Ali lahko medzvezdni let dosežemo le z znano fiziko?

Ali lahko medzvezdni let dosežemo le z znano fiziko?
Ali lahko medzvezdni let dosežemo le z znano fiziko?
Anonim

Avtor članka podrobno pripoveduje o štirih obetavnih tehnologijah, ki ljudem omogočajo, da v enem človeškem življenju dosežejo katero koli mesto v vesolju. Za primerjavo: z uporabo sodobne tehnologije bo pot do drugega zvezdniškega sistema trajala približno 100 tisoč let.

Odkar je človek prvič pogledal v nočno nebo, smo sanjali o obisku drugih svetov in o ogledu vesolja. In čeprav so naše rakete na kemični pogon že dosegle številne planete, lune in druga telesa v sončnem sistemu, je vesoljsko plovilo, ki je bilo najbolj oddaljeno od Zemlje, Voyager 1, preletelo le 22,3 milijarde kilometrov. To je le 0,056% razdalje do najbližjega znanega zvezdnega sistema. Z uporabo sodobne tehnologije bo pot do drugega zvezdniškega sistema trajala približno 100 tisoč let.

Ni pa treba ravnati tako, kot smo delali vedno. Učinkovitost pošiljanja vozil z veliko maso nosilnosti, tudi z ljudmi na krovu, na neverjetne razdalje v vesolju se lahko močno izboljša, če se uporabi prava tehnologija. Natančneje, obstajajo štiri obetavne tehnologije, ki nas lahko pripeljejo do zvezd v veliko krajšem času. Tukaj so.

1). Jedrska tehnologija. Doslej v zgodovini človeštva imajo vsa vesoljska plovila, izstreljena v vesolje, eno skupno stvar: motor na kemični pogon. Da, raketno gorivo je posebna mešanica kemikalij, namenjenih zagotavljanju največjega potiska. Izraz "kemikalije" je tukaj pomemben. Reakcije, ki dajejo energijo motorju, temeljijo na prerazporeditvi vezi med atomi.

To bistveno omejuje naša dejanja! Ogromna večina mase atoma pade na njegovo jedro - 99,95%. Ko se začne kemična reakcija, se elektroni, ki se vrtijo okoli atomov, prerazporedijo in običajno sprostijo kot energijo približno 0,001% celotne mase atomov, ki sodelujejo v reakciji, v skladu s slavno Einsteinovo enačbo: E = mc2. To pomeni, da za vsak kilogram goriva, ki je naloženo v raketo, med reakcijo prejmete energijo, ki ustreza približno 1 miligramu.

Če pa se uporabijo rakete na jedrsko gorivo, bodo razmere drastično drugačne. Namesto da bi se zanašali na spremembe v konfiguraciji elektronov in na to, kako se atomi med seboj vežejo, lahko sprostite relativno veliko količino energije, tako da vplivate na to, kako so jedra atomov povezana med seboj. Ko cepite atom urana z bombardiranjem z nevtroni, oddaja veliko več energije kot katera koli kemična reakcija. 1 kilogram urana-235 lahko sprosti količino energije, ki ustreza 911 miligramom mase, kar je skoraj tisočkrat učinkovitejše od kemičnega goriva.

Motorje bi lahko naredili še učinkovitejše, če bi obvladali jedrsko fuzijo. Na primer sistem inercialne nadzorovane termonuklearne fuzije, s pomočjo katerega bi bilo mogoče sintetizirati vodik v helij, se takšna verižna reakcija pojavi na Soncu. S sintezo 1 kilograma vodikovega goriva v helij se 7,5 kilogramov mase pretvori v čisto energijo, kar je skoraj 10 tisoč krat učinkovitejše od kemičnega goriva.

Ideja je doseči enak pospešek za raketo za daljše časovno obdobje: stotine ali celo tisočkrat dlje kot zdaj, kar bi jim omogočilo, da se razvijejo stotine ali tisočkrat hitreje kot običajne rakete zdaj. Taka metoda bi skrajšala čas medzvezdnega leta na stotine ali celo desetine let. To je obetavna tehnologija, ki jo bomo lahko uporabili do leta 2100, odvisno od tempa in smeri razvoja znanosti.

2). Žarek kozmičnih laserjev. Ta ideja je v središču projekta Breakthrough Starshot, ki je postal pomemben pred nekaj leti. Skozi leta koncept ni izgubil privlačnosti. Medtem ko običajna raketa nosi gorivo s seboj in ga porablja za pospeševanje, je ključna ideja te tehnologije žarek močnih laserjev, ki bodo vesoljskemu plovilu dali potreben impulz. Z drugimi besedami, vir pospeška bo ločen od ladje same.

Ta koncept je v marsičem vznemirljiv in revolucionaren. Laserske tehnologije se uspešno razvijajo in postajajo ne le močnejše, ampak tudi zelo usklajene. Torej, če ustvarimo material, podoben jadru, ki odraža dovolj visok odstotek laserske svetlobe, lahko z laserskim posnetkom naredimo vesoljsko ladjo, da razvije ogromne hitrosti. "Zvezdna ladja" z maso ~ 1 gram naj bi dosegla hitrost ~ 20% svetlobne hitrosti, kar ji bo omogočilo, da bo le v 22 letih odletel do najbližje zvezde Proxima Centauri.

