Tähtienvälinen. Tiede kulissien takana "- kirja niille, jotka eivät ole tyytyväisiä elokuvaan

2024 Kirjoittaja: Malcolm Clapton | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 03:55

Lifehacker julkaisee otteen yhdysvaltalaisen teoreettisen fyysikon, Interstellar-elokuvan idean kirjoittajan Kip Thornen kirjasta. Kuvan juoneeseen kietoutuu paljon nykyaikaisia fysikaalisia teorioita ja ideoita, joiden selitys paljastui suurimmaksi osaksi kulissien takana. Siksi olemme varmoja, että kirja vetoaa sekä elokuvan ystäviin että fysiikasta kiinnostuneisiin.

Tähtienvälinen lento

Ensimmäisellä tapaamisella professori Brand kertoo Cooperille Lasaruksen tutkimusmatkoista löytääkseen ihmiskunnalle uuden kodin. Cooper vastaa:”Aurinkokunnassa ei ole asumiskelpoisia planeettoja, ja lähin tähti on tuhannen vuoden päässä. Tämä on lievästi sanottuna turhaa. Joten minne lähetit ne, professori? Miksi tämä on turhaa (jos madonreikä ei ole käsillä), on selvää, jos ajattelee kuinka suuria etäisyyksiä lähimpiin tähtiin ovat.

Etäisyydet lähimpiin tähtiin

Lähin (Aurinkoa lukuun ottamatta) tähti, jonka järjestelmästä elämälle sopiva planeetta löytyy, on Tau Ceti. Se on 11,9 valovuoden päässä Maasta; eli valonnopeudella matkustaen, se on mahdollista saavuttaa 11, 9 vuodessa. Teoriassa voi olla elämään sopivia planeettoja, jotka ovat lähempänä meitä, mutta eivät paljoa.

Arvioidaksemme kuinka kaukana Tau Ceti on meistä, käytetään analogiaa paljon pienemmässä mittakaavassa. Kuvittele, että tämä on etäisyys New Yorkista Perthiin Australiassa - noin puolet maapallon ympärysmitasta. Meitä lähin tähti (jälleen Aurinkoa lukuun ottamatta) on Proxima Centauri, 4, 24 valovuoden päässä Maasta, mutta ei ole todisteita siitä, että sen vieressä voisi olla asuttavia planeettoja. Jos etäisyys Tau Cetistä on New York - Perth, etäisyys Proxima Centauriin on New York - Berliini. Hieman lähempänä kuin Tau Ceti! Kaikista ihmisten tähtienväliseen avaruuteen lähettämistä miehittämättömistä avaruusaluksista Voyager 1, joka on nyt 18 valotunnin päässä Maasta, saavutti kauimpana. Hänen matkansa kesti 37 vuotta. Jos etäisyys Tau Cetistä on etäisyys New Yorkista Perthiin, etäisyys Maan ja Voyager 1:n välillä on vain kolme kilometriä: Empire State Buildingistä Greenwich Villagen eteläreunaan. Tämä on paljon vähemmän kuin New Yorkista Perthiin.

Se on vielä lähempänä Saturnusta maasta - 200 metriä, kahden korttelin päässä Empire State Buildingista Park Avenuelle. Maasta Marsiin - 20 metriä ja Maasta Kuuhun (suurin matka, jonka ihmiset ovat matkustaneet tähän mennessä) - vain seitsemän senttimetriä! Vertaa seitsemää senttimetriä puoleen maailmanympärimatkaan! Ymmärrätkö nyt, minkä tekniikan harppauksen täytyy tapahtua, jotta ihmiskunta voi valloittaa aurinkokunnan ulkopuolisia planeettoja?

Lentonopeus XXI-luvulla

Voyager 1 (kiihdytetty Jupiterin ja Saturnuksen ympärillä olevilla gravitaatiohihnoilla) etenee pois aurinkokunnasta 17 kilometrin sekunnissa nopeudella. Interstellarissa Endurance-avaruusalus lentää Maasta Saturnukseen kahdessa vuodessa, keskinopeudella noin 20 kilometriä sekunnissa. Suurin 2000-luvulla saavutettava nopeus käytettäessä rakettimoottoreita yhdessä gravitaatioritsojen kanssa on mielestäni noin 300 kilometriä sekunnissa. Jos matkustamme Proxima Centauriin nopeudella 300 kilometriä sekunnissa, lento kestää 5 000 vuotta ja lento Tau Cettiin 13 000 vuotta. Jotain liian pitkää. Jotta pääset sellaiseen etäisyyteen nopeammin XXI-luvun tekniikoilla, tarvitset jotain madonreikää.

