Interstellär. Vetenskapen bakom kulisserna "- en bok för den som inte är nöjd med filmen

2024 Författare: Malcolm Clapton | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 04:11

Lifehacker publicerar ett utdrag ur en bok av Kip Thorne, en amerikansk teoretisk fysiker, författare till idén till filmen Interstellar. Många moderna fysikaliska teorier och idéer är sammanvävda i handlingen i bilden, vars förklaring till största delen visade sig vara bakom kulisserna. Därför är vi säkra på att boken kommer att tilltala både filmfans och fysikintresserade.

Interstellär flygning

Vid det första mötet berättar professor Brand för Cooper om Lazarus-expeditionerna för att hitta ett nytt hem åt mänskligheten. Cooper svarar: "Det finns inga beboeliga planeter i solsystemet, och den närmaste stjärnan är tusen år bort. Detta är milt sagt meningslöst. Så vart skickade du dem, professor?" Varför detta är meningslöst (om det inte finns något maskhål till hands) är det tydligt om man tänker på hur stora avstånden till de närmaste stjärnorna är.

Avstånd till närmaste stjärnor

Den närmaste stjärnan (solen räknas inte med) i systemet där en planet lämplig för liv kan hittas är Tau Ceti. Det är 11,9 ljusår från jorden; det vill säga att resa med ljusets hastighet, kommer det att vara möjligt att nå det om 11, 9 år. Teoretiskt kan det finnas planeter som är lämpliga för liv, som är närmare oss, men inte mycket.

För att bedöma hur långt Tau Ceti är från oss, låt oss använda en analogi i mycket mindre skala. Föreställ dig att det här är avståndet från New York till Perth i Australien - ungefär halva jordens omkrets. Den stjärna som ligger närmast oss (återigen, utan att räkna solen) är Proxima Centauri, 4, 24 ljusår från jorden, men det finns inga bevis för att det kan finnas beboeliga planeter bredvid den. Om avståndet till Tau Ceti är New York - Perth, så är avståndet till Proxima Centauri New York - Berlin. Lite närmare än Tau Ceti! Av alla obemannade rymdfarkoster som skjutits upp av människor i det interstellära rymden, nådde Voyager 1, som nu ligger 18 ljustimmar från jorden, längst. Hans resa varade i 37 år. Om avståndet till Tau Ceti är avståndet från New York till Perth, så är avståndet från jorden till Voyager 1 bara tre kilometer: som från Empire State Building till den södra kanten av Greenwich Village. Det är mycket mindre än från New York till Perth.

Det är ännu närmare Saturnus från jorden - 200 meter, två kvarter från Empire State Building till Park Avenue. Från jorden till Mars - 20 meter, och från jorden till månen (det största avståndet som människor har rest hittills) - bara sju centimeter! Jämför sju centimeter med en halva jorden runt resa! Förstår du nu vilket steg som måste ske inom tekniken så att mänskligheten kan erövra planeter utanför solsystemet?

Flyghastighet under XXI-talet

Voyager 1 (accelererad med gravitationsslingor runt Jupiter och Saturnus) rör sig bort från solsystemet med en hastighet av 17 kilometer per sekund. I Interstellar färdas rymdfarkosten Endurance från jorden till Saturnus på två år, med en medelhastighet på cirka 20 kilometer per sekund. Den högsta hastigheten som kan uppnås under 2000-talet när man använder raketmotorer i kombination med gravitationsslungor kommer enligt min mening att vara cirka 300 kilometer per sekund. Om vi reser till Proxima Centauri i 300 kilometer per sekund tar flygresan 5 000 år, och flygningen till Tau Ceti tar 13 000 år. Något för långt. För att komma till ett sådant avstånd snabbare med teknikerna från XXI-talet behöver du något som ett maskhål.

Teknik i en avlägsen framtid

Tveksamma vetenskapsmän och ingenjörer har gått långt för att utveckla principerna för framtida teknologier som skulle göra nära-ljusflyg till verklighet. Du hittar tillräckligt med information om sådana projekt på Internet. Men jag är rädd att det kommer att ta mer än hundra år innan människor kommer att kunna väcka dem till liv. Men enligt min mening övertygar de att för superutvecklade civilisationer är det fullt möjligt att resa med hastigheter på en tiondel av ljusets hastighet och högre.

Här är tre resor nära ljus som jag tycker är särskilt intressanta *.

Termonukleär fusion

Fusion är det mest populära av dessa tre alternativ. Forsknings- och utvecklingsarbete för att skapa kraftverk baserade på kontrollerad termonukleär fusion började 1950, och dessa projekt kommer inte att krönas med full framgång förrän 2050. Ett sekel av forskning och utveckling!

Det säger något om komplexitetens omfattning. Låt termonukleära kraftverk dyka upp på jorden år 2050, men vad kan man säga om rymdflygningar på termonukleär dragkraft? Motorerna med de mest framgångsrika designerna kommer att kunna ge hastigheter på cirka 100 kilometer per sekund, och i slutet av detta århundrade, förmodligen upp till 300 kilometer per sekund. För nära-ljushastigheter kommer dock en helt ny princip att använda termonukleära reaktioner att krävas. Möjligheterna för termonukleär fusion kan bedömas med enkla beräkningar. När två atomer av deuterium (tungt väte) smälter samman för att bilda en heliumatom, omvandlas ungefär 0,0064 av deras massa (ungefär avrundning en procent) till energi. Om du omvandlar den till kinetisk energi (rörelseenergi) för en heliumatom, kommer atomen att få en hastighet av en tiondel av ljusets hastighet **.

Därför, om vi kan omvandla all energi som erhålls från fusionen av kärnbränsle (deuterium) till rymdfarkostens riktningsrörelse, kommer vi att nå en hastighet på cirka c / 10, och om vi är smarta, till och med lite högre. 1968 beskrev och undersökte Freeman Dyson, en anmärkningsvärd fysiker, en primitiv fusionsdriven rymdfarkost som - i händerna på en tillräckligt avancerad civilisation - kan ge hastigheter av denna storleksordning. Termonukleära bomber ("vätebomber") exploderar omedelbart bakom den halvsfäriska stötdämparen, vars diameter är 20 kilometer. Explosionerna driver skeppet framåt och accelererar det, enligt Dysons mest vågade uppskattningar, till en trettiondel av ljusets hastighet. En mer avancerad design kan vara kapabel till mer. 1968 kom Dyson till slutsatsen att det skulle vara möjligt att använda en motor av denna typ tidigast i slutet av XXII-talet, 150 år från nu. Jag tycker att denna bedömning är alltför optimistisk.

[…]

Hur attraktiva alla dessa framtidens teknologier än kan verka, är ordet "framtid" nyckeln här. Med 2000-talets teknologi kan vi inte nå andra stjärnsystem på mindre än tusentals år. Vårt enda spöklika hopp om en interstellär flygning är ett maskhål, som i Interstellar, eller någon annan extrem form av rum-tidskrökning.