Můžeme Dosáhnout Mezihvězdného Letu Pouze Pomocí Fyziky, Kterou Známe? - Alternativní Pohled

Můžeme Dosáhnout Mezihvězdného Letu Pouze Pomocí Fyziky, Kterou Známe? - Alternativní Pohled
Můžeme Dosáhnout Mezihvězdného Letu Pouze Pomocí Fyziky, Kterou Známe? - Alternativní Pohled

Video: Můžeme Dosáhnout Mezihvězdného Letu Pouze Pomocí Fyziky, Kterou Známe? - Alternativní Pohled

Video: Můžeme Dosáhnout Mezihvězdného Letu Pouze Pomocí Fyziky, Kterou Známe? - Alternativní Pohled
Video: Pokus Tajná správa (fyzika, chémia) pre malých aj veľkých 2024, Březen
Anonim

Autor článku podrobně vypráví o čtyřech slibných technologiích, které lidem dávají příležitost dosáhnout jednoho místa ve vesmíru během jednoho lidského života. Pro srovnání: při použití moderní technologie bude cesta k dalšímu hvězdnému systému trvat asi 100 tisíc let.

Od té doby, co se člověk poprvé podíval na noční oblohu, snili jsme o návštěvě jiných světů a vidění vesmíru. A zatímco naše chemicky poháněné rakety již dosáhly mnoha planet, měsíců a dalších těl ve sluneční soustavě, kosmická loď nejdále od Země, Voyager 1, pokryla pouze 22,3 miliard kilometrů. To je pouze 0,056% vzdálenosti k nejbližšímu známému hvězdnému systému. S využitím moderní technologie bude cesta k dalšímu hvězdnému systému trvat asi 100 tisíc let.

Není však třeba jednat tak, jak jsme to vždy dělali. Účinnost odesílání vozidel s velkou hmotností užitečného zatížení, dokonce iu lidí na palubě, na bezprecedentní vzdálenosti ve vesmíru může být značně zlepšena, pokud bude použita správná technologie. Konkrétně existují čtyři slibné technologie, které nás mohou dostat ke hvězdám v mnohem kratším čase. Zde jsou.

1). Jaderná technologie. Doposud v lidské historii mají všechny kosmické lodě vypuštěné do vesmíru jednu společnou věc: motor na chemický pohon. Ano, raketové palivo je speciální směs chemikálií navržená tak, aby poskytovala maximální tah. Zde je důležitá věta „chemikálie“. Reakce, které dodávají motoru energii, jsou založeny na přerozdělení vazeb mezi atomy.

To zásadně omezuje naše jednání! Drtivá většina hmoty atomu padá na jeho jádro - 99,95%. Když začíná chemická reakce, elektrony otáčející se kolem atomů jsou redistribuovány a obvykle uvolňují jako energii asi 0,0001% z celkové hmotnosti atomů účastnících se reakce, podle Einsteinovy slavné rovnice: E = mc2. To znamená, že za každý kilogram paliva, které je naloženo do rakety, dostanete během reakce energii odpovídající přibližně 1 miligramu.

Pokud se však použijí jaderné rakety, bude situace dramaticky odlišná. Místo toho, abyste se spoléhali na změny v konfiguraci elektronů a na vzájemné vazby atomů, můžete uvolnit relativně velké množství energie ovlivněním toho, jak jsou jádra atomů spojena dohromady. Když štěpíte atom uranu bombardováním neutrony, vydává mnohem více energie než jakákoli chemická reakce. 1 kilogram uranu-235 může uvolnit množství energie odpovídající 911 miligramům hmotnosti, což je téměř tisíckrát účinnější než chemické palivo.

Pokud bychom zvládli jadernou fúzi, mohli bychom ještě zvýšit účinnost motorů. Například systém setrvačné řízené termonukleární fúze, pomocí kterého by bylo možné syntetizovat vodík na helium, taková řetězová reakce nastane na Slunci. Syntéza 1 kilogramu vodíkového paliva na hélium přemění 7,5 kilogramu hmoty na čistou energii, což je téměř 10 tisíckrát účinnější než chemické palivo.

Cílem je získat stejné zrychlení pro raketu na mnohem delší dobu: stovky nebo dokonce tisícekrát déle než nyní, což by jim umožnilo vyvíjet stovky nebo tisícekrát rychleji než běžné rakety. Taková metoda by zkrátila dobu mezihvězdného letu na stovky nebo dokonce desítky let. Toto je slibná technologie, kterou budeme moci použít do roku 2100, v závislosti na tempu a směru vývoje vědy.

Propagační video:

2). Paprsek kosmických laserů. Tato myšlenka je v jádru projektu Průlomový Starshot, který získal před několika lety význam. V průběhu let tento koncept neztratil svou atraktivitu. Zatímco konvenční raketa s sebou nese palivo a používá ho ke zrychlení, klíčovou myšlenkou této technologie je paprsek výkonných laserů, který dá kosmické lodi potřebný impuls. Jinými slovy, zdroj zrychlení bude oddělen od samotné lodi.

Tento koncept je v mnoha ohledech vzrušující a revoluční. Laserové technologie se vyvíjejí úspěšně a stávají se nejen výkonnějšími, ale také vysoce kolimovanými. Pokud tedy vytvoříme materiál podobný plachetě, který odráží dostatečně vysoké procento laserového světla, můžeme použít laserový výstřel, aby vesmírná loď mohla vyvinout kolosální rychlosti. Očekává se, že "kosmická loď" vážící ~ 1 gram dosáhne rychlosti ~ 20% rychlosti světla, což jí umožní letět k nejbližší hvězdě Proxima Centauri za pouhých 22 let.

