Maaari ba nating makamit ang interstellar flight gamit lamang ang alam nating pisika?

Maaari ba nating makamit ang interstellar flight gamit lamang ang alam nating pisika?
Maaari ba nating makamit ang interstellar flight gamit lamang ang alam nating pisika?
Anonim

Ang may-akda ng artikulo ay detalyadong nagsasabi tungkol sa apat na nangangako na mga teknolohiya na nagbibigay sa mga tao ng pagkakataon na maabot ang anumang lugar sa Uniberso sa panahon ng isang buhay ng tao. Para sa paghahambing: gamit ang modernong teknolohiya, ang landas sa isa pang star system ay tatagal ng halos 100 libong taon.

Mula pa nang tumingin ang tao sa kalangitan sa gabi, pinangarap namin na bisitahin ang iba pang mga mundo at makita ang Uniberso. At kahit na ang aming mga rocket na may fuel na kemikal ay naabot na ang maraming mga planeta, buwan at iba pang mga katawan sa solar system, ang spacecraft na pinakamalayo mula sa Earth, Voyager 1, ay sumaklaw lamang ng 22.3 bilyong kilometro. Ito ay 0.056% lamang ng distansya sa pinakamalapit na kilalang star system. Gamit ang modernong teknolohiya, ang landas sa isa pang star system ay tatagal ng halos 100 libong taon.

Gayunpaman, hindi na kailangang kumilos tulad ng lagi nating ginagawa. Ang kahusayan ng pagpapadala ng mga sasakyan na may malaking masa ng kargamento, kahit na nakasakay ang mga tao, sa mga hindi pa nagagagalaw na distansya sa uniberso ay maaaring mapabuti kung ginamit ang tamang teknolohiya. Mas partikular, mayroong apat na nangangako na mga teknolohiya na maaaring makakuha sa amin sa mga bituin sa mas kaunting oras. Nandito na sila.

1). Teknolohiyang nuklear. Sa ngayon sa kasaysayan ng tao, ang lahat ng spacecraft na inilunsad sa kalawakan ay may isang bagay na pareho: isang engine na fuel-kemikal. Oo, ang rocket fuel ay isang espesyal na timpla ng mga kemikal na dinisenyo upang magbigay ng maximum na tulak. Ang pariralang "kemikal" ay mahalaga dito. Ang mga reaksyon na nagbibigay lakas sa engine ay batay sa muling pamamahagi ng mga bono sa pagitan ng mga atomo.

Pangunahing nililimitahan nito ang aming mga pagkilos! Ang napakalaki ng karamihan ng mga masa ng isang atom ay bumagsak sa nucleus nito - 99, 95%. Kapag nagsimula ang isang reaksyong kemikal, ang mga electron na umiikot sa mga atomo ay muling ipinamamahagi at karaniwang inilalabas bilang enerhiya na halos 0.001% ng kabuuang dami ng mga atomo na nakikilahok sa reaksyon, ayon sa sikat na equation ni Einstein: E = mc2. Nangangahulugan ito na para sa bawat kilo ng gasolina na na-load sa rocket, sa panahon ng reaksyon, nakatanggap ka ng enerhiya na katumbas ng halos 1 milligram.

Gayunpaman, kung gagamitin ang mga rocket na fuel-fuel, ang sitwasyon ay magkakaiba-iba. Sa halip na umasa sa mga pagbabago sa pagsasaayos ng mga electron at kung paano nagbubuklod ang mga atomo sa bawat isa, maaari mong palabasin ang isang medyo malaking halaga ng enerhiya sa pamamagitan ng pag-impluwensya sa kung paano nakakonekta ang mga nuclei ng atoms sa bawat isa. Kapag nag-fission ka ng isang uranium atom sa pamamagitan ng pagbomba nito sa mga neutron, naglalabas ito ng mas maraming lakas kaysa sa anumang reaksyong kemikal. Ang 1 kilo ng uranium-235 ay maaaring maglabas ng isang dami ng enerhiya na katumbas ng 911 milligrams ng masa, na halos isang libong beses na mas mahusay kaysa sa fuel ng kemikal.

Maaari naming gawing mas mahusay ang mga makina kung pinagkadalubhasaan namin ang pagsasanib ng nukleyar. Halimbawa Ang pagbubuo ng 1 kilo ng hydrogen fuel sa helium ay magpapalit ng 7.5 kilo ng masa sa purong enerhiya, na halos 10 libong beses na mas mahusay kaysa sa fuel ng kemikal.

