Antara bintang. Sains di sebalik tabir "- buku untuk mereka yang tidak berpuas hati dengan filem itu

2024 Pengarang: Malcolm Clapton | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 04:06

Lifehacker menerbitkan petikan daripada buku oleh Kip Thorne, seorang ahli fizik teori Amerika, pengarang idea untuk filem Interstellar. Banyak teori dan idea fizikal moden terjalin ke dalam plot gambar, penjelasan yang sebahagian besarnya ternyata berada di belakang tabir. Oleh itu, kami pasti buku itu akan menarik minat peminat filem dan mereka yang berminat dalam fizik.

Penerbangan antara bintang

Pada pertemuan pertama, Profesor Brand memberitahu Cooper tentang ekspedisi Lazarus untuk mencari rumah baru untuk manusia. Cooper menjawab: "Tiada planet yang boleh dihuni dalam sistem suria, dan bintang terdekat adalah seribu tahun jauhnya. Ini, secara sederhana, tidak berguna. Jadi ke mana anda menghantar mereka, profesor?" Mengapa ini sia-sia (jika tiada lubang cacing di tangan), adalah jelas jika anda memikirkan betapa jauhnya jarak ke bintang terdekat.

Jarak ke Bintang Terdekat

Bintang yang paling dekat (tidak mengira Matahari) dalam sistem yang mana planet yang sesuai untuk kehidupan boleh ditemui ialah Tau Ceti. Ia adalah 11.9 tahun cahaya dari Bumi; iaitu, perjalanan pada kelajuan cahaya, ia akan menjadi mungkin untuk mencapainya dalam 11, 9 tahun. Secara teorinya, mungkin terdapat planet yang sesuai untuk kehidupan, yang lebih dekat dengan kita, tetapi tidak banyak.

Untuk menilai sejauh mana Tau Ceti dari kita, mari kita gunakan analogi pada skala yang lebih kecil. Bayangkan bahawa ini adalah jarak dari New York ke Perth di Australia - kira-kira separuh daripada lilitan bumi. Bintang terdekat dengan kita (sekali lagi, tidak mengira Matahari) ialah Proxima Centauri, 4, 24 tahun cahaya dari Bumi, tetapi tidak ada bukti bahawa terdapat planet yang boleh dihuni di sebelahnya. Jika jarak ke Tau Ceti ialah New York - Perth, maka jarak ke Proxima Centauri ialah New York - Berlin. Lebih dekat sedikit daripada Tau Ceti! Daripada semua kapal angkasa tanpa pemandu yang dilancarkan oleh manusia ke angkasa antara bintang, Voyager 1, yang kini 18 jam cahaya dari Bumi, mencapai yang paling jauh. Perjalanannya selama 37 tahun. Jika jarak ke Tau Ceti ialah jarak dari New York ke Perth, maka jarak dari Bumi ke Voyager 1 hanya tiga kilometer: seperti dari Bangunan Empire State ke pinggir selatan Greenwich Village. Ini jauh lebih rendah daripada dari New York ke Perth.

Ia lebih dekat dengan Saturnus dari Bumi - 200 meter, dua blok dari Bangunan Empire State ke Park Avenue. Dari Bumi ke Marikh - 20 meter, dan dari Bumi ke Bulan (jarak terbesar yang telah dilalui manusia sejauh ini) - hanya tujuh sentimeter! Bandingkan tujuh sentimeter dengan perjalanan separuh pusingan dunia! Sekarang adakah anda faham apakah lonjakan yang mesti berlaku dalam teknologi supaya manusia boleh menakluk planet di luar sistem suria?

Kelajuan penerbangan pada abad XXI

Voyager 1 (dipercepatkan dengan anduh graviti mengelilingi Musytari dan Zuhal) sedang bergerak menjauhi sistem suria pada kelajuan 17 kilometer sesaat. Di Interstellar, kapal angkasa Endurance bergerak dari Bumi ke Zuhal dalam masa dua tahun, pada kelajuan purata kira-kira 20 kilometer sesaat. Kelajuan tertinggi yang boleh dicapai pada abad ke-21 apabila menggunakan enjin roket dalam kombinasi dengan katapel graviti, pada pendapat saya, adalah kira-kira 300 kilometer sesaat. Jika kita pergi ke Proxima Centauri pada 300 kilometer sesaat, penerbangan akan mengambil masa 5,000 tahun, dan penerbangan ke Tau Ceti akan mengambil masa 13,000 tahun. Sesuatu yang terlalu lama. Untuk mencapai jarak yang lebih pantas dengan teknologi abad XXI, anda memerlukan sesuatu seperti lubang cacing.

