"Междузвездна. Науката зад кулисите - книга за тези, които имат малко филм

<

Pc-Articles публикува откъс от книгата на Kip Thorn, американски физик-теоретик и автор на 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 уверени, че книгата ще се хареса на феновете на филма, както и на тези, които се интересуват от физиката.

Междузвезден полет

На първата среща професор Бранд разказва на Купър за експедициите на програмата "Лазар", предназначена да намери нов дом за човечеството. Купър отговаря: „В Слънчевата система няма обитаеми планети и хиляда години от най-близката звезда. Това, меко казано, е безсмислено. И така, откъде ги изпратихте, професоре? ”Защо е безсмислено (ако не разполагате с червеева дупка под ръка), е ясно, ако мислите за това колко далеч са най-близките звезди.

Разстояния до най-близките звезди

Най-близката (не считаща Слънцето) звезда, в чиято система може да бъде намерена подходяща за живот планета, е Тау Цети. Тя е 11, 9 светлинни години от Земята; това е, пътувайки със скоростта на светлината, тя може да бъде достигната за 11.9 години. Теоретично, може да има обитаеми планети, които са по-близо до нас, но не много.

За да преценим колко далеч е от нас Тау Цети, нека прибегнем до аналогия в много по-малък мащаб. Представете си, че това разстояние от Ню Йорк до град Пърт в Австралия е около половината от обиколката на Земята. Най-близката до нас звезда (отново, без да броим Слънцето) е Проксима Центавър, 4, 24 светлинни години от Земята, но няма доказателства, че до нея могат да има обитаеми планети. Ако разстоянието до Тау Цети е разстоянието до Ню Йорк-Пърт, то разстоянието до Проксима Кентавър е Ню Йорк-Берлин. Малко по-близо от Тау Кита! От всички безпилотни летателни апарати, изстреляни от хора в междузвездното пространство, Вояджър-1, който сега е 18 светлинни часа от Земята, е най-отдалечен от всички. Пътуването му продължи 37 години. Ако разстоянието до Тау Цети е разстоянието от Ню Йорк - Пърт, то то е само на три километра от Земята до Вояджър-1: от Емпайър Стейт Билдинг до южния край на Гринуич Вилидж. Това е много по-малко, отколкото от Ню Йорк до Пърт.

От Земята до Сатурн е още по-близо - 200 метра, на две пресечки от Емпайър Стейт Билдинг до Парк Авеню. От Земята до Марс - 20 метра, и от Земята до Луната (най-голямото разстояние, което хората са пътували досега) - само седем сантиметра! Сравнете седем сантиметра с половината от пътуването по света! Сега разбирате какъв скок трябва да се случи в технологията, за да може човечеството да завладее планетите извън Слънчевата система?

Скорост на полета през 21-ви век

Вояджър 1 (ускоряващ с гравитационни сапани около Юпитер и Сатурн) се отдалечава от Слънчевата система със скорост от 17 километра в секунда. В междузвездния кораб „Издръжливост“ пътува от Земята до Сатурн в продължение на две години, със средна скорост от около 20 километра в секунда. Най-високата скорост, постижима през XXI век при използване на ракетни двигатели в комбинация с гравитационни сапани, ще бъде, по мое мнение, около 300 километра в секунда. Ако отидем в Centauri Proxy със скорост от 300 километра в секунда, полетът ще отнеме 5000 години, а полетът до Tau Ceti ще отнеме 13 000 години. Нещо дълго. За да достигнете възможно най-бързо технологията на 21-ви век, се нуждаете от нещо като червей.

Технологии от далечното бъдеще

Кованите учени и инженери полагат много усилия, развивайки принципите на бъдещите технологии, които биха направили летенето в почти светлинна скорост реалност. В интернет ще намерите достатъчно информация за такива проекти. Но, боя се, ще отнеме повече от сто години, преди хората да успеят да ги съживят. Но те, по мое мнение, ни убеждават, че за свръхразвитите цивилизации пътуването със скорост една десета от скоростта на светлината и нагоре е напълно възможно.

