Putem Realiza Zborul Interstelar Folosind Doar Fizica Pe Care O Cunoaștem? - Vedere Alternativă

Putem Realiza Zborul Interstelar Folosind Doar Fizica Pe Care O Cunoaștem? - Vedere Alternativă
Putem Realiza Zborul Interstelar Folosind Doar Fizica Pe Care O Cunoaștem? - Vedere Alternativă

Video: Putem Realiza Zborul Interstelar Folosind Doar Fizica Pe Care O Cunoaștem? - Vedere Alternativă

Video: Putem Realiza Zborul Interstelar Folosind Doar Fizica Pe Care O Cunoaștem? - Vedere Alternativă
Video: Incursiune în fizica mediului interstelar, Conf. univ. dr. habil. Ionuț TOPALĂ 2024, Martie
Anonim

Autorul articolului povestește în detaliu despre patru tehnologii promițătoare care oferă oamenilor posibilitatea de a ajunge în orice loc al universului în timpul unei vieți umane. Pentru comparație: odată cu utilizarea tehnologiei moderne, calea către un alt sistem stelar va dura aproximativ 100 de mii de ani.

De când omul a privit pentru prima dată pe cerul nopții, visăm să vizităm alte lumi și să vedem Universul. Și deși rachetele noastre cu combustibil chimic au ajuns deja la numeroase planete, luni și alte corpuri din sistemul solar, nava spațială cea mai îndepărtată de Pământ, Voyager 1, a acoperit doar 22,3 miliarde de kilometri. Aceasta este doar 0,056% din distanța până la cel mai apropiat sistem stelar cunoscut. Folosind tehnologia modernă, calea către un alt sistem stelar va dura aproximativ 100 de mii de ani.

Cu toate acestea, nu este nevoie să acționăm așa cum am făcut întotdeauna. Eficiența de a trimite vehicule cu o masă utilă mare, chiar și cu oameni la bord, pe distanțe fără precedent în univers poate fi îmbunătățită semnificativ dacă se utilizează tehnologia potrivită. Mai precis, există patru tehnologii promițătoare care ne pot duce la stele în mult mai puțin timp. Aici sunt ei.

1). Tehnologie nucleară. Până în prezent, în istoria umană, toate navele spațiale lansate în spațiu au un lucru în comun: un motor alimentat cu substanțe chimice. Da, combustibilul rachetă este un amestec special de substanțe chimice concepute pentru a oferi o tracțiune maximă. Expresia „substanțe chimice” este importantă aici. Reacțiile care dau energie motorului se bazează pe redistribuirea legăturilor între atomi.

Acest lucru limitează fundamental acțiunile noastre! Majoritatea covârșitoare a masei unui atom cade pe nucleul său - 99,95%. Când începe o reacție chimică, electronii care se învârt în jurul atomilor sunt redistribuiți și, de obicei, eliberează ca energie aproximativ 0,0001% din masa totală a atomilor care participă la reacție, conform celebrei ecuații a lui Einstein: E = mc2. Aceasta înseamnă că pentru fiecare kilogram de combustibil încărcat în rachetă, în timpul reacției, primiți o energie echivalentă cu aproximativ 1 miligram.

Cu toate acestea, dacă se folosesc rachete cu combustibil nuclear, situația va fi dramatic diferită. În loc să te bazezi pe schimbările în configurația electronilor și modul în care atomii se leagă unul cu celălalt, poți elibera o cantitate relativ mare de energie influențând modul în care nucleii de atomi sunt conectați între ei. Când fisionați un atom de uraniu bombardându-l cu neutroni, emite mult mai multă energie decât orice reacție chimică. 1 kilogram de uraniu-235 poate elibera o cantitate de energie echivalentă cu 911 miligrame de masă, care este de aproape o mie de ori mai eficientă decât combustibilul chimic.

