Междузвезден. Науката зад кулисите "- книга за тези, които не са доволни от филма

2024 Автор: Malcolm Clapton | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 03:48

Lifehacker публикува откъс от книга на Кип Торн, американски физик-теоретик, автор на идеята за филма Interstellar. В сюжета на картината са вплетени много съвременни физически теории и идеи, чието обяснение в по-голямата си част се оказа зад кулисите. Затова сме сигурни, че книгата ще се хареса както на филмовите фенове, така и на тези, които се интересуват от физика.

Междузвезден полет

На първата среща професор Бранд разказва на Купър за експедициите на Лазар за намиране на нов дом за човечеството. Купър отговаря: „В Слънчевата система няма обитаеми планети, а най-близката звезда е на хиляда години. Това е меко казано безсмислено. И така, къде ги изпратихте, професоре? Защо това е безсмислено (ако под ръка няма дупка за червей), става ясно, ако се замислите колко големи са разстоянията до най-близките звезди.

Разстояния до най-близките звезди

Най-близката (без да броим Слънцето) звезда, в чиято система може да се намери планета, подходяща за живот, е Тау Кити. Отстои на 11,9 светлинни години от Земята; тоест, пътувайки със скоростта на светлината, ще бъде възможно да го достигнете след 11, 9 години. Теоретично може да има планети, подходящи за живот, които са по-близо до нас, но не много.

За да преценим колко далеч е Tau Ceti от нас, нека използваме аналогия в много по-малък мащаб. Представете си, че това е разстоянието от Ню Йорк до Пърт в Австралия – около половината от земната обиколка. Най-близката звезда до нас (отново, без да броим Слънцето) е Проксима Кентавър, на 4, 24 светлинни години от Земята, но няма доказателства, че до нея може да има обитаеми планети. Ако разстоянието до Tau Ceti е Ню Йорк - Пърт, то разстоянието до Proxima Centauri е Ню Йорк - Берлин. Малко по-близо от Tau Ceti! От всички безпилотни космически кораби, изстреляни от хората в междузвездното пространство, Вояджър 1, който сега е на 18 светлинни часа от Земята, достигна най-далече. Пътуването му продължи 37 години. Ако разстоянието до Tau Ceti е разстоянието от Ню Йорк до Пърт, то разстоянието от Земята до Voyager 1 е само три километра: както от Емпайър Стейт Билдинг до южния край на Гринуич Вилидж. Това е много по-малко, отколкото от Ню Йорк до Пърт.

Още по-близо е до Сатурн от Земята – на 200 метра, на две пресечки от Емпайър Стейт Билдинг до Парк Авеню. От Земята до Марс - 20 метра, а от Земята до Луната (най-голямото разстояние, което хората са изминали досега) - само седем сантиметра! Сравнете седем сантиметра с половин околосветско пътуване! Сега разбирате ли какъв скок трябва да се случи в технологиите, за да може човечеството да завладее планети извън Слънчевата система?

Скорост на полета през XXI век

Вояджър 1 (ускорен с гравитационни прашки около Юпитер и Сатурн) се отдалечава от Слънчевата система със скорост от 17 километра в секунда. В Interstellar космическият кораб Endurance пътува от Земята до Сатурн за две години със средна скорост от около 20 километра в секунда. Най-високата скорост, постижима през 21-ви век при използване на ракетни двигатели в комбинация с гравитационни прашки, според мен ще бъде около 300 километра в секунда. Ако пътуваме до Проксима Кентавър с 300 километра в секунда, полетът ще отнеме 5 000 години, а полетът до Тау Цети ще отнеме 13 000 години. Нещо твърде дълго. За да стигнете по-бързо до такова разстояние с технологиите на XXI век, ви трябва нещо като червейна дупка.

Технологии на далечното бъдеще

Учени и инженери на Dodgy са положили много усилия, за да разработят принципите на бъдещите технологии, които биха направили полетите почти на светлината реалност. В интернет ще намерите достатъчно информация за подобни проекти. Но се страхувам, че ще отнеме повече от сто години, преди хората да могат да ги оживеят. Въпреки това според мен те убеждават, че за свръхразвитите цивилизации пътуването със скорост от една десета от скоростта на светлината и по-висока е напълно възможно.

Ето три варианта за почти светло пътуване, които намирам за особено интересни *.

Термоядрен синтез

Fusion е най-популярният от тези три варианта. Изследователската и развойна дейност по създаването на електроцентрали на базата на контролиран термоядрен синтез започва през 1950 г. и тези проекти няма да бъдат увенчани с пълен успех до 2050 г. Век на изследвания и разработки!

Това говори нещо за мащаба на сложността. Нека термоядрените електроцентрали се появят на Земята до 2050 г., но какво може да се каже за космическите полети с термоядрена тяга? Двигателите на най-успешните проекти ще могат да осигурят скорост от около 100 километра в секунда, а до края на този век вероятно до 300 километра в секунда. Въпреки това, за скорости, близки до светлината, ще е необходим напълно нов принцип за използване на термоядрени реакции. Възможностите на термоядрен синтез могат да бъдат оценени с помощта на прости изчисления. Когато два атома деутерий (тежък водород) се слеят, за да образуват хелиев атом, приблизително 0,0064 от тяхната маса (приблизително закръглявайки един процент) се превръща в енергия. Ако я преобразувате в кинетична енергия (енергия на движение) на хелиев атом, тогава атомът ще придобие скорост от една десета от скоростта на светлината**.

Следователно, ако можем да преобразуваме цялата енергия, получена от синтеза на ядрено гориво (деутерий) в насоченото движение на космическия кораб, тогава ще достигнем скорост от около c/10, а ако сме умни, дори малко по-висока. През 1968 г. Фрийман Дайсън, забележителен физик, описва и изследва примитивен космически кораб, задвижван от синтез, способен - в ръцете на достатъчно напреднала цивилизация - да осигури скорости от този порядък. Термоядрени бомби ("водородни" бомби) избухват непосредствено зад полусферичния амортисьор, чийто диаметър е 20 километра. Експлозиите тласкат кораба напред, ускорявайки го, според най-смелите оценки на Дайсън, до една тридесета от скоростта на светлината. Един по-усъвършенстван дизайн може да е способен на повече. През 1968 г. Дайсън стига до заключението, че е възможно да се използва двигател от този тип не по-рано от края на XXII век, след 150 години. Мисля, че тази оценка е прекалено оптимистична.

[…]

Колкото и привлекателни да изглеждат всички тези технологии на бъдещето, думата „бъдеще“е ключова тук. С технологията на 21-ви век не сме в състояние да достигнем до други звездни системи за по-малко от хиляди години. Единствената ни призрачна надежда за междузвезден полет е дупка на червей, като в Междузвездното, или някаква друга екстремна форма на пространствено-времево кривина.