Totoo ba ang paglalakbay sa interstellar?

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Ang may-akda ng artikulo ay nagsasabi nang detalyado tungkol sa apat na promising na teknolohiya na nagbibigay sa mga tao ng pagkakataong maabot ang anumang lugar sa Uniberso sa panahon ng isang buhay ng tao. Para sa paghahambing: gamit ang modernong teknolohiya, ang landas patungo sa isa pang sistema ng bituin ay aabot ng halos 100 libong taon.

Mula noong unang tumingin ang tao sa kalangitan sa gabi, pinangarap na nating bisitahin ang ibang mga mundo at makita ang Uniberso. At bagama't ang ating mga rocket na pinagagana ng kemikal ay nakarating na sa maraming planeta, buwan at iba pang mga katawan sa solar system, ang spacecraft na pinakamalayo sa Earth, ang Voyager 1, ay sumasaklaw lamang ng 22.3 bilyong kilometro. Ito ay 0.056% lamang ng distansya sa pinakamalapit na kilalang star system. Gamit ang makabagong teknolohiya, ang landas patungo sa isa pang sistema ng bituin ay aabot ng humigit-kumulang 100 libong taon.

Gayunpaman, hindi na kailangang kumilos tulad ng dati nating ginagawa. Ang kahusayan ng pagpapadala ng mga sasakyan na may malaking payload mass, kahit na may sakay na mga tao, sa mga hindi pa naganap na distansya sa uniberso ay maaaring lubos na mapabuti kung ang tamang teknolohiya ay gagamitin. Higit na partikular, mayroong apat na promising na teknolohiya na makapagbibigay sa atin ng mga bituin sa mas kaunting oras. Nandito na sila.

isa). Teknolohiyang nuklear. Sa ngayon sa kasaysayan ng tao, lahat ng spacecraft na inilunsad sa kalawakan ay may isang bagay na karaniwan: isang chemical-fueled engine. Oo, ang rocket fuel ay isang espesyal na timpla ng mga kemikal na idinisenyo upang magbigay ng maximum thrust. Ang pariralang "mga kemikal" ay mahalaga dito. Ang mga reaksyon na nagbibigay ng enerhiya sa makina ay batay sa muling pamamahagi ng mga bono sa pagitan ng mga atomo.

Sa panimula nito nililimitahan ang ating mga aksyon! Ang napakalaking mayorya ng masa ng isang atom ay nahuhulog sa nucleus nito - 99, 95%. Kapag nagsimula ang isang kemikal na reaksyon, ang mga electron na umiikot sa paligid ng mga atomo ay muling ipinamamahagi at kadalasang naglalabas bilang enerhiya tungkol sa 0, 0001% ng kabuuang masa ng mga atomo na kalahok 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, makakatanggap ka ng enerhiya na katumbas ng humigit-kumulang 1 milligram.

Gayunpaman, kung ang mga nuclear-fueled na rocket ay gagamitin, ang sitwasyon ay lubhang mag-iiba. Sa halip na umasa sa mga pagbabago sa pagsasaayos ng mga electron at kung paano nagbubuklod ang mga atomo sa isa't isa, maaari kang maglabas ng medyo malaking halaga ng enerhiya sa pamamagitan ng pag-impluwensya kung paano konektado ang nuclei ng mga atomo sa isa't isa. Kapag nag-fission ka ng uranium atom sa pamamagitan ng pagbomba nito ng mga neutron, naglalabas ito ng mas maraming enerhiya kaysa sa anumang kemikal na reaksyon. Ang 1 kilo ng uranium-235 ay maaaring maglabas ng isang halaga ng enerhiya na katumbas ng 911 milligrams ng masa, na halos isang libong beses na mas mahusay kaysa sa kemikal na gasolina.