Ang ideya ay upang makuha ang parehong acceleration para sa isang rocket para sa isang mas mahabang tagal ng panahon: daan-daang o kahit libu-libong beses na mas mahaba kaysa ngayon, na magpapahintulot sa kanila na bumuo ng daan-daang o libu-libong beses na mas mabilis kaysa sa maginoo na mga rocket ngayon. Ang ganitong pamamaraan ay magbabawas ng oras ng interstellar flight sa daan-daang o kahit na sampu-sampung taon. Ito ay isang promising teknolohiya na magagamit namin sa pamamagitan ng 2100, depende sa bilis at direksyon ng pag-unlad ng agham.

2). Isang sinag ng mga cosmic laser. Ang ideyang ito ay nasa gitna ng proyekto ng Breakthrough Starshot, na nakakuha ng katanyagan maraming taon na ang nakalilipas. Sa paglipas ng mga taon, ang konsepto ay hindi nawala ang pagiging kaakit-akit nito. Habang ang isang maginoo na rocket ay nagdadala ng gasolina dito at kinakain ito para sa pagpabilis, ang pangunahing ideya ng teknolohiyang ito ay isang sinag ng mga makapangyarihang laser na magbibigay sa spacecraft ng kinakailangang salpok. Sa madaling salita, ang mapagkukunan ng pagpapabilis ay mai-decouples mula sa barko mismo.

Ang konseptong ito ay kapwa kapanapanabik at rebolusyonaryo sa maraming paraan. Ang mga teknolohiya ng laser ay matagumpay na nabubuo at nagiging hindi lamang mas malakas, ngunit lubos na naipon. Kaya, kung lumikha kami ng isang materyal na tulad ng isang layag na sumasalamin ng sapat na mataas na porsyento ng ilaw ng laser, maaari kaming gumamit ng isang laser shot upang makagawa ng malawak na bilis ang sasakyang pangalangaang. Ang "pagiging bituin" na may masa na ~ 1 gramo ay inaasahang maaabot ang bilis na ~ 20% ng bilis ng ilaw, na papayagan itong lumipad sa pinakamalapit na bituin, ang Proxima Centauri, sa loob lamang ng 22 taon.

Siyempre, para dito magkakaroon kami upang lumikha ng isang malaking sinag ng mga laser (tungkol sa 100 km2), at kailangan itong gawin sa kalawakan, kahit na ito ay higit pa sa isang problema sa gastos kaysa sa teknolohiya o agham. Gayunpaman, mayroong isang bilang ng mga problema na kailangang mapagtagumpayan upang magawa ang nasabing proyekto. Sa kanila:

  • ang isang hindi suportadong layag ay paikutin, ang ilang uri ng (hindi pa binuo) na nagpapatatag na mekanismo ay kinakailangan;
  • ang kawalan ng kakayahang mag-preno kapag naabot ang patutunguhan, dahil walang gasolina sa board;
  • kahit na sukatin ang aparato para sa pagdadala ng mga tao, ang isang tao ay hindi makakaligtas sa isang malaking pamabilis - isang makabuluhang pagkakaiba sa bilis sa isang maikling panahon.

Marahil balang araw ay madadala tayo ng teknolohiya sa mga bituin, ngunit wala pa ring matagumpay na pamamaraan para maabot ng isang tao ang bilis na katumbas ng ~ 20% ng bilis ng ilaw.

3). Antimatter fuel. Kung nais pa nating magdala ng gasolina sa amin, magagawa natin itong pinakamabisang posible: ito ay batay sa pagkalipol ng mga maliit na butil at antiparticle. Hindi tulad ng kemikal o nukleyar na gasolina, kung saan ang maliit na bahagi lamang ng masa na nakasakay ay ginawang enerhiya, ang paglipong ng maliit na butil-antiparticle ay gumagamit ng 100% ng masa ng parehong mga particle at antiparticle. Ang kakayahang i-convert ang lahat ng gasolina sa enerhiya ng pulso ay ang pinakamataas na antas ng kahusayan ng gasolina.

Ang mga kahirapan ay bumangon sa paglalapat ng pamamaraang ito sa pagsasanay sa tatlong pangunahing mga lugar. Partikular:

  • paglikha ng matatag na walang kinikilingan na antimatter;
  • ang kakayahang ihiwalay ito mula sa ordinaryong bagay at tiyak na kontrolin ito;
  • gumawa ng antimatter sa maraming sapat na dami para sa interstellar flight.

Sa kasamaang palad, ang unang dalawang isyu ay pinagagawa na.

Sa European Organization for Nuclear Research (CERN), kung saan matatagpuan ang Large Hadron Collider, mayroong isang malaking kumplikadong kilala bilang "pabrika ng antimatter". Doon, anim na independiyenteng pangkat ng mga siyentista ang iniimbestigahan ang mga katangian ng antimatter. Kumuha sila ng mga antiproton at pinabagal ang mga ito, pinipilit ang positron na mag-bind sa kanila. Ganito nilikha ang mga antiatom o walang kinikilingan na antimatter.