Seveda bomo za to morali ustvariti ogromen žarek laserjev (približno 100 km2), to pa je treba storiti v vesolju, čeprav je to bolj stroškovni problem kot tehnologija ali znanost. Za izvedbo takšnega projekta pa je treba odpraviti številne težave. Med njimi:

  • nepodprto jadro se bo vrtelo, potreben je nekakšen (še nerazvit) stabilizacijski mehanizem;
  • nezmožnost zaviranja, ko je cilj dosežen, ker na krovu ni goriva;
  • tudi če se izkaže, da je naprava za prevoz ljudi obsežna, človek ne bo mogel preživeti z velikim pospeškom - kar je velika razlika v hitrosti v kratkem času.

Morda nas bo nekega dne tehnologija pripeljala do zvezd, vendar še vedno ni uspešne metode, da bi človek dosegel hitrost, ki je enaka ~ 20% hitrosti svetlobe.

3). Gorivo proti materiji. Če želimo še vedno prevažati gorivo s seboj, ga lahko naredimo kar najbolj učinkovito: temeljilo bo na uničevanju delcev in antidelcev. Za razliko od kemičnega ali jedrskega goriva, kjer se le del mase na krovu pretvori v energijo, se pri uničevanju delcev in delcev porabi 100% mase delcev in antidelcev. Sposobnost pretvorbe vsega goriva v impulzno energijo je najvišja stopnja učinkovitosti porabe goriva.

Težave pri uporabi te metode v praksi nastajajo na treh glavnih področjih. Natančneje:

  • ustvarjanje stabilne nevtralne antimaterije;
  • sposobnost, da jo izoliramo od navadne snovi in jo natančno nadziramo;
  • proizvajajo antimaterijo v dovolj velikih količinah za medzvezdni let.

Na srečo se na prvih dveh vprašanjih že dela.

V Evropski organizaciji za jedrske raziskave (CERN), kjer se nahaja Veliki hadronski trkalnik, obstaja ogromen kompleks, znan kot "tovarna antimaterije". Tam šest neodvisnih skupin znanstvenikov raziskuje lastnosti antimaterije. Jemljejo antiprotone in jih upočasnjujejo, s čimer se pozitron veže nanje. Tako nastajajo antiatomi ali nevtralna antimaterija.

Te antiatome izolirajo v posodi z različnimi električnimi in magnetnimi polji, ki jih držijo na mestu, stran od sten posode iz snovi. Do zdaj, sredi leta 2020, so za eno uro naenkrat uspešno izolirali in stabilizirali več antiatomov. V naslednjih nekaj letih bodo znanstveniki lahko nadzorovali gibanje antimaterije v gravitacijskem polju.

Ta tehnologija nam v bližnji prihodnosti ne bo na voljo, lahko pa se izkaže, da je naš najhitrejši način medzvezdnega potovanja raketa proti materiji.

4). Zvezdna ladja na temni snovi. Ta možnost zagotovo temelji na predpostavki, da se kateri koli delček, odgovoren za temno snov, obnaša kot bozon in je svoj lastni delček. Teoretično ima temna snov, ki je njen lastni delček, majhno, vendar ne nič možnosti, da se uniči s katerim koli drugim delcem temne snovi, ki trči z njo. Potencialno lahko uporabimo energijo, ki se sprosti kot posledica trka.

Za to obstajajo možni dokazi. Na podlagi opazovanj je bilo ugotovljeno, da imajo Rimska cesta in druge galaksije nerazložljiv presežek sevanja gama, ki prihaja iz njihovih centrov, kjer bi morala biti koncentracija temne energije najvišja. Vedno obstaja možnost, da obstaja preprosta astrofizikalna razlaga za to, na primer pulzarji. Možno pa je, da se ta temna snov še vedno uničuje sama s seboj v središču galaksije in nam tako daje neverjetno idejo - zvezdno ladjo na temni snovi.

Prednost te metode je, da temna snov obstaja dobesedno povsod v galaksiji. To pomeni, da nam na potovanju ni treba nositi goriva. Namesto tega lahko reaktor s temno energijo preprosto naredi naslednje:

  • vzemite vse temne snovi v bližini;
  • pospešiti njegovo uničenje ali mu omogočiti naravno izničenje;
  • preusmerjeno prejeto energijo, da pridobi zagon v kateri koli želeni smeri.

Človek bi lahko nadzoroval velikost in moč reaktorja, da bi dosegel želene rezultate.

Brez potrebe po prevozu goriva na krovu bodo mnoge težave vesoljskih potovanj na pogon izginile. Namesto tega bomo lahko dosegli zaželene sanje o vsakem potovanju - neomejeno stalno pospeševanje. To nam bo dalo najbolj nepredstavljivo sposobnost - sposobnost, da v enem človeškem življenju dosežemo katero koli mesto v vesolju.

Če se omejimo na obstoječe raketne tehnologije, bomo potrebovali vsaj več deset tisoč let za potovanje od Zemlje do najbližjega zvezdnega sistema. Vendar pa je pomemben napredek v tehnologiji motorjev blizu in bo skrajšal čas potovanja na eno človeško življenje. Če se lahko spopademo z uporabo jedrskega goriva, kozmičnih laserskih žarkov, antimaterije ali celo temne snovi, bomo izpolnili svoje lastne sanje in postali vesoljska civilizacija brez uporabe motečih tehnologij, kot so pogoni osnove.

Obstaja veliko možnih načinov, kako znanstveno zasnovane ideje spremeniti v izvedljive tehnologije motorjev naslednje generacije v resničnem svetu. Možno je, da bo do konca stoletja vesoljska ladja, ki še ni bila izumljena, zasedla mesto New Horizons, Pioneer in Voyager kot najbolj oddaljeni predmeti, ki jih je od Zemlje naredil človek. Znanost je že pripravljena. Ostaja nam, da pogledamo onkraj naše današnje tehnologije in uresničimo te sanje.

Priporočena: