Tähtedevaheline. Teadus kulisside taga "- raamat neile, kes pole filmiga rahul

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 03:53

Lifehacker avaldab katkendi Kip Thorne’i, Ameerika teoreetilise füüsiku, filmi Interstellar idee autori raamatust. Pildi süžeesse on põimitud palju kaasaegseid füüsikalisi teooriaid ja ideid, mille selgitamine osutus enamasti kulisside taha. Seetõttu oleme kindlad, et raamat meeldib nii filmisõpradele kui ka füüsikahuvilistele.

Tähtedevaheline lend

Esimesel kohtumisel räägib professor Brand Cooperile Lazaruse ekspeditsioonidest inimkonnale uue kodu leidmiseks. Cooper vastab: „Päikesesüsteemis pole elamiskõlblikke planeete ja lähim täht on tuhande aasta kaugusel. See on pehmelt öeldes mõttetu. Kuhu sa nad siis saatsid, professor? Miks see mõttetu on (kui ussiauk käepärast pole), on selge, kui mõelda, kui suured on kaugused lähimate tähtedeni.

Kaugused lähimate tähtedeni

Lähim (Päikest arvestamata) täht, mille süsteemist võib leida eluks sobiva planeedi, on Tau Ceti. See on Maast 11,9 valgusaasta kaugusel; ehk valguse kiirusel liikudes on võimalik selleni jõuda 11,9 aasta pärast. Teoreetiliselt võib leiduda eluks sobivaid planeete, mis on meile lähemal, kuid mitte palju.

Et hinnata, kui kaugel Tau Ceti meist on, kasutame analoogiat palju väiksemal skaalal. Kujutage ette, et see on vahemaa New Yorgist Perthini Austraalias – umbes pool maa ümbermõõdust. Meile lähim täht (jällegi, Päikest arvestamata) on Proxima Centauri, mis asub Maast 4, 24 valgusaasta kaugusel, kuid puuduvad tõendid selle kohta, et selle kõrval võiks olla elamiskõlbulikke planeete. Kui Tau Ceti kaugus on New York – Perth, siis Proxima Centauri kaugus on New York – Berliin. Natuke lähemal kui Tau Ceti! Kõigist inimeste poolt tähtedevahelisse ruumi saadetud mehitamata kosmoselaevadest jõudis kõige kaugemale Voyager 1, mis asub Maast praegu 18 valgustunni kaugusel. Tema teekond kestis 37 aastat. Kui Tau Ceti kaugus on kaugus New Yorgist Perthini, siis kaugus Maast Voyager 1-ni on vaid kolm kilomeetrit: nagu Empire State Buildingust Greenwich Village'i lõunaservani. Seda on palju vähem kui New Yorgist Perthi.

See on Maalt Saturnile veelgi lähemal – 200 meetrit, Empire State Buildingust Park Avenue'ni kaks kvartalit. Maast Marsini - 20 meetrit ja Maast Kuule (suurim vahemaa, mille inimesed on seni läbinud) - ainult seitse sentimeetrit! Võrrelge seitset sentimeetrit poole ümbermaailmareisiga! Kas saate nüüd aru, milline hüpe peab toimuma tehnoloogias, et inimkond saaks vallutada planeete väljaspool päikesesüsteemi?

Lennukiirus XXI sajandil

Voyager 1 (kiirendatud gravitatsioonitroppidega Jupiteri ja Saturni ümber) eemaldub Päikesesüsteemist kiirusega 17 kilomeetrit sekundis. Interstellaris liigub Endurance kosmoselaev Maalt Saturni kahe aastaga, keskmise kiirusega umbes 20 kilomeetrit sekundis. Suurim 21. sajandil saavutatav kiirus, kui kasutada rakettmootoreid koos gravitatsiooniliste kadadega, on minu arvates umbes 300 kilomeetrit sekundis. Kui reisime Proxima Centaurisse kiirusega 300 kilomeetrit sekundis, kestab lend 5000 aastat ja lend Tau Ceti 13 000 aastat. Midagi liiga pikka. Et XXI sajandi tehnoloogiatega kiiremini sellisele kaugusele jõuda, on vaja midagi ussiaugu taolist.