Magagawa nating mas mahusay ang mga makina kung pinagkadalubhasaan natin ang nuclear fusion. Halimbawa, ang isang sistema ng inertial na kinokontrol na thermonuclear fusion, sa tulong kung saan posible na i-synthesize ang hydrogen sa helium, ang gayong chain reaction ay nangyayari sa Araw. Ang synthesis ng 1 kilo ng hydrogen fuel sa helium ay magko-convert ng 7.5 kilo ng masa sa purong enerhiya, na halos 10 libong beses na mas mahusay kaysa sa kemikal na gasolina.

Ang ideya ay upang makakuha ng parehong acceleration para sa isang rocket para sa isang mas mahabang panahon: daan-daan o kahit libu-libong beses na mas mahaba kaysa sa ngayon, na magbibigay-daan sa kanila na bumuo ng daan-daan o libu-libong beses na mas mabilis kaysa sa conventional rockets ngayon. Ang ganitong paraan ay magbabawas sa oras ng paglipad ng interstellar sa daan-daan o kahit sampu-sampung taon. Ito ay isang maaasahang teknolohiya na magagamit natin sa 2100, depende sa bilis at direksyon ng pag-unlad ng agham.

2). Isang sinag ng mga cosmic laser. Ang ideyang ito ay nasa puso ng proyekto ng Breakthrough Starshot, na naging tanyag ilang taon na ang nakararaan. 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 at ginugugol ito sa pagpapabilis, ang pangunahing ideya ng teknolohiyang ito ay isang sinag ng makapangyarihang mga laser na magbibigay sa spacecraft ng kinakailangang impulse. Sa madaling salita, ang pinagmulan ng acceleration ay ihihiwalay mula sa barko mismo.

Ang konseptong ito ay parehong kapana-panabik at rebolusyonaryo sa maraming paraan. Matagumpay na umuunlad ang mga teknolohiya ng laser at nagiging hindi lamang mas malakas, ngunit lubos ding pinagsasama. Kaya, kung gagawa tayo ng materyal na tulad ng layag na sumasalamin sa sapat na mataas na porsyento ng liwanag ng laser, maaari tayong gumamit ng laser shot upang gawing napakabilis ng spaceship. Ang "starship" na tumitimbang ng ~ 1 gramo ay inaasahang aabot sa bilis na ~ 20% ng bilis ng liwanag, na magbibigay-daan dito na lumipad sa pinakamalapit na bituin, ang Proxima Centauri, sa loob lamang ng 22 taon.

Siyempre, para dito kailangan nating lumikha ng isang malaking sinag ng mga laser (mga 100 km2), at ito ay kailangang gawin sa espasyo, kahit na ito ay higit pa sa isang problema sa gastos kaysa sa teknolohiya o agham. Gayunpaman, may ilang mga hamon na kailangang malampasan upang maisakatuparan ang naturang proyekto. Sa kanila:

• ang isang hindi suportadong layag ay iikot, ang ilang uri ng (hindi pa binuo) na mekanismo ng pag-stabilize ay kinakailangan;
• ang kawalan ng kakayahang magpreno kapag naabot na ang patutunguhan, dahil walang gasolina sa board;
• kahit na lumalabas na sukatin ang aparato para sa transportasyon ng mga tao, ang isang tao ay hindi makakaligtas sa isang malaking acceleration - isang makabuluhang pagkakaiba sa bilis sa isang maikling panahon.

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

3). Antimatter na gasolina. Kung gusto pa rin nating magdala ng gasolina, magagawa natin ito sa pinakamabisang posible: ibabatay ito sa paglipol ng mga particle at antiparticle. Hindi tulad ng kemikal o nuclear fuel, kung saan isang fraction lang ng masa sa board ang na-convert sa enerhiya, ang particle-antiparticle annihilation ay gumagamit ng 100% ng mass ng parehong 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 paghihirap ay lumitaw sa aplikasyon ng pamamaraang ito sa pagsasanay sa tatlong pangunahing direksyon. Partikular:

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

Sa kabutihang palad, ang unang dalawang isyu ay ginagawa na.

