor Zwamdrift uit Harry Potter maakt een angstaanjagende voorspelling • En met Luke Skywalker maken we de cirkel rond
Stand van zaken in de wetenschap • Niet te rijmen met de wetten van ‘causaliteit’. Eerst heb je altijd een oorzaak en die heeft een gevolg/effect. Alle fysische wetten bevatten deze causaliteit. l
Zou dus alles wat we weten omverwerpen als dit niet zou blijken te kloppen.
Ontdekking van Feynman • Een electron dat vooruitgaat in de tijd = een anti-electron dat achteruit gaat in de tijd! De beweging van anti-materie gaat dus achteruit in tijd. (maar verder snap ik daar niks van!)
Tachyons • Tachyon = een deeltje dat leeft in de sneller dan licht wereld en aan snelheid wint als het energie verliest! Sneller dan het licht zouden ze dus boodschappen naar het verleden kunnen sturen. l
Ze maken deel uit van de bizarre wereld van quantumtheorie, maar zijn nooit waargenomen. De vraag is dus of ze überhaupt bestaan.
The end
