Međuzvjezdani. Znanost iza kulisa" - knjiga za one koji nisu zadovoljni filmom

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 03:58

Lifehacker objavljuje ulomak iz knjige Kipa Thornea, američkog teoretskog fizičara, autora ideje za film Interstellar. Puno modernih fizikalnih teorija i ideja isprepleteno je u radnju slike, čije se objašnjenje uglavnom pokazalo iza kulisa. Stoga smo sigurni da će se knjiga svidjeti i filmofilima i onima koje zanima fizika.

Međuzvjezdani let

Na prvom sastanku profesor Brand govori Cooperu o Lazarusovim ekspedicijama kako bi pronašli novi dom za čovječanstvo. Cooper odgovara: “U Sunčevom sustavu ne postoje planeti pogodni za stanovanje, a najbliža zvijezda udaljena je tisuću godina. Ovo je, najblaže rečeno, besmisleno. Pa gdje ste ih poslali, profesore? Zašto je to besmisleno (ako nema crvotočine pri ruci), jasno je ako razmislite koliko su velike udaljenosti do najbližih zvijezda.

Udaljenosti do najbližih zvijezda

Najbliža (ne računajući Sunce) zvijezda u čijem se sustavu može pronaći planet pogodan za život je Tau Ceti. Udaljen je 11,9 svjetlosnih godina od Zemlje; odnosno putujući brzinom svjetlosti do nje će se moći doći za 11, 9 godina. Teoretski, možda postoje planeti pogodni za život, koji su nam bliži, ali ne mnogo.

Da bismo procijenili koliko je Tau Ceti udaljen od nas, poslužimo se analogijom u mnogo manjem razmjeru. Zamislite da je ovo udaljenost od New Yorka do Pertha u Australiji – otprilike polovica opsega Zemlje. Nama najbliža zvijezda (opet, ne računajući Sunce) je Proxima Centauri, 4, 24 svjetlosne godine od Zemlje, ali nema dokaza da pored nje mogu postojati naseljivi planeti. Ako je udaljenost do Tau Cetija New York - Perth, tada je udaljenost do Proxima Centauri New York - Berlin. Malo bliže od Tau Cetija! Od svih bespilotnih letjelica koje su ljudi lansirali u međuzvjezdani prostor, Voyager 1, koji je sada udaljen 18 svjetlosnih sati od Zemlje, stigao je najdalje. Njegovo putovanje trajalo je 37 godina. Ako je udaljenost do Tau Cetija udaljenost od New Yorka do Pertha, tada je udaljenost od Zemlje do Voyagera 1 samo tri kilometra: kao od Empire State Buildinga do južnog ruba Greenwich Villagea. To je puno manje nego od New Yorka do Pertha.

Još je bliže Saturnu od Zemlje – 200 metara, dva bloka od Empire State Buildinga do Park Avenue. Od Zemlje do Marsa - 20 metara, a od Zemlje do Mjeseca (najveća udaljenost koju su ljudi do sada prešli) - samo sedam centimetara! Usporedite sedam centimetara s pola puta oko svijeta! Sada shvaćate kakav se skok mora dogoditi u tehnologiji kako bi čovječanstvo moglo osvojiti planete izvan Sunčevog sustava?

Brzina leta u XXI stoljeću

Voyager 1 (ubrzan gravitacijskim trakama oko Jupitera i Saturna) udaljava se od Sunčevog sustava brzinom od 17 kilometara u sekundi. U Interstellaru letjelica Endurance putuje od Zemlje do Saturna za dvije godine, prosječnom brzinom od oko 20 kilometara u sekundi. Najveća brzina koja se može postići u 21. stoljeću uz korištenje raketnih motora u kombinaciji s gravitacijskim praćkama bit će, po mom mišljenju, oko 300 kilometara u sekundi. Putujemo li do Proxima Centauri brzinom od 300 kilometara u sekundi, let će trajati 5 000 godina, a let do Tau Cetija 13 000 godina. Nešto predugo. Da biste brže došli do takve udaljenosti s tehnologijama XXI stoljeća, potrebno vam je nešto poput crvotočine.

Tehnologije daleke budućnosti

Dodgy znanstvenici i inženjeri uložili su velike napore da razviju principe budućih tehnologija koje bi let gotovo svjetlom postale stvarnost. Na internetu ćete naći dovoljno informacija o takvim projektima. Ali bojim se da će proći više od sto godina prije nego što ih ljudi budu mogli oživjeti. Međutim, po mom mišljenju, oni uvjeravaju da je za superrazvijene civilizacije putovanje brzinom od jedne desetine brzine svjetlosti i više sasvim moguće.

Ovdje su tri opcije putovanja u blizini svjetla koje su mi posebno zanimljive *.

Termonuklearna fuzija

Fusion je najpopularnija od ove tri opcije. Istraživačko-razvojni rad na stvaranju elektrana temeljenih na kontroliranoj termonuklearnoj fuziji započeo je 1950. godine, a ovi projekti će punim uspjehom biti okrunjeni tek 2050. godine. Stoljeće istraživanja i razvoja!

To nešto govori o razmjeru složenosti. Neka se termonuklearne elektrane pojave na Zemlji do 2050., ali što reći o svemirskim letovima na termonuklearnom potisku? Motori najuspješnijih dizajna moći će osigurati brzinu od oko 100 kilometara u sekundi, a do kraja ovog stoljeća vjerojatno i do 300 kilometara u sekundi. Međutim, za brzine bliske svjetlosti bit će potreban potpuno novi princip korištenja termonuklearnih reakcija. Mogućnosti termonuklearne fuzije mogu se procijeniti jednostavnim izračunima. Kada se dva atoma deuterija (teški vodik) spoje u atom helija, otprilike 0,0064 njihove mase (otprilike jedan postotak) pretvara se u energiju. Ako je pretvorite u kinetičku energiju (energiju gibanja) atoma helija, tada će atom postići brzinu od jedne desetine brzine svjetlosti**.

Stoga, ako svu energiju dobivenu fuzijom nuklearnog goriva (deuterija) možemo pretvoriti u usmjereno gibanje letjelice, tada ćemo postići brzinu od oko c/10, a ako smo pametni, čak i malo veću. Godine 1968. Freeman Dyson, izvanredan fizičar, opisao je i istražio primitivnu letjelicu s fuzijskim pogonom sposobnu - u rukama dovoljno napredne civilizacije - osigurati brzine ovog reda veličine. Termonuklearne bombe ("vodikove" bombe) eksplodiraju odmah iza poluloptastog amortizera čiji je promjer 20 kilometara. Eksplozije guraju brod naprijed, ubrzavajući ga, prema najhrabrijim Dysonovim procjenama, do jedne trideseti brzine svjetlosti. Napredniji dizajn može biti sposoban za više. Godine 1968. Dyson je došao do zaključka da će se motor ovog tipa moći koristiti tek krajem XXII stoljeća, za 150 godina. Mislim da je ova ocjena previše optimistična.

[…]

Koliko god sve ove tehnologije budućnosti izgledale privlačno, riječ "budućnost" ovdje je ključna. S tehnologijom 21. stoljeća nismo u mogućnosti dosegnuti druge zvjezdane sustave za manje od tisuća godina. Naša jedina sablasna nada za međuzvjezdani let je crvotočina, kao u Interstellaru, ili neki drugi ekstremni oblik zakrivljenosti prostor-vreme.