Διάστερος. Η επιστήμη στα παρασκήνια "- ένα βιβλίο για όσους δεν είναι ικανοποιημένοι με την ταινία

2024 Συγγραφέας: Malcolm Clapton | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 03:52

Το Lifehacker δημοσιεύει ένα απόσπασμα από ένα βιβλίο του Kip Thorne, ενός Αμερικανού θεωρητικού φυσικού, συγγραφέα της ιδέας για την ταινία Interstellar. Πολλές σύγχρονες φυσικές θεωρίες και ιδέες είναι συνυφασμένες στην πλοκή της εικόνας, η εξήγηση των οποίων ως επί το πλείστον αποδείχθηκε ότι ήταν πίσω από τις σκηνές. Ως εκ τούτου, είμαστε σίγουροι ότι το βιβλίο θα αρέσει τόσο στους λάτρεις του κινηματογράφου όσο και σε όσους ενδιαφέρονται για τη φυσική.

Διαστρική πτήση

Στην πρώτη συνάντηση, ο καθηγητής Μπραντ λέει στον Κούπερ για τις αποστολές του Λαζάρου για να βρει ένα νέο σπίτι για την ανθρωπότητα. Ο Κούπερ απαντά: «Δεν υπάρχουν κατοικήσιμοι πλανήτες στο ηλιακό σύστημα και το πλησιέστερο αστέρι βρίσκεται χίλια χρόνια μακριά. Αυτό είναι, για να το θέσω ήπια, άσκοπο. Λοιπόν πού τους στείλατε, καθηγητή;» Γιατί αυτό είναι άσκοπο (αν δεν υπάρχει σκουληκότρυπα στο χέρι), είναι σαφές αν σκεφτείτε πόσο μεγάλες είναι οι αποστάσεις από τα πλησιέστερα αστέρια.

Αποστάσεις από τα πλησιέστερα αστέρια

Το πλησιέστερο (χωρίς να υπολογίζουμε τον Ήλιο) αστέρι στο σύστημα του οποίου μπορεί να βρεθεί ένας πλανήτης κατάλληλος για ζωή είναι το Tau Ceti. Απέχει 11,9 έτη φωτός από τη Γη. δηλαδή, ταξιδεύοντας με την ταχύτητα του φωτός, θα είναι δυνατό να το φτάσεις σε 11, 9 χρόνια. Θεωρητικά, μπορεί να υπάρχουν πλανήτες κατάλληλοι για ζωή, που να είναι πιο κοντά μας, αλλά όχι πολύ.

Για να εκτιμήσουμε πόσο μακριά είναι το Tau Ceti από εμάς, ας χρησιμοποιήσουμε μια αναλογία σε πολύ μικρότερη κλίμακα. Φανταστείτε ότι αυτή είναι η απόσταση από τη Νέα Υόρκη έως το Περθ στην Αυστραλία - περίπου η μισή περιφέρεια της γης. Το πλησιέστερο σε εμάς αστέρι (και πάλι, χωρίς να υπολογίζουμε τον Ήλιο) είναι ο Εγγύς Κενταύρου, 4, 24 έτη φωτός από τη Γη, αλλά δεν υπάρχουν στοιχεία ότι μπορεί να υπάρχουν κατοικήσιμοι πλανήτες δίπλα του. Εάν η απόσταση από το Tau Ceti είναι Νέα Υόρκη - Περθ, τότε η απόσταση από το Proxima Cetauri είναι Νέα Υόρκη - Βερολίνο. Λίγο πιο κοντά από το Tau Ceti! Από όλα τα μη επανδρωμένα διαστημόπλοια που εκτοξεύθηκαν από τον άνθρωπο στο διαστρικό διάστημα, το Voyager 1, το οποίο απέχει τώρα 18 ώρες φωτός από τη Γη, έφτασε στο πιο μακρινό. Το ταξίδι του κράτησε 37 χρόνια. Εάν η απόσταση από το Tau Ceti είναι η απόσταση από τη Νέα Υόρκη στο Περθ, τότε η απόσταση από τη Γη έως το Voyager 1 είναι μόνο τρία χιλιόμετρα: από το Empire State Building μέχρι το νότιο άκρο του Greenwich Village. Αυτό είναι πολύ λιγότερο από ό, τι από τη Νέα Υόρκη στο Περθ.