Inihihiwalay nila ang mga antiatom na ito sa isang lalagyan na may iba't ibang mga electric at magnetic field na humahawak sa kanila, malayo sa mga dingding ng isang lalagyan na gawa sa bagay. Sa ngayon, kalagitnaan ng 2020, matagumpay silang nakahiwalay at matatag ang maraming mga antiatom sa loob ng isang oras sa bawat oras. Sa mga susunod na taon, makokontrol ng mga syentista ang paggalaw ng antimatter sa loob ng gravitational field.

Ang teknolohiyang ito ay hindi magagamit sa amin sa malapit na hinaharap, ngunit maaaring maganap na ang aming pinakamabilis na paraan ng paglalakbay na interstellar ay isang antimatter rocket.

4). Starship sa madilim na bagay. Ang pagpipiliang ito ay tiyak na umaasa sa palagay na ang anumang maliit na butil na responsable para sa madilim na bagay ay kumikilos tulad ng isang boson at sarili nitong antiparticle. Sa teorya, ang madilim na bagay, na kung saan ay ang kanyang sariling antiparticle, ay may isang maliit, ngunit hindi zero, pagkakataon na puksain ang anumang iba pang mga maliit na maliit na butil ng madilim na bagay na nakabangga dito. Maaari naming magamit ang enerhiya na inilabas bilang isang resulta ng banggaan.

Mayroong posibleng katibayan para dito. Bilang isang resulta ng mga obserbasyon, naitaguyod na ang Milky Way at iba pang mga kalawakan ay may hindi maipaliwanag na labis ng gamma radiation na nagmumula sa kanilang mga sentro, kung saan ang konsentrasyon ng madilim na enerhiya ay dapat na pinakamataas. Palaging may posibilidad na mayroong isang simpleng paliwanag sa astrophysical para dito, halimbawa, mga pulsar. Gayunpaman, posible na ang madilim na bagay na ito ay nagpapatay pa rin sa kanyang sarili sa gitna ng kalawakan at sa gayon ay nagbibigay sa amin ng isang hindi kapani-paniwalang ideya - isang bituin sa madilim na bagay.

Ang bentahe ng pamamaraang ito ay ang maitim na bagay na umiiral nang literal saanman sa kalawakan. Nangangahulugan ito na hindi namin kailangang magdala ng gasolina sa amin sa paglalakbay. Sa halip, maaaring gawin ng madilim na reaktor ng enerhiya ang mga sumusunod:

  • kumuha ng anumang madilim na bagay na malapit;
  • mapabilis ang paglipol nito o pahintulutan itong malipol nang natural;
  • i-redirect ang natanggap na enerhiya upang makakuha ng momentum sa anumang nais na direksyon.

Maaaring makontrol ng isang tao ang laki at lakas ng reaktor upang makamit ang nais na mga resulta.

Nang walang pangangailangan na magdala ng gasolina sa board, marami sa mga problema ng propulsyon na hinihimok ng paglalakbay sa kalawakan ay mawawala. Sa halip, magagawa nating makamit ang itinatangi na pangarap ng anumang paglalakbay - walang limitasyong patuloy na pagbilis. Ito ay magbibigay sa atin ng pinaka-hindi naiisip na kakayahan - ang kakayahang maabot ang anumang lugar sa Uniberso sa panahon ng isang buhay ng tao.

Kung nililimitahan natin ang ating sarili sa mayroon nang mga teknolohiyang rocket, kakailanganin natin ng hindi bababa sa sampu-sampung libo ng mga taon upang maglakbay mula sa Earth sa pinakamalapit na star system. Gayunpaman, ang mga makabuluhang pagsulong sa teknolohiya ng engine ay malapit na, at mababawasan ang mga oras ng paglalakbay sa isang buhay ng tao. Kung makayanan natin ang paggamit ng fuel fuel, cosmic laser beams, antimatter o kahit madilim na bagay, matutupad natin ang ating sariling pangarap at magiging isang sibilisasyong sibilisasyon nang hindi gumagamit ng mga nakakagambalang teknolohiya tulad ng mga warp drive.

Mayroong maraming mga potensyal na paraan upang gawing magagawa, tunay na mundo na mga susunod na henerasyon na teknolohiya ng engine ang mga ideyang nakabatay sa agham. Posibleng posible na sa pagtatapos ng siglo ng isang sasakyang pangalangaang, na hindi pa naimbento, ay hahalili sa lugar ng New Horizons, Pioneer at Voyager bilang pinakalayong mga bagay na gawa ng tao mula sa Earth. Handa na ang agham. Ito ay nananatili para sa amin upang tumingin sa kabila ng saklaw ng aming teknolohiya ngayon at gawin ang pangarap na ito.

Inirerekumendang: