Starpzvaigžņu. Zinātnes aizkulisēs "- grāmata tiem, kuri nav apmierināti ar filmu

2024 Autors: Malcolm Clapton | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 04:04

Lifehacker publicē fragmentu no amerikāņu teorētiskā fiziķa, filmas Starpzvaigžņu idejas autora Kipa Torna grāmatas. Attēla sižetā ir ieaustas daudzas mūsdienu fizikālās teorijas un idejas, kuru skaidrojums lielākoties izrādījās aizkulisēs. Tāpēc esam pārliecināti, ka grāmata patiks gan filmu cienītājiem, gan fizikas interesentiem.

Starpzvaigžņu lidojums

Pirmajā tikšanās reizē profesors Brends stāsta Kūperam par Lācara ekspedīcijām, lai atrastu cilvēcei jaunas mājas. Kūpers atbild: “Saules sistēmā nav apdzīvojamu planētu, un tuvākā zvaigzne atrodas tūkstoš gadu attālumā. Tas ir, maigi izsakoties, bezjēdzīgi. Tātad, kur jūs tos nosūtījāt, profesor? Kāpēc tas ir bezjēdzīgi (ja pie rokas nav tārpa cauruma), ir skaidrs, ja padomā, cik lieli ir attālumi līdz tuvākajām zvaigznēm.

Attālumi līdz tuvākajām zvaigznēm

Tuvākā (neskaitot Sauli) zvaigzne, kuras sistēmā atrodama dzīvībai piemērota planēta, ir Tau Ceti. Tas atrodas 11,9 gaismas gadu attālumā no Zemes; tas ir, ceļojot ar gaismas ātrumu, to būs iespējams sasniegt pēc 11, 9 gadiem. Teorētiski var būt dzīvībai piemērotas planētas, kas mums ir tuvākas, bet ne daudz.

Lai novērtētu, cik tālu Tau Ceti atrodas no mums, izmantosim analoģiju daudz mazākā mērogā. Iedomājieties, ka tas ir attālums no Ņujorkas līdz Pērtai Austrālijā – apmēram puse no zemes apkārtmēra. Mums tuvākā zvaigzne (atkal neskaitot Sauli) ir Proksima Kentauri, kas atrodas 4, 24 gaismas gadus no Zemes, taču nekas neliecina, ka tai blakus varētu būt apdzīvojamas planētas. Ja attālums līdz Tau Ceti ir Ņujorka - Pērta, tad attālums līdz Proxima Centauri ir Ņujorka - Berlīne. Mazliet tuvāk par Tau Ceti! No visiem bezpilota kosmosa kuģiem, ko cilvēki palaiduši starpzvaigžņu telpā, Voyager 1, kas šobrīd atrodas 18 gaismas stundu attālumā no Zemes, sasniedza vistālāk. Viņa ceļojums ilga 37 gadus. Ja attālums līdz Tau Ceti ir attālums no Ņujorkas līdz Pērtai, tad attālums no Zemes līdz Voyager 1 ir tikai trīs kilometri: kā no Empire State Building līdz Griničas ciemata dienvidu malai. Tas ir daudz mazāk nekā no Ņujorkas līdz Pērtai.

Tas ir vēl tuvāk Saturnam no Zemes - 200 metri, divi kvartāli no Empire State Building līdz Park Avenue. No Zemes līdz Marsam - 20 metri, un no Zemes līdz Mēnesim (lielākais attālums, ko līdz šim ir nogājuši cilvēki) - tikai septiņi centimetri! Salīdziniet septiņus centimetrus ar pusceļu apkārt pasaulei! Tagad jūs saprotat, kādam lēcienam ir jānotiek tehnoloģijā, lai cilvēce varētu iekarot planētas ārpus Saules sistēmas?

Lidojuma ātrums XXI gadsimtā

Voyager 1 (paātrināts ar gravitācijas stropēm ap Jupiteru un Saturnu) attālinās no Saules sistēmas ar ātrumu 17 kilometri sekundē. Starpzvaigžņu kosmosa kuģis Endurance pārvietojas no Zemes līdz Saturnam divu gadu laikā ar vidējo ātrumu aptuveni 20 kilometri sekundē. Lielākais 21. gadsimtā sasniedzamais ātrums, izmantojot raķešu dzinējus kombinācijā ar gravitācijas katalizatoriem, manuprāt, būs aptuveni 300 kilometri sekundē. Ja uz Proxima Centauri ceļosim ar 300 kilometriem sekundē, lidojums ilgs 5000 gadu, bet lidojums uz Tau Ceti – 13 000 gadu. Kaut kas pārāk garš. Lai ātrāk nokļūtu šādā attālumā ar XXI gadsimta tehnoloģijām, nepieciešams kaut kas līdzīgs tārpa caurumam.

