Jesu li međuzvjezdana putovanja stvarna?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Autor članka detaljno govori o četiri obećavajuće tehnologije koje ljudima daju priliku da tijekom jednog ljudskog života dođu do bilo kojeg mjesta u Svemiru. Za usporedbu: korištenjem moderne tehnologije put do drugog zvjezdanog sustava trajat će oko 100 tisuća godina.

Otkad je čovjek prvi put pogledao u noćno nebo, sanjali smo da posjetimo druge svjetove i vidimo Svemir. I premda su naše rakete na kemijsko gorivo već dosegle mnoge planete, mjesece i druga tijela u Sunčevom sustavu, svemirska letjelica najudaljenija od Zemlje, Voyager 1, prešla je samo 22,3 milijarde kilometara. To je samo 0,056% udaljenosti do najbližeg poznatog zvjezdanog sustava. Koristeći modernu tehnologiju, put do drugog zvjezdanog sustava trajat će oko 100 tisuća godina.

Međutim, nema potrebe djelovati kao što smo uvijek radili. Učinkovitost slanja vozila s velikom masom tereta, čak i s ljudima na brodu, na neviđene udaljenosti u svemiru može se uvelike poboljšati ako se koristi prava tehnologija. Točnije, postoje četiri obećavajuće tehnologije koje nas mogu dovesti do zvijezda u mnogo kraćem vremenu. Evo ih.

jedan). Nuklearna tehnologija. Do sada u ljudskoj povijesti, sve letjelice lansirane u svemir imaju jednu zajedničku stvar: motor na kemijsko gorivo. Da, raketno gorivo je posebna mješavina kemikalija dizajnirana da pruži maksimalan potisak. Ovdje je važan izraz "kemikalije". Reakcije koje daju energiju motoru temelje se na preraspodjeli veza između atoma.

To iz temelja ograničava naše djelovanje! Velika većina mase atoma pada na njegovu jezgru - 99,95%. Kada započne kemijska reakcija, elektroni koji se okreću oko atoma se redistribuiraju i obično oslobađaju kao energiju oko 0,0001% ukupne mase atoma koji sudjeluju u reakciji, prema poznatoj Einsteinovoj jednadžbi: E = mc2. To znači da za svaki kilogram goriva koji se ubaci u raketu, tijekom reakcije dobivate energiju koja je ekvivalentna oko 1 miligramu.

Međutim, ako se koriste rakete na nuklearno gorivo, situacija će biti drastično drugačija. Umjesto da se oslanjate na promjene u konfiguraciji elektrona i kako se atomi međusobno vežu, možete osloboditi relativno veliku količinu energije utječući na to kako su jezgre atoma međusobno povezane. Kada fisijete atom urana bombardirajući ga neutronima, on emitira puno više energije od bilo koje kemijske reakcije. 1 kilogram urana-235 može osloboditi količinu energije koja je ekvivalentna 911 miligrama mase, što je gotovo tisuću puta učinkovitije od kemijskog goriva.

Mogli bismo motore učiniti još učinkovitijima kad bismo ovladali nuklearnom fuzijom. Na primjer, sustav inercijalno kontrolirane termonuklearne fuzije, uz pomoć kojeg bi bilo moguće sintetizirati vodik u helij, takva lančana reakcija događa se na Suncu. Sinteza 1 kilograma vodikovog goriva u helij pretvorit će 7,5 kilograma mase u čistu energiju, što je gotovo 10 tisuća puta učinkovitije od kemijskog goriva.

Ideja je postići isto ubrzanje za raketu za mnogo duži vremenski period: stotine ili čak tisuće puta dulje nego sada, što bi im omogućilo da se razvijaju stotine ili tisuće puta brže od konvencionalnih raketa sada. Takva metoda smanjila bi vrijeme međuzvjezdanog leta na stotine ili čak desetke godina. To je obećavajuća tehnologija koju ćemo moći koristiti do 2100. godine, ovisno o tempu i smjeru razvoja znanosti.

2). Zraka kozmičkih lasera. Ova ideja je u središtu projekta Breakthrough Starshot, koji je postao istaknut prije nekoliko godina. Tijekom godina koncept nije izgubio svoju atraktivnost. Dok konvencionalna raketa sa sobom nosi gorivo i troši ga na ubrzanje, ključna ideja ove tehnologije je snop snažnih lasera koji će letjelici dati potreban impuls. Drugim riječima, izvor ubrzanja bit će odvojen od samog broda.

Ovaj koncept je i uzbudljiv i revolucionaran na mnogo načina. Laserske tehnologije se uspješno razvijaju i postaju ne samo snažnije, već i visoko kolimirane. Dakle, ako stvorimo materijal nalik jedru koji reflektira dovoljno visok postotak laserske svjetlosti, možemo upotrijebiti laserski snimak kako bismo natjerali svemirski brod da razvije kolosalne brzine. Očekuje se da će "zvjezdani brod" težine ~ 1 gram postići brzinu od ~ 20% brzine svjetlosti, što će mu omogućiti da odleti do najbliže zvijezde, Proxima Centauri, za samo 22 godine.

Naravno, za to ćemo morati stvoriti ogroman snop lasera (oko 100 km2), a to je potrebno učiniti u svemiru, iako je to više troškovni problem nego tehnologija ili znanost. Međutim, postoji niz izazova koje je potrebno prevladati kako bi se takav projekt mogao izvesti. Među njima:

• jedro bez oslonca će se okretati, potrebna je neka vrsta (još nerazvijenog) stabilizacijskog mehanizma;
• nemogućnost kočenja kada se dođe do odredišne točke, budući da na brodu nema goriva;
• čak i ako se pokaže da uređaj za prijevoz ljudi skalira, osoba neće moći preživjeti s ogromnim ubrzanjem - značajnom razlikom u brzini u kratkom vremenskom razdoblju.

