Ett actionskott av en besättningsmedlem fångade i midtransport. Bildkredit: CBS Photo Archive / Getty Images.

Den mest omöjliga tekniken från Star Trek

Och det betyder inte att vi ska ge upp, men det betyder att vi har mycket arbete att göra!

"'Star Trek' säger att allt inte har hänt, det har inte alla upptäckts, att morgondagen kan vara lika utmanande och äventyrlig som någon gång människan någonsin har levt." –Gene Roddenberry

För femtio år sedan förstod en ny vision om mänsklighetens framtid världens medvetande: Star Trek-visionen. Skaparen Gene Roddenberrys hjärnsköld, det stred mot den dominerande etos i sin tid i en värld fylld med föroreningar och förstörelse av människor, överträffad med självisk, oetiskt beteende, krig, strid och konflikt. Den framtid som människor fruktade var en av kärnvinter, osäker luft och vatten, oetisk behandling av varandra och av teknik ytterligare och att ytterligare separera oss från vår mänsklighet. Och mot den kulturella bakgrunden föddes serien av Star Trek.

I stället för en dystopisk framtid där mänskligheten ledde till vår egen förstörelse var detta en framtid där teknik fanns för att främja de fredliga mål och ideal som är gemensamma för alla människor. Detta var en framtid där gränserna för stater, nationer och kulturer överskreds. Detta var en framtid där FN: s dröm utsträcktes till inte bara hela jorden utan till ett myriad av planeter bortom vårt solsystem: en Förening av planeter. Där vi fredligt levde tillsammans, delade teknik och resurser och där ansamling av rikedom eller makt inte längre var en drivkraft i någons liv. Och hur vi uppnådde det - i Star Trek Universum - var genom utvecklingen som gynnade oss alla.

Karl Urban som

Insjukna? Medicinsk teknik har utvecklats så långt att allt du behöver är den senaste utrustningen och en smart läkare, och du kommer att bli botad på nolltid. Behöver du kommunicera med någon i en annan värld? Underutrymme kommunikation sätter dem inom räckhåll, bara med en knapptryckning på din skjorta. Förstår inte deras språk? En "universalöversättare" gör det fullständigt irrelevant, med on-the-fly översättning av språk som sker direkt. Behöver du resa någonstans långt bort? Warp-enhet och en transportör tar dig dit på nolltid. Under de senaste 50 åren har tekniken utvecklats och utvecklats i en takt som skulle ha varit otänkbar för till och med en kunnig teknofil på 1960-talet. Även om många av dessa "fantastiska drömmar" om den ursprungliga Star Trek redan har blivit verklighet, verkar några av dessa tekniker vara för evigt över vårt grepp.

Sub-space-kommunikation - bortsett från det faktum att "sub-space" inte existerar - stöter på problemet som ligger i speciell relativitet: ingen signal kan röra sig snabbare än ljus. Om du vill skicka information från en plats i rymden till en annan, är du begränsad av avståndet i rymden som signalen måste röra sig och den universella hastighetsgränsen: ljusets hastighet. Kvantförvirring kan "fuska" denna ljushastighet, men kan inte skicka någon information, eftersom de sammantrasslade partiklarna behövde skapas i ett intrasslat tillstånd och sedan bringas isär begränsas av ljusets hastighet. Mätningar du gör på en partikel påverkar resultatet av den andra, men det överför inte någon information; att skicka en signal är inte något du kan göra (åtminstone med vår nuvarande förståelse) via intrasslade partiklar.

En illustration av delrumskommunikation. Bildkredit: Från Star Trek Deep Space Nine Teknisk manual.

Warp drive är också lite av en sträcka. Tack vare några senaste framsteg inom den allmänna relativiteten har vi upptäckt en rymdtidslösning som medger snabbare resor än ljus från en plats till en annan genom skapandet av ett bokstavligt "varpfält" i en bubbla. Det finns enorma hinder som måste övervinnas innan detta blir verklighet, inklusive:

  • möjligheten att skapa och sedan ta bort denna konfiguration av rymdtid,
  • förmågan att placera komplex materia i den utan att förstöra den,
  • och förmågan att åstadkomma allt detta utan att kräva en energikälla större än, säg, hela solenergiinnehållet.

Människor arbetar naturligtvis med detta, men att skapa en ad hoc-lösning i allmän relativitet är en mycket annorlunda historia än att det här är möjligt teknik.

Alcubierre-lösningen för General Relativity, vilket möjliggör rörelse som liknar varpdrivning. Bildkredit: Wikimedia Commons-användare AllenMcC.

Men mest chockerande verkar transportören av Star Trek vara en uppfinning som för evigt ligger utanför vår räckvidd, mycket till världsresenes klaghet, bankrånare och förbjudna Lotharios överallt. Visst, om du har en kvantpartikel på ena sidan av en tunn barriär, finns det en begränsad-men-icke-noll chans att den kommer att avvecklas på andra sidan, även om den inte har tillräckligt med energi för att komma dit. Men till och med för en liten samling atomer är sannolikheten för "tunneling" i den meningen så exponentiellt liten, du kan ha varje människa som någonsin har levt i hela universitetens ålder och aldrig ha en enda rörelse så mycket som en mikron .

Tre medlemmar av Star Trek-besättningen strålar ner från fartyget. Bildkredit: CBS Photo Archive / Getty Images.

Men det är okej. Det sätt som transportören påstås fungerar är inte att flytta dina faktiska atomer, utan att teleportera din information från en plats till en annan och att rekonstruera dig till din destination. I den ursprungliga Star Trek ansågs räckvidden vara begränsad och begränsad till några tiotusentals kilometer. I den senaste Star Trek Into Darkness finns det en teleportering från jorden hela vägen till Klingons hemvärld! Medan kvantteleportering är ett verkligt fenomen, som Chad Orzel skriver, är det mycket annorlunda från hur det är tänkt i Star Trek, särskilt med tanke på att överföringen av information är bunden av ljusets hastighet och Klingons hemvärld är cirka 90 ljusår från jorden!

Transporten av John Harrison i Star Trek Into Darkness. Bildkredit: KANE2026 från scifiempire.net, lyfts från den fritt tillgängliga filmtrailern.

Vad du kan göra är att överföra en godtycklig mängd information från en plats till en annan genom processen för kvantteleportering. Namnet är lite felaktigt, eftersom det inte är teleporteringen av faktiska kvantpartiklar, utan informationen om kvantpartiklarnas tillstånd. Gör tillräckligt med par intrasslade partiklar mellan två olika platser, och du kan teleportera den informationen från en plats till en annan: du kan flytta tillståndet och informationen för ett objekt från punkt A till punkt B utan att behöva flytta själva objektet. Upptäckten gjordes 1993 av teamet av Charles H. Bennett, Gilles Brassard, Claude Crépeau, Richard Jozsa, Asher Peres och William K. Wootters i sin tidning, ”Teleportera ett okänt kvanttillstånd via dubbel klassisk och Einstein-Podolsky-Rosen kanaler.” Det är möjligt att genom att kombinera denna teknik med den framväxande tekniken för kvantberäkning kan hela informationen som kodar en levande människa skannas in och teleporteras från en plats till en annan. Eller, om du inte såg något behov av att förstöra dig, originalkopian, kanske du kunde klonas helt via denna process!

Tom och Will Riker, klonade från samma transporterade kopia, när de träffade varandra i avsnittet ”Andra chanser.” Bildkredit: Star Trek: The Next Generation, via Memory Alpha-användare ThomasHL.

Utmaningen är dock att rekonstruera den saken i sluttillståndet. Att veta vad informationsläget för en människa är - inklusive alla deras komponentpartiklar - är en sak, men att rekonstruera att människan är en helt annan sak helt. Trots ett 14 biljoner dollar-program lanserat av Ryssland - National Technology Initiative - med målet att teleportera en människa år 2035 är det inte tydligt att denna del av tekniken är genomförbar med tanke på vår nuvarande förståelse av fysik. Att till och med drömma om att göra det kräver inte bara att alla partiklar som gör dig sammanslagna i samma konfiguration, utan med samma positioner och moment som de hade innan du teleporterades. Tänk på skillnaden mellan en levande människa och ett lik av en människa: det finns inga partiklar som nödvändigtvis är olika, det är helt enkelt hur dessa partiklar är placerade och rör sig i den konfigurationen. Men fysik kommer inte ens att låta dig känna till dessa två informationsdelar på samma gång, mycket mindre återge dem.

En illustration mellan den inneboende osäkerheten mellan position och momentum på kvantnivå. Bildkredit: E. Siegel, baserad på arbete från Wikimedia Commons-användare Maschen.

Du förstår, det finns en inneboende osäkerhet mellan fart och position för varje partikel, vilket kräver att om du känner till ett av dessa egenskaper till en viss grad av precision, blir den andra i sig osäker så att de två produkterna alltid är begränsade och icke- noll. Lawrence Krauss identifierar i sin bok The Physics of Star Trek korrekt att man skulle behöva någon typ av hypotetisk "Heisenberg Compensator" för att redogöra för detta, vilket verkar bryta mot de grundläggande reglerna för kvantmekanik. När Star Trek-skaparna kom på idén om Heisenberg Compensators, frågades de hur de fungerade. Deras svar? "De fungerar mycket bra, tack." Tyvärr är detta ett fall där oavsett hur långt tekniken går framåt kommer den alltid att vara bunden av naturlagarna.

Det här inlägget visades först på Forbes och kommer till dig annonsfritt av våra Patreon-supportrar. Kommentera vårt forum och köp vår första bok: Beyond The Galaxy!