Kaukaisen tulevaisuuden teknologiat

Hassut tiedemiehet ja insinöörit ovat tehneet paljon vaivaa kehittääkseen tulevaisuuden tekniikoiden periaatteita, jotka tekisivät lähes valon lennosta todellisuutta. Löydät tarpeeksi tietoa tällaisista hankkeista Internetistä. Mutta pelkään, että kestää yli sata vuotta, ennen kuin ihmiset pystyvät herättämään ne henkiin. Minun mielestäni ne kuitenkin vakuuttavat, että superkehittyneiden sivilisaatioiden matkustaminen kymmenesosan valonnopeuden nopeuksilla on täysin mahdollista.

Tässä on kolme lähes kevyttä matkustusvaihtoehtoa, jotka ovat mielestäni erityisen kiinnostavia *.

Termoydinfuusio

Fuusio on suosituin näistä kolmesta vaihtoehdosta. Tutkimus- ja kehitystyö ohjattuun lämpöydinfuusioon perustuvien voimalaitosten luomiseksi aloitettiin vuonna 1950, ja nämä hankkeet kruunaavat täyden menestyksen vasta vuonna 2050. Sata vuotta tutkimusta ja kehitystä!

Se kertoo jotain monimutkaisuuden laajuudesta. Tulkoon lämpöydinvoimaloita Maahan vuoteen 2050 mennessä, mutta mitä voidaan sanoa avaruuslennoista lämpöydinvoimalla? Menestyneimpien mallien moottorit pystyvät tarjoamaan noin 100 kilometriä sekunnissa ja tämän vuosisadan loppuun mennessä oletettavasti jopa 300 kilometriä sekunnissa. Lähes valon nopeuksille tarvitaan kuitenkin täysin uusi lämpöydinreaktioiden käyttöperiaate. Termoydinfuusion mahdollisuuksia voidaan arvioida yksinkertaisilla laskelmilla. Kun kaksi deuterium-atomia (raskas vety) sulautuvat yhteen muodostaen heliumatomin, noin 0,0064 niiden massasta (noin yhden prosentin pyöristys) muuttuu energiaksi. Jos muutat sen heliumatomin kineettiseksi energiaksi (liikeenergiaksi), atomi saavuttaa nopeuden, joka on kymmenesosa valon nopeudesta**.

Siksi, jos pystymme muuttamaan kaiken ydinpolttoaineen (deuteriumin) fuusiosta saadun energian avaruusaluksen suuntaliikkeeksi, saavutamme nopeuden noin c / 10, ja jos olemme älykkäitä, jopa hieman suuremman. Vuonna 1968 Freeman Dyson, merkittävä fyysikko, kuvasi ja tutki primitiivistä fuusiokäyttöistä avaruusalusta, joka pystyy - riittävän kehittyneen sivilisaation käsissä - tarjoamaan tämän suuruusluokan nopeuksia. Lämpöydinpommit ("vetypommit") räjähtävät välittömästi puolipallon muotoisen iskunvaimentimen takana, jonka halkaisija on 20 kilometriä. Räjähdykset työntävät aluksen eteenpäin kiihdyttäen sitä Dysonin rohkeimpien arvioiden mukaan kolmeskymmenesosaan valon nopeudesta. Edistyneempi suunnittelu voi pystyä enemmän. Vuonna 1968 Dyson tuli siihen tulokseen, että tämän tyyppistä moottoria olisi mahdollista käyttää aikaisintaan XXII-luvun lopussa, 150 vuoden kuluttua. Mielestäni tämä arvio on liian optimistinen.

[…]

Niin houkuttelevalta kuin kaikki nämä tulevaisuuden teknologiat saattavatkin tuntua, sana "tulevaisuus" on tässä avainasemassa. 2000-luvun tekniikalla emme voi saavuttaa muita tähtijärjestelmiä alle tuhansissa vuosissa. Ainoa aavemainen toivomme tähtienvälisestä lennosta on madonreikä, kuten Interstellarissa, tai jokin muu äärimmäinen tila-aikakaarevuuden muoto.