Am putea face motoarele și mai eficiente dacă am stăpâni fuziunea nucleară. De exemplu, un sistem de fuziune termonucleară controlată inerțial, cu ajutorul căreia ar fi posibilă sintetizarea hidrogenului în heliu, o astfel de reacție în lanț are loc la Soare. Sinteza unui kilogram de combustibil de hidrogen în heliu va transforma 7,5 kilograme de masă în energie pură, care este de aproape 10 mii de ori mai eficientă decât combustibilul chimic.

Ideea este de a obține aceeași accelerație pentru o rachetă pentru o perioadă mult mai lungă de timp: de sute sau chiar de mii de ori mai mult decât acum, ceea ce le-ar permite să se dezvolte de sute sau mii de ori mai rapid decât rachetele convenționale acum. O astfel de metodă ar reduce timpul zborului interstelar la sute sau chiar zeci de ani. Aceasta este o tehnologie promițătoare pe care o vom putea folosi până în anul 2100, în funcție de ritmul și direcția dezvoltării științei.

Video promotional:

2). Un fascicul de lasere cosmice. Această idee se află în centrul proiectului Breakthrough Starshot care a câștigat proeminență în urmă cu câțiva ani. De-a lungul anilor, conceptul nu și-a pierdut atractivitatea. În timp ce o rachetă convențională transportă combustibil cu ea și o folosește pentru a accelera, ideea cheie a acestei tehnologii este un fascicul de lasere puternice care vor oferi navei spațiale impulsul necesar. Cu alte cuvinte, sursa de accelerație va fi decuplată de nava însăși.

Acest concept este atât de interesant, cât și de revoluționar în multe privințe. Tehnologiile laser se dezvoltă cu succes și devin nu numai mai puternice, dar și extrem de colimate. Așadar, dacă creăm un material asemănător cu vela, care reflectă un procent suficient de mare de lumină laser, putem folosi un tir cu laser pentru a face ca nava spațială să dezvolte viteze colosale. O „navă spațială” care cântărește ~ 1 gram va atinge o viteză de ~ 20% din viteza luminii, ceea ce îi va permite să zboare la cea mai apropiată stea, Proxima Centauri, în doar 22 de ani.

Desigur, pentru asta va trebui să creăm un fascicul uriaș de lasere (aproximativ 100 km2), iar acest lucru trebuie făcut în spațiu, deși aceasta reprezintă mai mult o problemă de cost decât tehnologia sau știința. Cu toate acestea, există o serie de probleme care trebuie depășite pentru a putea derula un astfel de proiect. Printre ei:

  • o navigatie neacceptata se va roti, este necesar un fel de mecanism de stabilizare (încă ne dezvoltat);
  • incapacitatea de frânare la atingerea punctului de destinație, deoarece nu există combustibil la bord;
  • chiar dacă se dovedește a scala dispozitivul pentru transportul de persoane, o persoană nu va putea supraviețui cu o accelerație uriașă - o diferență semnificativă de viteză într-o perioadă scurtă de timp.

Poate că într-o zi tehnologia va putea să ne ducă la stele, dar nu există o metodă de succes pentru o persoană să atingă o viteză egală cu ~ 20% din viteza luminii.

3). Combustibil antimaterie. Dacă tot dorim să transportăm combustibil cu noi, îl putem face cel mai eficient posibil: se va baza pe anihilarea particulelor și a antiparticulelor. Spre deosebire de combustibilul chimic sau nuclear, unde doar o fracțiune din masa de la bord este transformată în energie, anihilarea particulelor-antiparticule folosește 100% din masa atât a particulelor cât și a antiparticulelor. Capacitatea de a converti tot combustibilul în energie cu impulsuri este cel mai înalt nivel de eficiență a combustibilului.

Dificultăți în aplicarea acestei metode în practică în trei domenii principale. Specific:

  • crearea unei antimaterii neutre stabile;
  • capacitatea de a o izola de materia obișnuită și de a o controla cu precizie;
  • produce antimaterie în cantități suficient de mari pentru zborul interstelar.

Din fericire, primele două probleme sunt deja lucrate.