Sa European Organization for Nuclear Research (CERN), kung saan matatagpuan ang Large Hadron Collider, mayroong isang malaking complex na kilala bilang "pabrika ng antimatter". Doon, anim na independiyenteng pangkat ng mga siyentipiko ang nag-iimbestiga sa mga katangian ng antimatter. Kumuha sila ng mga antiproton at pinabagal ang mga ito, na pinipilit ang positron na magbigkis sa kanila. Ito ay kung paano nilikha ang mga antiatom o neutral na antimatter.

Ibinubukod nila ang mga antiatom na ito sa isang lalagyan na may iba't ibang 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 na nilang nahiwalay at na-stable ang ilang antiatom sa loob ng isang oras sa isang pagkakataon. Sa susunod na ilang taon, makokontrol ng mga siyentipiko ang paggalaw ng antimatter sa loob ng gravitational field.

Hindi magiging available sa amin ang teknolohiyang ito sa malapit na hinaharap, ngunit maaaring lumabas na ang aming pinakamabilis na paraan ng paglalakbay sa interstellar ay isang antimatter rocket.

4). Starship sa dark matter. Ang pagpipiliang ito ay tiyak na umaasa sa pagpapalagay na ang anumang particle na responsable para sa dark matter ay kumikilos tulad ng isang boson at ito ay sarili nitong antiparticle. Sa teorya, ang dark matter, na sarili nitong antiparticle, ay may maliit, ngunit hindi zero, na pagkakataong mapuksa kasama ng anumang particle ng dark matter na bumangga dito. Potensyal nating magagamit ang enerhiyang inilabas bilang resulta ng banggaan.

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

Ang bentahe ng pamamaraang ito ay ang madilim na bagay ay literal na umiiral sa lahat ng dako sa kalawakan. Nangangahulugan ito na hindi namin kailangang magdala ng gasolina sa aming paglalakbay. Sa halip, magagawa lamang ng dark energy reactor ang sumusunod:

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

Maaaring kontrolin ng isang tao ang laki at kapangyarihan ng reaktor upang makamit ang ninanais na mga resulta.

Kung hindi na kailangang magdala ng gasolina, mawawala ang marami sa mga problema ng paglalakbay sa kalawakan na hinimok ng propulsion. Sa halip, makakamit natin ang itinatangi na pangarap ng anumang paglalakbay - walang limitasyong patuloy na pagbilis. Ito ay magbibigay sa atin ng pinaka hindi maisip na kakayahan - ang kakayahang maabot ang anumang lugar sa Uniberso sa panahon ng isang buhay ng tao.

Kung nililimitahan natin ang ating sarili sa mga kasalukuyang teknolohiya ng rocket, kakailanganin natin ng hindi bababa sa sampu-sampung libong taon upang maglakbay mula sa Earth patungo sa pinakamalapit na sistema ng bituin. Gayunpaman, ang mga makabuluhang pag-unlad sa teknolohiya ng makina ay malapit na, at mababawasan ang mga oras ng paglalakbay sa isang buhay ng tao. Kung kaya nating makabisado ang paggamit ng nuclear fuel, cosmic laser beams, antimatter o kahit dark matter, matutupad natin ang sarili nating pangarap at maging isang sibilisasyon sa kalawakan nang hindi gumagamit ng mga nakakagambalang teknolohiya tulad ng warp drives.

Maraming potensyal na paraan upang gawing posible ang mga ideyang nakabatay sa agham sa totoong mundo na susunod na henerasyong mga teknolohiya ng makina. Posible na sa pagtatapos ng siglo ang sasakyang pangkalawakan, na hindi pa naimbento, ay hahalili sa New Horizons, Pioneer at Voyager bilang ang pinakamalayo na mga bagay na ginawa ng tao mula sa Earth. Nakahanda na ang agham. Ito ay nananatiling para sa amin upang tumingin sa kabila ng aming kasalukuyang teknolohiya at gawin itong pangarap na matupad.