Ето три възможности за пътуване със светлина, които ми се струват особено интересни *.

* Невъзможно е да се игнорират двигателите, при които като гориво се използват елементарни частици със скорости, близки до скоростта на светлината. Много такива частици (например гама-кванти или пи-мезони) се формират в процесите на анигилация на частица-античастица (например, електрон-позитрон). Използването на такива технологии, според някои учени, ще позволи да се постигнат скорости от порядъка на с. За съжаление, производството на антиматерия за процесите на унищожение е твърде трудоемка и технически трудна. Прибл. научен. Ед.

Термоядрен синтез

Термоядрен синтез е най-популярният от тези три варианта. Изследователската работа по създаването на електроцентрали на базата на контролиран термоядрен синтез започна през 1950 г. и тези проекти няма да бъдат напълно успешни до 2050 година. Цели век от изследователската работа!

Това казва нещо за мащаба на трудностите. Да предположим, че до 2050 г. термоядрените електроцентрали ще се появят на Земята, но какво може да се каже за космическите полети при термоядрен синтез? Двигателите на най-успешните структури ще могат да осигурят скорости от около 100 километра в секунда, а до края на този век се изчислява, че до 300 километра в секунда. Въпреки това, за скорости с почти светлина ще е необходим изцяло нов принцип на използване на термоядрени реакции. Възможностите за термоядрен синтез могат да бъдат оценени чрез прости изчисления. Когато два атома на деутерий (тежък водород) се сливат, за да образуват хелиев атом, приблизително 0.0064 от тяхната маса (с груб закръглен един процент) се превръща в енергия. Ако я преобразуваме в кинетична енергия (енергията на движение) на хелиевия атом, тогава атомът придобива скорост от една десета от скоростта на светлината **.

** Формула за кинетична енергия: Mv² / 2, където M е масата на хелиевия атом, а v е неговата скорост. Формулата за отделената енергия е 0.0064 Mc², където c е скоростта на светлината. (Тук използвам известния принцип на Айнщайн, който гласи, че ако масата се преобразува в енергия, количеството енергия ще бъде равно на масата, умножена по квадрата на скоростта на светлината.) Приравнявайки едно към друго, получаваме: v² = 2 × 0.0064c², което означава: че v е приблизително равен на c / 10. Прибл. автора.

Така че, ако можем да преобразуваме цялата енергия, получена от синтеза на ядрено гориво (деутерий) в посока на движение на космически кораб, ще достигнем скорост около c / 10, а ако сме умни, ще постигнем малко повече. През 1968 г. Фрийман Дайсън, забележителен физик, описал и проучил примитивния дизайн на управляван от ядрен синтез космически кораб, способен, в ръцете на достатъчно развита цивилизация, да осигури скоростта на такава поръчка. Термоядрените бомби ("водородни" бомби) експлодират непосредствено зад полусферичен амортисьор, чийто диаметър е 20 километра. Експлозиите тласкат кораба напред, ускорявайки го, според най-дръзките оценки на Дайсън, до една тридесета скорост на светлината. По-усъвършенстван дизайн може да бъде способен на повече. През 1968 г. Дайсън стигна до заключението, че е възможно да се използва този тип двигател не по-рано от края на XXII век, а след 150 години. Мисля, че тази оценка е твърде оптимистична.

[...]

Без значение колко привлекателни могат да изглеждат тези технологии на бъдещето, думата „бъдеще“ е от ключово значение. С технологиите на 21-ви век, ние не можем да достигнем до други звездни системи по-бързо от хиляди години пътуване. Нашата единствена призрачна надежда за междузвезден полет е червеева дупка, както в Междузвездния, или някаква друга крайна форма на кривина на пространството-време.

електронна книга с книга от хартия

<

Популярни Публикации