Organizația Europeană pentru Cercetări Nucleare (CERN), care are locul marelui colizor de Hadron, are un complex imens cunoscut sub numele de „fabrica de antimaterie”. Acolo, șase echipe independente de oameni de știință investighează proprietățile antimateriei. Ei iau antiprotonii și îi încetinesc, forțând pozitronul să se lege de ei. Așa se creează antiatome sau antimaterie neutră.

Ei izolează aceste antiatome într-un recipient cu diferite câmpuri electrice și magnetice care le țin la locul lor, departe de pereții unui container format din materie. Până acum, la mijlocul anului 2020, au izolat și stabil cu succes mai multe antiatome pentru o oră la un moment dat. În următorii câțiva ani, oamenii de știință vor putea controla mișcarea antimateriei în câmpul gravitațional.

Această tehnologie nu ne va fi disponibilă în viitorul apropiat, dar se poate dovedi că modul nostru cel mai rapid de călătorie interstelară este o rachetă antimaterie.

4). Steaua navelor asupra materiei întunecate. Această opțiune se bazează cu siguranță pe presupunerea că orice particulă responsabilă de materia întunecată se comportă ca un boson și este propria antiparticule. În teorie, materia întunecată, care este propriul său antiparticul, are o șansă mică, dar nu zero, de a anihila cu orice altă particulă de materie întunecată care se ciocnește cu ea. Putem folosi energia eliberată ca urmare a coliziunii.

Există posibile dovezi în acest sens. În urma observațiilor, s-a stabilit că Calea Lactee și alte galaxii au un exces inexplicabil de radiații gamma care provin din centrele lor, unde concentrația de energie întunecată ar trebui să fie cea mai mare. Există întotdeauna posibilitatea de a exista o explicație astrofizică simplă pentru acest lucru, de exemplu, pulsars. Cu toate acestea, este posibil ca aceasta să fie încă materie întunecată care se anihilează cu ea însăși în centrul galaxiei și, astfel, ne oferă o idee incredibilă - o navă stelară asupra materiei întunecate.

Avantajul acestei metode este că materia întunecată există literalmente oriunde în galaxie. Aceasta înseamnă că nu trebuie să transportăm combustibil cu noi în călătorie. În schimb, „reactorul” de energie întunecată poate face pur și simplu următoarele:

  • ia orice materie întunecată care se află în apropiere;
  • accelerați anihilarea sau lăsați-l să se anihileze în mod natural;
  • redirecționați energia primită pentru a obține impuls în orice direcție dorită.

Un om ar putea controla dimensiunea și puterea reactorului pentru a obține rezultatele dorite.

Fără a fi nevoie de combustibil la bord, multe dintre problemele deplasării spațiale conduse de propulsie vor dispărea. În schimb, vom putea realiza visul prețuit al oricărei călătorii - accelerare constantă nelimitată. Aceasta ne va oferi cea mai de neconceput capacitate - capacitatea de a ajunge în orice loc al Universului în timpul unei vieți umane.

Dacă ne limităm la tehnologiile rachetelor existente, atunci vom avea nevoie de cel puțin zeci de mii de ani pentru a călători de pe Pământ la cel mai apropiat sistem stelar. Cu toate acestea, progrese semnificative în tehnologia motorului sunt aproape la îndemână și vor reduce timpul de călătorie la o viață umană. Dacă ne descurcăm cu utilizarea de combustibil nuclear, fascicule cosmice cu laser, antimaterie sau chiar materie întunecată, ne vom îndeplini propriul vis și vom deveni o civilizație spațială fără utilizarea tehnologiilor perturbatoare, cum ar fi unitățile de urzeală.

Există multe modalități potențiale de a transforma ideile bazate pe știință în tehnologii de motoare realiste viitoare, din lumea reală. Este foarte posibil ca până la sfârșitul secolului nava spațială, care nu a fost încă inventată, să ia locul Noilor Orizonturi, Pionier și Voyager ca fiind cele mai îndepărtate obiecte create de om de pe Pământ. Știința este deja pregătită. Rămâne să ne uităm dincolo de tehnologia noastră actuală și să facem acest vis realitate.

Recomandat: