Medzvezdno. Znanost v zakulisju "- knjiga za tiste, ki s filmom niso zadovoljni

2024 Avtor: Malcolm Clapton | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 04:10

Lifehacker objavlja odlomek iz knjige Kipa Thorna, ameriškega teoretičnega fizika, avtorja ideje za film Interstellar. V zaplet slike je prepletenih veliko sodobnih fizikalnih teorij in idej, katerih razlaga se je večinoma izkazala za zakulisjem. Zato smo prepričani, da bo knjiga všeč tako ljubiteljem filma kot tistim, ki jih zanima fizika.

Medzvezdni let

Na prvem srečanju profesor Brand Cooperju pripoveduje o odpravah Lazarus, da bi našli nov dom za človeštvo. Cooper odgovarja: »V sončnem sistemu ni bivalnih planetov, najbližja zvezda pa je oddaljena tisoč let. To je, milo rečeno, nesmiselno. Kam ste jih torej poslali, profesor? Zakaj je to nesmiselno (če pri roki ni črvine), je jasno, če pomislite, kako velike so razdalje do najbližjih zvezd.

Razdalje do najbližjih zvezd

Najbližja (brez Sonca) zvezda, v sistemu katere je mogoče najti planet, primeren za življenje, je Tau Ceti. Od Zemlje je oddaljena 11,9 svetlobnih let; to pomeni, da potuje s svetlobno hitrostjo, ga bo mogoče doseči v 11, 9 letih. Teoretično lahko obstajajo planeti, primerni za življenje, ki so nam bližje, vendar ne veliko.

Za oceno, kako daleč je Tau Ceti od nas, uporabimo analogijo v precej manjšem obsegu. Predstavljajte si, da je to razdalja od New Yorka do Pertha v Avstraliji – približno polovica zemeljskega obsega. Nam najbližja zvezda (spet, če ne štejemo Sonca) je Proxima Centauri, 4, 24 svetlobnih let od Zemlje, vendar ni dokazov, da bi ob njej lahko obstajali bivalni planeti. Če je razdalja do Tau Cetija New York - Perth, je razdalja do Proxima Centauri New York - Berlin. Malo bližje kot Tau Ceti! Od vseh vesoljskih plovil brez posadke, ki so jih ljudje izstrelili v medzvezdni prostor, je Voyager 1, ki je zdaj 18 svetlobnih ur od Zemlje, dosegel najdlje. Njegova pot je trajala 37 let. Če je razdalja do Tau Cetija razdalja od New Yorka do Pertha, potem je razdalja od Zemlje do Voyagerja 1 le tri kilometre: kot od Empire State Buildinga do južnega roba Greenwich Villagea. To je veliko manj kot od New Yorka do Pertha.

Od Zemlje je še bližje Saturnu – 200 metrov, dve ulici od Empire State Buildinga do Park Avenue. Od Zemlje do Marsa - 20 metrov, od Zemlje do Lune (največja razdalja, ki so jo ljudje prepotovali doslej) - le sedem centimetrov! Primerjajte sedem centimetrov s polovico okrog sveta! Zdaj razumete, kakšen preskok se mora zgoditi v tehnologiji, da bi človeštvo lahko osvojilo planete zunaj sončnega sistema?

Hitrost leta v XXI stoletju

Voyager 1 (pospešen z gravitacijskimi zankami okoli Jupitra in Saturna) se odmika od sončnega sistema s hitrostjo 17 kilometrov na sekundo. V Interstellarju vesoljsko plovilo Endurance potuje od Zemlje do Saturna v dveh letih s povprečno hitrostjo približno 20 kilometrov na sekundo. Najvišja dosežena hitrost v 21. stoletju ob uporabi raketnih motorjev v kombinaciji z gravitacijskimi fračami bo po mojem mnenju približno 300 kilometrov na sekundo. Če potujemo do Proxima Centauri s 300 kilometri na sekundo, bo let trajal 5000 let, let do Tau Cetija pa 13.000 let. Nekaj predolgo. Če želite s tehnologijami XXI stoletja hitreje priti na takšno razdaljo, potrebujete nekaj podobnega črvini.

Tehnologije daljne prihodnosti

Dodgy znanstveniki in inženirji so se zelo potrudili, da bi razvili načela prihodnjih tehnologij, s katerimi bi letenje skoraj svetlobe postalo resničnost. Na internetu boste našli dovolj informacij o tovrstnih projektih. Toda bojim se, da bo trajalo več kot sto let, preden jih bodo ljudje lahko oživili. Vendar pa po mojem mnenju prepričujejo, da je za super razvite civilizacije potovanje s hitrostjo ene desetine svetlobne hitrosti in višje povsem možno.

Tukaj so tri možnosti potovanja s skoraj svetlobo, ki se mi zdijo še posebej zanimive *.

Termonuklearna fuzija

Fusion je najbolj priljubljena od teh treh možnosti. Raziskovalno-razvojno delo pri ustvarjanju elektrarn na osnovi nadzorovane termonuklearne fuzije se je začelo leta 1950, ti projekti pa bodo s polnim uspehom kronani šele leta 2050. Stoletje raziskav in razvoja!

To nekaj pove o obsegu kompleksnosti. Naj se do leta 2050 na Zemlji pojavijo termonuklearne elektrarne, toda kaj lahko rečemo o vesoljskih poletih s termonuklearnim potiskom? Motorji najuspešnejših izvedb bodo lahko zagotavljali hitrost okoli 100 kilometrov na sekundo, do konca tega stoletja pa predvidoma tudi do 300 kilometrov na sekundo. Vendar pa bo za skoraj svetlobne hitrosti potreben popolnoma nov princip uporabe termonuklearnih reakcij. Možnosti termonuklearne fuzije je mogoče oceniti s preprostimi izračuni. Ko se dva atoma devterija (težkega vodika) združita v atom helija, se približno 0,0064 njune mase (približno zaokroži en odstotek) pretvori v energijo. Če jo pretvorite v kinetično energijo (energijo gibanja) atoma helija, bo atom pridobil hitrost ene desetine svetlobne hitrosti **.

Če torej lahko vso energijo, pridobljeno s fuzijo jedrskega goriva (devterija), pretvorimo v smerno gibanje vesoljskega plovila, potem bomo dosegli hitrost približno c/10, če smo pametni, pa tudi malo večjo. Leta 1968 je izjemen fizik Freeman Dyson opisal in raziskal primitivno vesoljsko plovilo na fuzijski pogon, ki je v rokah dovolj napredne civilizacije sposobno zagotoviti hitrosti tega reda velikosti. Termonuklearne bombe ("vodikove" bombe) eksplodirajo takoj za hemisferičnim amortizerjem, katerega premer je 20 kilometrov. Eksplozije potisnejo ladjo naprej in jo po Dysonovih najbolj drznih ocenah pospešijo na eno tridesetino svetlobne hitrosti. Naprednejša zasnova je morda sposobna več. Leta 1968 je Dyson prišel do zaključka, da bi bilo mogoče motor te vrste uporabiti ne prej kot ob koncu XXII stoletja, čez 150 let. Mislim, da je ta ocena preveč optimistična.

[…]

Naj se vse te tehnologije prihodnosti zdijo privlačne, je beseda »prihodnost« ključna. S tehnologijo 21. stoletja ne moremo doseči drugih zvezdnih sistemov v manj kot tisočih letih. Naše edino duhovito upanje za medzvezdni let je črvina, kot v Medzvezdju, ali kakšna druga skrajna oblika ukrivljenosti prostor-čas.