K tomu samozřejmě musíme vytvořit obrovský paprsek laserů (asi 100 km2), a to je třeba udělat ve vesmíru, i když je to spíše problém nákladů než technologie nebo věda. Existuje však řada problémů, které je třeba překonat, aby mohl být takový projekt realizován. Mezi nimi:

  • nepodporovaná plachta se bude otáčet, je vyžadován nějaký (dosud nevyvinutý) stabilizační mechanismus;
  • neschopnost zabrzdit při dosažení cílového bodu, protože na palubě není palivo;
  • i když se ukáže, že měřítko zařízení pro přepravu lidí, člověk nebude schopen přežít s velkým zrychlením - významný rozdíl v rychlosti v krátkém časovém období.

Možná, že jednoho dne nás technologie dovede k hvězdám, ale neexistuje žádná úspěšná metoda, jak člověk dosáhne rychlosti rovnající se ~ 20% rychlosti světla.

3). Palivo antihmoty. Pokud s námi chceme i nadále nosit palivo, můžeme to udělat co nejefektivnější: bude založeno na zničení částic a antičástic. Na rozdíl od chemických nebo jaderných paliv, kde je jen část hmoty na palubě přeměněna na energii, annihilace částic-antičástic využívá 100% hmotnosti částic i antičástic. Schopnost přeměnit veškeré palivo na pulzní energii je nejvyšší úrovní palivové účinnosti.

Problémy při používání této metody v praxi ve třech hlavních oblastech. Konkrétně:

  • vytvoření stabilního neutrálního antihmoty;
  • schopnost izolovat ji od obyčejné hmoty a přesně ji ovládat;
  • produkují antihmotu v dostatečně velkém množství pro mezihvězdný let.

Naštěstí se na prvních dvou otázkách již pracuje.

Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN), kde sídlí Velký Hadron Collider, má obrovský komplex známý jako „továrna na antihmotu“. Tam, šest nezávislých týmů vědců zkoumá vlastnosti antihmoty. Berou antiprotony a zpomalují je, nutí positron, aby se k nim vázal. Takto vznikají antiatomy nebo neutrální antihmoty.

Izolují tyto antiatomy v kontejneru s proměnlivými elektrickými a magnetickými poli, která je drží na místě, daleko od stěn kontejneru vyrobeného z hmoty. Nyní, v polovině roku 2020, úspěšně izolovali a stabilní několik antiatomů po dobu jedné hodiny. V příštích několika letech budou vědci schopni kontrolovat pohyb antihmoty v gravitačním poli.

Tato technologie nám nebude v blízké budoucnosti k dispozici, ale může se ukázat, že nejrychlejším způsobem mezihvězdného cestování je raketa antihmoty.

4). Hvězdná loď na temnou hmotu. Tato možnost se jistě opírá o předpoklad, že jakákoli částice zodpovědná za temnou hmotu se chová jako boson a je svým vlastním antičásticím. Teoreticky má tmavá hmota, která je jejím vlastním antičásticím, malou, ale nikoli nulovou šanci zničit jakoukoli jinou částici temné hmoty, která s ní narazí. Můžeme potenciálně využít energii uvolněnou v důsledku kolize.

Existují možné důkazy. Na základě pozorování bylo zjištěno, že Mléčná dráha a další galaxie mají nevysvětlitelný nadbytek gama záření přicházejícího z jejich center, kde by koncentrace temné energie měla být nejvyšší. Vždy existuje možnost, že pro to existuje jednoduché astrofyzikální vysvětlení, například pulsary. Je však možné, že toto je stále temná hmota zničující sama se sebou ve středu galaxie, a tak nám dává neuvěřitelný nápad - hvězdnou loď temné hmoty.

Výhodou této metody je, že temná hmota existuje doslova všude v galaxii. To znamená, že na cestě nemusíme s sebou nosit palivo. Místo toho může temný energetický „reaktor“jednoduše udělat následující:

  • vzít jakoukoli temnou hmotu, která je poblíž;
  • urychlit jeho zničení nebo umožnit přirozené zničení;
  • přesměrovat přijatou energii, aby nabylo síly v libovolném požadovaném směru.

Člověk by mohl řídit velikost a výkon reaktoru, aby dosáhl požadovaných výsledků.

Bez potřeby paliva na palubě zmizí mnoho problémů s kosmickým pohonem poháněným pohonem. Místo toho se nám podaří dosáhnout drahoceného snu o jakékoli cestě - neomezené neustálé zrychlení. To nám poskytne nejvíce nemyslitelné schopnosti - schopnost dosáhnout jednoho místa ve vesmíru během jednoho lidského života.

Pokud se omezíme na stávající raketové technologie, budeme potřebovat nejméně desítky tisíc let, abychom mohli cestovat ze Země k nejbližšímu hvězdnému systému. Významný pokrok v technologii motorů je však na dosah ruky a zkrátí dobu cestování na jeden lidský život. Dokážeme-li zvládnout použití jaderného paliva, kosmických laserových paprsků, antihmoty nebo dokonce temné hmoty, splníme svůj vlastní sen a staneme se vesmírnou civilizací bez použití rušivých technologií, jako jsou warpové pohony.

Existuje mnoho potenciálních způsobů, jak proměnit vědecké nápady v proveditelné, reálné světové technologie motorů nové generace. Je docela možné, že do konce století nahradí kosmická loď, která dosud nebyla vynalezena, místo New Horizons, Pioneer a Voyager jako nejvzdálenější umělé předměty od Země. Věda je již připravená. Je na nás podívat se za hranice naší současné technologie a uskutečnit tento sen.