Είναι ακόμη πιο κοντά στον Κρόνο από τη Γη - 200 μέτρα, δύο τετράγωνα από το Empire State Building έως την Park Avenue. Από τη Γη στον Άρη - 20 μέτρα, και από τη Γη στη Σελήνη (η μεγαλύτερη απόσταση που έχουν διανύσει οι άνθρωποι μέχρι τώρα) - μόνο επτά εκατοστά! Συγκρίνετε επτά εκατοστά με ένα μισό ταξίδι στον κόσμο! Τώρα καταλαβαίνετε τι άλμα πρέπει να συμβεί στην τεχνολογία για να μπορέσει η ανθρωπότητα να κατακτήσει πλανήτες εκτός του ηλιακού συστήματος;

Ταχύτητα πτήσης τον 21ο αιώνα

Το Voyager 1 (επιταχυνόμενο με βαρυτικές σφεντόνες γύρω από τον Δία και τον Κρόνο) απομακρύνεται από το ηλιακό σύστημα με ταχύτητα 17 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Στο Interstellar, το διαστημόπλοιο Endurance ταξιδεύει από τη Γη στον Κρόνο σε δύο χρόνια, με μέση ταχύτητα περίπου 20 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Η υψηλότερη ταχύτητα που μπορεί να επιτευχθεί στον 21ο αιώνα με τη χρήση κινητήρων πυραύλων σε συνδυασμό με βαρυτικές σφεντόνες θα είναι, κατά τη γνώμη μου, περίπου 300 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Εάν ταξιδεύουμε στο Proxima Cetauri με 300 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, η πτήση θα διαρκέσει 5.000 χρόνια και η πτήση στο Tau Ceti θα διαρκέσει 13.000 χρόνια. Κάτι πολύ μεγάλο. Για να φτάσετε σε μια τέτοια απόσταση πιο γρήγορα με τις τεχνολογίες του XXI αιώνα, χρειάζεστε κάτι σαν σκουληκότρυπα.

Τεχνολογίες του απώτερου μέλλοντος

Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί έχουν καταβάλει μεγάλες προσπάθειες για να αναπτύξουν τις αρχές των μελλοντικών τεχνολογιών που θα κάνουν πραγματικότητα την πτήση κοντά στο φως. Θα βρείτε αρκετές πληροφορίες για τέτοια έργα στο Διαδίκτυο. Αλλά φοβάμαι ότι θα χρειαστούν περισσότερα από εκατό χρόνια για να μπορέσουν οι άνθρωποι να τα ζωντανέψουν. Ωστόσο, κατά τη γνώμη μου, πείθουν ότι για τους υπερ-ανεπτυγμένους πολιτισμούς το ταξίδι με ταχύτητες του ενός δέκατου της ταχύτητας του φωτός και υψηλότερες είναι αρκετά πιθανό.

Ακολουθούν τρεις επιλογές ταξιδιού σχεδόν ελαφρύ που βρίσκω ιδιαίτερα ενδιαφέρουσες *.

Θερμοπυρηνική σύντηξη

Το Fusion είναι η πιο δημοφιλής από αυτές τις τρεις επιλογές. Οι εργασίες έρευνας και ανάπτυξης για τη δημιουργία σταθμών ηλεκτροπαραγωγής βασισμένες στην ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη ξεκίνησαν το 1950 και αυτά τα έργα δεν θα στεφθούν με πλήρη επιτυχία μέχρι το 2050. Ένας αιώνας έρευνας και ανάπτυξης!

Αυτό λέει κάτι για την κλίμακα της πολυπλοκότητας. Αφήστε τα θερμοπυρηνικά εργοστάσια να εμφανιστούν στη Γη μέχρι το 2050, αλλά τι μπορεί να ειπωθεί για τις διαστημικές πτήσεις με θερμοπυρηνική ώθηση; Οι κινητήρες των πιο επιτυχημένων σχεδίων θα μπορούν να παρέχουν ταχύτητες περίπου 100 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο και μέχρι το τέλος αυτού του αιώνα, πιθανώς έως και 300 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Ωστόσο, για ταχύτητες κοντά στο φως, θα απαιτηθεί μια εντελώς νέα αρχή χρήσης θερμοπυρηνικών αντιδράσεων. Οι πιθανότητες θερμοπυρηνικής σύντηξης μπορούν να εκτιμηθούν χρησιμοποιώντας απλούς υπολογισμούς. Όταν δύο άτομα δευτερίου (βαρύ υδρογόνο) συντήκονται για να σχηματίσουν ένα άτομο ηλίου, περίπου το 0,0064 της μάζας τους (περίπου στρογγυλοποιεί το ένα τοις εκατό) μετατρέπεται σε ενέργεια. Εάν το μετατρέψετε σε κινητική ενέργεια (ενέργεια κίνησης) ενός ατόμου ηλίου, τότε το άτομο θα αποκτήσει ταχύτητα ίση με το ένα δέκατο της ταχύτητας του φωτός **.

Επομένως, εάν μπορούμε να μετατρέψουμε όλη την ενέργεια που λαμβάνεται από τη σύντηξη του πυρηνικού καυσίμου (δευτέριο) στην κατευθυντική κίνηση του διαστημικού σκάφους, τότε θα φτάσουμε σε ταχύτητα περίπου c / 10, και αν είμαστε έξυπνοι, έστω και λίγο υψηλότερη. Το 1968 ο Freeman Dyson, ένας αξιόλογος φυσικός, περιέγραψε και ερεύνησε ένα πρωτόγονο διαστημικό σκάφος που κινείται με σύντηξη ικανό - στα χέρια ενός αρκετά προηγμένου πολιτισμού - να παρέχει ταχύτητες αυτής της τάξης μεγέθους. Οι θερμοπυρηνικές βόμβες (βόμβες «υδρογόνου») εκρήγνυνται αμέσως πίσω από το ημισφαιρικό αμορτισέρ, η διάμετρος του οποίου είναι 20 χιλιόμετρα. Οι εκρήξεις σπρώχνουν το πλοίο προς τα εμπρός, επιταχύνοντάς το, σύμφωνα με τις πιο τολμηρές εκτιμήσεις του Dyson, στο ένα τριάντα της ταχύτητας του φωτός. Ένας πιο προηγμένος σχεδιασμός μπορεί να είναι ικανός για περισσότερα. Το 1968, ο Dyson κατέληξε στο συμπέρασμα ότι θα ήταν δυνατό να χρησιμοποιηθεί ένας κινητήρας αυτού του τύπου όχι νωρίτερα από τα τέλη του XXII αιώνα, 150 χρόνια από τώρα. Νομίζω ότι αυτή η εκτίμηση είναι υπερβολικά αισιόδοξη.

[…]

Όσο ελκυστικές και αν φαίνονται όλες αυτές οι τεχνολογίες του μέλλοντος, η λέξη «μέλλον» είναι το κλειδί εδώ. Με την τεχνολογία του 21ου αιώνα, δεν είμαστε σε θέση να προσεγγίσουμε άλλα αστρικά συστήματα σε λιγότερο από χιλιάδες χρόνια. Η μόνη μας φανταστική ελπίδα για μια διαστρική πτήση είναι μια σκουληκότρυπα, όπως στο Interstellar, ή κάποια άλλη ακραία μορφή καμπυλότητας χωροχρόνου.