Umístěte člověka do vesmíru, daleko od gravitačních pout zemského povrchu, a on se bude cítit beztíže. Ačkoli na něj budou všechny hmoty vesmíru stále působit gravitačně, přitahují také jakoukoli kosmickou loď, v níž je daná osoba, takže se bude vznášet. A přesto jsme v televizi ukázali, že posádka určité kosmické lodi docela úspěšně chodí po podlaze s nohama za jakýchkoli podmínek. K tomu se používá umělá gravitace vytvořená instalacemi na palubě fantastické lodi. Jak je to blízko ke skutečné vědě?
Kapitán Gabriel Lorca na mostě Discovery během simulované bitvy s Klingony. Celá posádka je přitahována umělou gravitací, a to je, jak to bylo, kánon
Pokud jde o gravitaci, Einsteinův velký objev byl principem ekvivalence: s rovnoměrným zrychlením je referenční rámec nerozeznatelný od gravitačního pole. Kdybyste byli na raketě a neviděli byste vesmír skrz okno, neměli byste ani ponětí, co se děje: jste staženi gravitační silou, nebo je zrychlení rakety určitým směrem? To byla myšlenka, která vedla k obecné relativitě. O 100 let později je to nejpřesnější popis gravitace a zrychlení, který známe.
Stejné chování míče dopadajícího na zem v raketě za letu (vlevo) a na Zemi (vpravo) ukazuje Einsteinův princip ekvivalence
Je tu další trik, říká Ethan Siegel, který můžeme použít, pokud chceme: dokážeme vesmírnou loď roztočit. Namísto lineárního zrychlení (jako je tah rakety) může být dosaženo centripetálního zrychlení, takže osoba na palubě může cítit, jak vnější trup kosmické lodi tlačí směrem ke středu. To byl trik použitý v roce 2001 A Space Odyssey, a pokud by vaše kosmická loď byla dostatečně velká, umělá gravitace by byla nerozeznatelná od skutečné gravitace.
Jen jeden ale. Tyto tři typy zrychlení - gravitační, lineární a rotační - jsou jediné, které můžeme použít k simulaci účinků gravitace. A to je obrovský problém pro kosmickou loď.
Koncept stanice z roku 1969, který měl být sestaven na oběžné dráze z strávených fází programu Apollo. Stanice se musela otáčet na své centrální ose, aby vytvořila umělou gravitaci
Proč? Protože pokud chcete cestovat do jiného hvězdného systému, budete muset urychlit loď, abyste se tam dostali, a poté ji při příjezdu zpomalte. Pokud se nemůžete izolovat od těchto zrychlení, na vás čeká katastrofa. Například pro zrychlení na plný impuls ve Star Trek, až na několik procent rychlosti světla, by člověk musel zažít zrychlení 4000 g. Toto je 100násobné zrychlení, které začíná bránit průtoku krve v těle.
Propagační video:
Zahájení raketoplánu Columbia v roce 1992 ukázalo zrychlení po dlouhou dobu. Zrychlení kosmické lodi bude mnohonásobně vyšší a lidské tělo se s ní nedokáže vyrovnat.
Pokud si nepřejete být na dlouhé cestě beztížní - abyste se nevystavovali strašlivému biologickému opotřebení, jako je ztráta svalové hmoty a kostní hmoty - musí být na tělo neustále vyvíjena síla. Pro každou jinou sílu je to docela snadné. Například v elektromagnetismu bychom mohli umístit posádku do vodivého kokpitu a mnoho vnějších elektrických polí by jednoduše zmizelo. Bylo by možné uspořádat dvě rovnoběžné desky uvnitř a získat konstantní elektrické pole, tlačit náboje v určitém směru.
Pokud gravitace fungovala stejným způsobem.
Takový pojem jako gravitační dirigent prostě neexistuje, stejně jako schopnost chránit se před gravitační silou. Je nemožné vytvořit jednotné gravitační pole v oblasti prostoru, například mezi dvěma deskami. Proč? Protože na rozdíl od elektrické síly vytvářené kladnými a zápornými náboji existuje pouze jeden druh gravitačního náboje, a to hmota-energie. Gravitační síla vždy přitahuje, a není kam se před ní schovávat. Můžete použít pouze tři typy zrychlení - gravitační, lineární a rotační.
Převážná většina kvarků a leptonů ve vesmíru sestává z hmoty, ale každý z nich má také antičástice z antihmoty, jejichž gravitační masy nejsou určeny
Jediný způsob, jak by mohla být vytvořena umělá gravitace, která by vás ochránila před účinky zrychlení vaší lodi a poskytla vám konstantní tah dolů bez zrychlení, bude k dispozici, pokud objevíte částice negativní gravitační hmoty. Všechny částice a antičástice, které jsme dosud našli, mají kladnou hmotnost, ale tyto hmoty jsou inertní, to znamená, že je lze posuzovat pouze tehdy, když je částice vytvořena nebo zrychlena. Inerciální hmota a gravitační hmotnost jsou stejné pro všechny částice, které známe, ale nikdy jsme netestovali náš nápad na antihmotu nebo antičástice.
V současné době se v této konkrétní části provádějí experimenty. Experiment ALPHA v CERN vytvořil antihydrogen: stabilní formu neutrálního antihmoty a pracuje na jeho izolaci od všech ostatních částic. Pokud je experiment dostatečně citlivý, můžeme měřit, jak antičástice zasáhne gravitační pole. Pokud spadne, jako obyčejná hmota, má kladnou gravitační hmotnost a může být použit k vybudování gravitačního vodiče. Pokud spadne do gravitačního pole, změní vše. Jeden výsledek a umělá gravitace se mohou náhle stát možnými.
Možnost získat umělou gravitaci nás láká neuvěřitelně, ale je založena na existenci negativní gravitační hmoty. Antihmota může být tak masivní, ale my jsme to ještě neprokázali
Pokud má antihmota negativní gravitační hmotnost, pak vytvořením pole obyčejné hmoty a stropu antihmoty bychom mohli vytvořit umělé gravitační pole, které by vás vždy přitáhlo dolů. Vytvořením gravitační vodivé skořepiny ve formě trupu naší kosmické lodi bychom chránili posádku před ultrarychlými akceleračními silami, které by jinak byly smrtelné. A co je nejlepší, lidé ve vesmíru by už nezažili negativní fyziologické účinky, které dnes morové astronauty trápí. Ale dokud nenajdeme částici se zápornou gravitační hmotou, umělá gravitace bude získána pouze zrychlením.
Ilya Khel