未来の人類はワープドライブを使って宇宙を探索するのだろうか？その可能性を完全に排除する立場にはいない。しかし、もしも遠い未来の子孫がそれを実現するなら、ディリチウム結晶は使用せず、スコットランド訛りも歴史に埋もれているであろう。
ワープドライブは、最も人気のあるSFシリーズの一つにそのルーツを持つが、科学的な根拠もある。新しい論文では、ワープドライブの科学的な基盤を検討し、ワープドライブの崩壊が検出可能な重力波を発生させるかどうかを問うている。
この論文のタイトルは「What no one has seen before: gravitational waveforms from warp drive collapse」であり、著者はイギリスとドイツの機関に所属する物理学者Katy Clough、Tim Dietrich、Sebastian Khanである。
一般相対性理論にはワープドライブの余地があり、メキシコの物理学者Miguel Alcubierreは1994年に理論的な作動方法を記述している。彼はアルクビエレ・ドライブによって、宇宙と物理学の分野でよく知られている。
誰もが知っているように、物体は光の速度を超えて移動することはできない。しかし、ワープドライブはその回避策を提供するかもしれない。時空そのものを歪めることで、ワープドライブを備えた宇宙船は光速を超えるルールを破ることなく移動できる。
「ワープドライブはSFに由来するが、一般相対性理論に具体的に記述されており、Alcubierreは光速を超える移動をサポートする時空計量を初めて提案した」と著者らは述べている。
実際にワープドライブを作るには明確な科学的障壁がある。しかし、ワープドライブがどのように機能し、故障時に重力波を通じてどのように検出可能かをシミュレーションすることは可能である。ワープドライブはブラックホールや中性子星のようなコンパクトな天体の二重合併と同様に時空そのものを歪める。理論的には、それらが合併と同じように重力波信号を発生させる可能性がある。「そのような信号を探し、測定データでそれを正しく識別するためには、その現象論と特性を理解することが重要である」と著者らは説明している。
ワープドライブがどのように機能するかを理解するためには、物理学に深く踏み込む必要がある。
「ワープドライブの基本的なアイデアは、局所的な参照枠で直接的に光速を超えるのではなく（これはローレンツ不変性に違反する）、“ワープバブル” が前方の時空を収縮させ、後方の時空を膨張させることで、遠方の観測者が測定する際には光速を超える距離を移動できるというものである」と論文は述べている。
最初の障壁は、ワープドライブがNull Energy Condition (NEC) を必要とすることである。物理学では、空間の領域が負のエネルギー密度を持つことはできないとされている。それを回避する理論的な方法はあるが、現時点では実用的ではない。
「ワープドライブの計量に関する他の問題には、閉じた時間様曲線の可能性や、より実用的な観点からは、船内の者がバブルを制御し、無効化する際の困難さが含まれる」と著者らは説明している。これは、乗組員が船の前方に信号を送る方法がないためである。バブル内の出来事がワープバブル外の出来事に影響を与えるのは難しいと、この論文は説明している。
「ワープドライブを動的にシミュレーションする観点から、鍵となる課題は安定性である」と著者らは説明している。方程式は、アインシュタイン方程式を使用してアルクビエレ・ドライブがワープバブルを開始できることを示しているが、それを維持する既知の方程式はない。「ワープドライブ計量を安定した状態で維持する状態方程式は（私たちの知る限り）知られていない。したがって、最初はワープバブルが一定であることを要求できるが、それはすぐにその状態から進化し、ほとんどの場合、ワープ流体と時空の変形は分散または中心点に崩壊する」と述べている。
不安定性はワープドライブの主要な障害であるが、それが検出可能にする要因でもある。アルクビエレ・ドライブが一定の速度に達すると、それは検出不可能になる。重力波を生成せず、ADM質量も持たない。ADMは三人の物理学者にちなんで名付けられたArnowitt–Deser–Misnerの略である。ADM質量について詳しくは読者に任せる。
しかし、ワープドライブが検知されないのは、一定かつ安定している場合のみである。ワープドライブが故障したり、加速または減速したりすると、検知される可能性がある。著者らは、この研究でワープドライブバブルが崩壊するのを許している。「物理的には、これはワープ文明が（おそらく）ワープバブルを崩壊から支えるために使用する拘束場の故障に関連している可能性がある」と述べている。
著者らの定式化では、船そのものの性質は重要ではない。重要なのはワープバブルと内部のワープ流体のみである。
研究者たちはワープバブルの崩壊をシミュレーションした。彼らは崩壊が合併によって生成されるものとは異なる特徴を持つ重力波を生成することを発見した。「信号はバーストとして現れ、最初は重力波の内容がなく、その後に1/[R]の順序の特徴的な周波数を持つ振動期間が続く」と述べている。「全体として、信号は重力波検出器で観測される典型的なコンパクトバイナリの合併とは非常に異なり、不安定な中性子星の崩壊や二つのブラックホールの正面衝突のようなイベントにより近い」。
著者らは、ワープドライブが重力波信号を生成するが、それは現在の地上ベースの検出器の周波数範囲外であることを指摘している。「高周波検出器の提案がなされており、将来的にはそのような信号の存在を制限することができるかもしれない」と述べている。
船自体も何らかのマルチメッセージャー信号を送ることができるかもしれないが、船の物質が通常の物質とどのように相互作用するかは難しい。「ワープ船を構築するために使用される物質の種類がわからないため、それが宇宙を通じて伝播する際に通常の物質と（重力的なもの以外で）相互作用するかどうかわからない」と研究者たちは説明している。
これは楽しい思考実験である。将来、光速を超える移動のための何らかの回避策が存在する可能性はある。それがあるとすれば、ダークマターやダークエネルギーのより良い理解に関連しているかもしれない。もしETI（地球外知的生命体）が存在するなら、彼らは我々がまだ持っていない宇宙の基礎的な知識を利用する立場にあるかもしれない。
もし彼らが全ての不可能性にもかかわらずワープドライブを構築し使用する方法を見つけたなら、その活動は我々の将来の観測所が他の銀河でも検出できる重力波を作り出すかもしれない。しかし、現時点ではそれは全て理論的なものである。
「得られた波形は、導入で議論されたように、いくつかの既知の理論的問題を持つモデルに特有である可能性が高いことに注意が必要である。これらのシグネチャがどれほど一般的であるかを理解し、その検出可能性を適切に特徴づけるには、さらなる研究が必要である」と、著者らは結論づけている。
疑いなく、好奇心旺盛な物理学者たちはこの研究を続けるであろう。
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