Možda će nas jednog dana tehnologije moći odvesti do zvijezda, ali još uvijek ne postoji uspješna metoda kojom bi osoba dosegla brzinu jednaku ~ 20% brzine svjetlosti.

3). Gorivo od antimaterije. Ako i dalje želimo nositi gorivo sa sobom, možemo ga učiniti najučinkovitijim mogućim: temeljit će se na anihilaciji čestica i antičestica. Za razliku od kemijskog ili nuklearnog goriva, gdje se samo djelić mase na brodu pretvara u energiju, anihilacija čestica-antičestica koristi 100% mase i čestica i antičestica. Sposobnost pretvaranja cijelog goriva u energiju impulsa najviša je razina učinkovitosti goriva.

Poteškoće se javljaju u primjeni ove metode u praksi u tri glavna smjera. Posebno:

• stvaranje stabilne neutralne antimaterije;
• sposobnost da ga se izolira od obične materije i precizno kontrolira;
• proizvode antimateriju u dovoljno velikim količinama za međuzvjezdani let.

Nasreću, na prva dva problema se već radi.

U Europskoj organizaciji za nuklearna istraživanja (CERN), gdje se nalazi Veliki hadronski sudarač, nalazi se ogroman kompleks poznat kao "tvornica antimaterije". Tamo šest neovisnih timova znanstvenika istražuje svojstva antimaterije. Oni uzimaju antiprotone i usporavaju ih, prisiljavajući pozitron da se veže na njih. Tako nastaju antiatomi ili neutralna antimaterija.

Oni izoliraju te antiatome u spremnik s različitim električnim i magnetskim poljima koja ih drže na mjestu, daleko od stijenki posude napravljene od materije. Do sada, sredinom 2020. godine, uspješno su izolirali i stabilili nekoliko antiatoma po sat vremena. Tijekom sljedećih nekoliko godina znanstvenici će moći kontrolirati kretanje antimaterije unutar gravitacijskog polja.

Ova tehnologija nam neće biti dostupna u bliskoj budućnosti, ali može se pokazati da je naš najbrži način međuzvjezdanog putovanja raketa od antimaterije.

4). Zvjezdani brod na tamnoj materiji. Ova opcija se svakako oslanja na pretpostavku da se svaka čestica odgovorna za tamnu tvar ponaša kao bozon i da je vlastita antičestica. U teoriji, tamna tvar, koja je vlastita antičestica, ima malu, ali ne nultu, šansu da se poništi s bilo kojom drugom česticom tamne tvari koja se sudari s njom. Potencijalno možemo iskoristiti energiju oslobođenu kao rezultat sudara.

Za to postoje mogući dokazi. Kao rezultat promatranja, ustanovljeno je da Mliječna staza i druge galaksije imaju neobjašnjiv višak gama zračenja koje dolazi iz njihovih središta, gdje bi koncentracija tamne energije trebala biti najveća. Uvijek postoji mogućnost da za to postoji jednostavno astrofizičko objašnjenje, na primjer, pulsari. Međutim, moguće je da se ta tamna tvar još uvijek uništava sama sa sobom u središtu galaksije i tako nam daje nevjerojatnu ideju – zvjezdani brod na tamnoj tvari.

Prednost ove metode je u tome što tamna tvar postoji doslovno posvuda u galaksiji. To znači da ne moramo nositi gorivo sa sobom na put. Umjesto toga, reaktor tamne energije može jednostavno učiniti sljedeće:

• uzmite bilo koju tamnu tvar koja je u blizini;
• ubrzati njegovo uništenje ili dopustiti da se prirodno uništi;
• preusmjeriti primljenu energiju da dobije zamah u bilo kojem željenom smjeru.

Čovjek bi mogao kontrolirati veličinu i snagu reaktora kako bi postigao željene rezultate.

Bez potrebe za nošenjem goriva na brodu, mnogi problemi putovanja svemirom na pogon nestat će. Umjesto toga, moći ćemo ostvariti cijenjeni san bilo kojeg putovanja - neograničeno konstantno ubrzanje. To će nam dati najnezamisliviju sposobnost – sposobnost da stignemo do bilo kojeg mjesta u Svemiru tijekom jednog ljudskog života.

Ako se ograničimo na postojeće raketne tehnologije, tada će nam trebati barem deseci tisuća godina da putujemo od Zemlje do najbližeg zvjezdanog sustava. Međutim, značajan napredak u tehnologiji motora je blizu i smanjit će vrijeme putovanja na jedan ljudski život. Ako uspijemo ovladati korištenjem nuklearnog goriva, kozmičkih laserskih zraka, antimaterije ili čak tamne tvari, ispunit ćemo vlastiti san i postati svemirska civilizacija bez upotrebe razornih tehnologija kao što su warp pogoni.

Postoji mnogo potencijalnih načina za pretvaranje znanstveno utemeljenih ideja u izvedive tehnologije motora sljedeće generacije u stvarnom svijetu. Sasvim je moguće da će do kraja stoljeća svemirski brod, koji još nije izumljen, zamijeniti New Horizons, Pioneer i Voyager kao najudaljenije objekte koje je napravio čovjek sa Zemlje. Znanost je već spremna. Ostaje nam da pogledamo dalje od naše trenutne tehnologije i ostvarimo ovaj san.