Teknologi masa depan yang jauh

Para saintis dan jurutera yang cerdik telah berusaha keras untuk membangunkan prinsip teknologi masa depan yang akan menjadikan penerbangan hampir cahaya menjadi kenyataan. Anda akan mendapat maklumat yang mencukupi tentang projek sedemikian di Internet. Tetapi saya takut ia akan mengambil masa lebih daripada seratus tahun sebelum orang dapat menghidupkannya. Walau bagaimanapun, pada pendapat saya, mereka meyakinkan bahawa untuk tamadun yang sangat maju, perjalanan dengan kelajuan sepersepuluh daripada kelajuan cahaya dan lebih tinggi adalah mungkin.

Berikut ialah tiga pilihan perjalanan dekat cahaya yang saya dapati amat menarik *.

Percantuman termonuklear

Fusion adalah yang paling popular daripada tiga pilihan ini. Kerja-kerja penyelidikan dan pembangunan mengenai penciptaan loji kuasa berdasarkan pelakuran termonuklear terkawal bermula pada tahun 1950, dan projek-projek ini tidak akan dinobatkan dengan kejayaan penuh sehingga tahun 2050. Satu abad penyelidikan dan pembangunan!

Itu mengatakan sesuatu tentang skala kerumitan. Biarkan loji kuasa termonuklear muncul di Bumi menjelang 2050, tetapi apakah yang boleh dikatakan tentang penerbangan angkasa pada tujahan termonuklear? Enjin reka bentuk yang paling berjaya akan dapat memberikan kelajuan kira-kira 100 kilometer sesaat, dan menjelang akhir abad ini, mungkin sehingga 300 kilometer sesaat. Walau bagaimanapun, untuk kelajuan hampir cahaya, prinsip yang benar-benar baru untuk menggunakan tindak balas termonuklear akan diperlukan. Kemungkinan pelakuran termonuklear boleh dinilai menggunakan pengiraan mudah. Apabila dua atom deuterium (hidrogen berat) bercantum untuk membentuk atom helium, kira-kira 0.0064 jisimnya (kira-kira membundarkan satu peratus) ditukar kepada tenaga. Jika anda menukarnya kepada tenaga kinetik (tenaga gerakan) atom helium, maka atom itu akan memperoleh kelajuan sepersepuluh daripada kelajuan cahaya **.

Oleh itu, jika kita boleh menukar semua tenaga yang diperoleh daripada gabungan bahan api nuklear (deuterium) ke dalam gerakan arah kapal angkasa, maka kita akan mencapai kelajuan kira-kira c / 10, dan jika kita bijak, lebih tinggi sedikit. Pada tahun 1968 Freeman Dyson, seorang ahli fizik yang luar biasa, menerangkan dan menyiasat kapal angkasa berkuasa gabungan primitif yang mampu - di tangan tamadun yang cukup maju - untuk memberikan kelajuan urutan magnitud ini. Bom termonuklear (bom "hidrogen") meletup serta-merta di belakang penyerap kejutan hemisfera, diameternya ialah 20 kilometer. Letupan mendorong kapal ke hadapan, mempercepatkannya, menurut anggaran paling berani Dyson, kepada satu per tiga puluh kelajuan cahaya. Reka bentuk yang lebih maju mungkin mampu lebih. Pada tahun 1968, Dyson membuat kesimpulan bahawa mungkin untuk menggunakan enjin jenis ini tidak lebih awal daripada pada akhir abad XXII, 150 tahun dari sekarang. Saya rasa penilaian ini terlalu optimistik.

[…]

Walaupun kelihatan menarik seperti semua teknologi masa depan ini, perkataan "masa depan" adalah kunci di sini. Dengan teknologi abad ke-21, kami tidak dapat mencapai sistem bintang lain dalam masa kurang daripada beribu-ribu tahun. Satu-satunya harapan hantu kami untuk penerbangan antara bintang ialah lubang cacing, seperti di Interstellar, atau beberapa bentuk kelengkungan ruang-masa yang melampau.