Tālas nākotnes tehnoloģijas

Asprātīgie zinātnieki un inženieri ir darījuši visu iespējamo, lai izstrādātu nākotnes tehnoloģiju principus, kas padarītu gandrīz gaismas lidojumu par realitāti. Par šādiem projektiem jūs atradīsiet pietiekami daudz informācijas internetā. Bet es baidos, ka paies vairāk nekā simts gadi, pirms cilvēki varēs tos atdzīvināt. Tomēr, manuprāt, viņi pārliecina, ka superattīstītām civilizācijām ir pilnīgi iespējams ceļot ar ātrumu, kas ir viena desmitā daļa no gaismas ātruma un lielāks.

Šeit ir trīs gandrīz vieglas ceļošanas iespējas, kas man šķiet īpaši interesantas*.

Termiskā kodolsintēze

Fusion ir vispopulārākā no šīm trim iespējām. Pētniecības un attīstības darbs pie kontrolētas kodoltermiskās kodolsintēzes bāzes elektrostaciju izveides sākās 1950. gadā, un šie projekti ar pilniem panākumiem vainagosies tikai 2050. gadā. Pētniecības un attīstības gadsimts!

Tas kaut ko saka par sarežģītības mērogu. Ļaujiet kodolelektrostacijām parādīties uz Zemes līdz 2050. gadam, bet ko var teikt par lidojumiem kosmosā ar kodoltermisko vilces spēku? Veiksmīgāko konstrukciju dzinēji spēs nodrošināt ātrumu aptuveni 100 kilometru sekundē, bet līdz šī gadsimta beigām, domājams, līdz 300 kilometriem sekundē. Tomēr gandrīz gaismas ātrumam būs nepieciešams pilnīgi jauns kodoltermisko reakciju izmantošanas princips. Kodolsintēzes iespējas var novērtēt, izmantojot vienkāršus aprēķinus. Kad divi deitērija (smagā ūdeņraža) atomi saplūst, veidojot hēlija atomu, aptuveni 0,0064 no to masas (aptuveni noapaļojot vienu procentu) tiek pārvērsti enerģijā. Ja jūs to pārvēršat hēlija atoma kinētiskajā enerģijā (kustības enerģijā), tad atoms iegūs ātrumu, kas vienāds ar vienu desmito daļu no gaismas ātruma**.

Tāpēc, ja mēs varam pārvērst visu enerģiju, kas iegūta no kodoldegvielas (deitērija) saplūšanas, kosmosa kuģa virziena kustībā, tad mēs sasniegsim ātrumu aptuveni c / 10, un, ja būsim gudri, tad pat nedaudz lielāku. 1968. gadā ievērojamais fiziķis Frīmens Daisons aprakstīja un pētīja primitīvu ar kodolsintēzi darbināmu kosmosa kuģi, kas pietiekami attīstītas civilizācijas rokās spēj nodrošināt tik lielu ātrumu. Tūlīt aiz puslodes formas amortizatora, kura diametrs ir 20 kilometri, sprāgst kodolbumbas ("ūdeņraža" bumbas). Sprādzieni virza kuģi uz priekšu, paātrinot to, saskaņā ar Dyson visdrosmīgākajām aplēsēm, līdz vienai trīsdesmitajai daļai no gaismas ātruma. Uzlabotāks dizains var sniegt vairāk. 1968. gadā Daisons nonāca pie secinājuma, ka šāda veida dzinēju varēs izmantot ne agrāk kā XXII gadsimta beigās, pēc 150 gadiem. Manuprāt, šis vērtējums ir pārlieku optimistisks.

[…]

Lai cik pievilcīgi šķistu visas šīs nākotnes tehnoloģijas, vārds “nākotne” šeit ir galvenais. Izmantojot 21. gadsimta tehnoloģijas, mēs nevaram sasniegt citas zvaigžņu sistēmas mazāk nekā gadu tūkstošu laikā. Mūsu vienīgā spokainā cerība uz starpzvaigžņu lidojumu ir tārpa caurums, piemēram, Interstellar, vai kāda cita ekstrēma telpas-laika izliekuma forma.