Kauge tuleviku tehnoloogiad

Keerulised teadlased ja insenerid on näinud palju vaeva, et töötada välja tulevikutehnoloogia põhimõtted, mis muudaksid peaaegu valguse lennu reaalsuseks. Internetist leiate piisavalt teavet selliste projektide kohta. Kuid ma kardan, et läheb rohkem kui sada aastat, enne kui inimesed suudavad need ellu äratada. Kuid minu arvates veenavad nad, et üliarenenud tsivilisatsioonide jaoks on reisimine kiirusega, mis on kümnendik valguse kiirusest ja suurem, täiesti võimalik.

Siin on kolm peaaegu kerget reisimisvõimalust, mis mulle eriti huvitavad *.

Termotuumasünteesi

Fusion on neist kolmest valikust kõige populaarsem. Kontrollitud termotuumasünteesil põhinevate elektrijaamade loomise uurimis- ja arendustöö algas 1950. aastal ning neid projekte kroonib täielik edu alles 2050. aastal. Sajand teadus- ja arendustegevust!

See ütleb midagi keerukuse ulatuse kohta. Olgu termotuumaelektrijaamad Maale 2050. aastaks, aga mida saab öelda termotuumatõukejõul toimuvate kosmoselendude kohta? Edukamate konstruktsioonide mootorid suudavad pakkuda kiirust umbes 100 kilomeetrit sekundis ja selle sajandi lõpuks eeldatavalt kuni 300 kilomeetrit sekundis. Valguselähedase kiiruse puhul on aga vaja täiesti uut termotuumareaktsioonide kasutamise põhimõtet. Termotuumasünteesi võimalusi saab hinnata lihtsate arvutuste abil. Kui kaks deuteeriumi (raske vesiniku) aatomit ühinevad heeliumi aatomiks, muundatakse ligikaudu 0,0064 nende massist (umbes üks protsent) energiaks. Kui teisendada see heeliumi aatomi kineetiliseks energiaks (liikumisenergiaks), omandab aatom kiiruse kümnendiku valguse kiirusest**.

Seega, kui suudame kogu tuumkütuse (deuteeriumi) termotuumasünteesist saadava energia muundada kosmoseaparaadi suunaliseks liikumiseks, siis saavutame kiiruse umbes c / 10 ja kui oleme targad, siis isegi veidi suurema. 1968. aastal kirjeldas ja uuris tähelepanuväärne füüsik Freeman Dyson primitiivset termotuumasünteesi jõul töötavat kosmoselaeva, mis on piisavalt arenenud tsivilisatsiooni käes võimeline tagama selles suurusjärgus kiirusi. Termotuumapommid ("vesinik" pommid) plahvatavad vahetult poolkerakujulise amortisaatori taga, mille läbimõõt on 20 kilomeetrit. Plahvatused lükkavad laeva edasi, kiirendades seda Dysoni kõige julgemate hinnangute kohaselt ühe kolmekümnendikuni valguse kiirusest. Täiustatud disain võib olla võimeline rohkemaks. 1968. aastal jõudis Dyson järeldusele, et seda tüüpi mootorit on võimalik kasutada mitte varem kui XXII sajandi lõpus, 150 aasta pärast. Ma arvan, et see hinnang on liiga optimistlik.

[…]

Nii atraktiivsed kui kõik need tulevikutehnoloogiad ka ei tundu, on sõna "tulevik" siin võtmetähtsusega. 21. sajandi tehnoloogiaga ei jõua me teiste tähesüsteemideni vähem kui tuhandete aastate jooksul. Meie ainus kummituslik lootus tähtedevaheliseks lennuks on ussiauk, nagu Interstellaris, või mõni muu aegruumi kõveruse äärmuslik vorm.