Adakah perjalanan antara bintang nyata?

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Pengarang artikel itu menceritakan secara terperinci tentang empat teknologi yang menjanjikan yang memberi orang peluang untuk mencapai mana-mana tempat di Alam Semesta semasa satu kehidupan manusia. Sebagai perbandingan: menggunakan teknologi moden, laluan ke sistem bintang lain akan mengambil masa kira-kira 100 ribu tahun.

Sejak manusia pertama kali melihat ke langit malam, kita telah bermimpi untuk melawat dunia lain dan melihat Alam Semesta. Dan walaupun roket bahan api kimia kita telah mencapai banyak planet, bulan dan badan lain dalam sistem suria, kapal angkasa yang paling jauh dari Bumi, Voyager 1, meliputi hanya 22.3 bilion kilometer. Ini hanya 0.056% daripada jarak ke sistem bintang terdekat yang diketahui. Menggunakan teknologi moden, laluan ke sistem bintang lain akan mengambil masa kira-kira 100 ribu tahun.

Namun, tidak perlu bertindak seperti yang selalu kita lakukan. Kecekapan menghantar kenderaan dengan jisim muatan yang besar, walaupun dengan manusia di atas kapal, pada jarak yang belum pernah terjadi sebelumnya di alam semesta boleh dipertingkatkan dengan banyaknya jika teknologi yang betul digunakan. Lebih khusus lagi, terdapat empat teknologi yang menjanjikan yang boleh membawa kita ke bintang dalam masa yang lebih singkat. Di sini mereka.

satu). Teknologi nuklear. Setakat ini dalam sejarah manusia, semua kapal angkasa yang dilancarkan ke angkasa mempunyai satu persamaan: enjin bahan api kimia. Ya, bahan api roket ialah campuran khas bahan kimia yang direka untuk memberikan tujahan maksimum. Ungkapan "bahan kimia" penting di sini. Tindak balas yang memberi tenaga kepada enjin adalah berdasarkan pengagihan semula ikatan antara atom.

Ini pada asasnya mengehadkan tindakan kita! Sebahagian besar jisim atom jatuh pada nukleusnya - 99, 95%. Apabila tindak balas kimia bermula, elektron yang beredar mengelilingi atom diagihkan semula dan biasanya dilepaskan sebagai tenaga kira-kira 0, 0001% daripada jumlah jisim atom yang mengambil bahagian dalam tindak balas, menurut persamaan terkenal Einstein: E = mc2. Ini bermakna bagi setiap kilogram bahan api yang dimuatkan ke dalam roket, semasa tindak balas, anda menerima tenaga bersamaan dengan kira-kira 1 miligram.

Walau bagaimanapun, jika roket bahan api nuklear digunakan, keadaan akan berbeza secara drastik. Daripada bergantung pada perubahan dalam konfigurasi elektron dan cara atom terikat antara satu sama lain, anda boleh melepaskan sejumlah besar tenaga dengan mempengaruhi cara nukleus atom disambungkan antara satu sama lain. Apabila anda membelah atom uranium dengan membedilnya dengan neutron, ia mengeluarkan lebih banyak tenaga daripada sebarang tindak balas kimia. 1 kilogram uranium-235 boleh membebaskan sejumlah tenaga bersamaan dengan 911 miligram jisim, yang hampir seribu kali lebih cekap daripada bahan api kimia.

Kita boleh menjadikan enjin lebih cekap jika kita menguasai gabungan nuklear. Sebagai contoh, sistem pelakuran termonuklear terkawal inersia, dengan bantuan yang memungkinkan untuk mensintesis hidrogen menjadi helium, tindak balas rantai sedemikian berlaku pada Matahari. Sintesis 1 kilogram bahan api hidrogen kepada helium akan menukarkan 7.5 kilogram jisim kepada tenaga tulen, yang hampir 10 ribu kali lebih cekap daripada bahan api kimia.

Ideanya adalah untuk mendapatkan pecutan yang sama untuk roket untuk tempoh masa yang lebih lama: beratus atau bahkan beribu kali lebih lama daripada sekarang, yang akan membolehkan mereka membangunkan ratusan atau beribu kali lebih pantas daripada roket konvensional sekarang. Kaedah sedemikian akan mengurangkan masa penerbangan antara bintang kepada ratusan atau bahkan puluhan tahun. Ini adalah teknologi yang menjanjikan yang akan dapat kita gunakan menjelang 2100, bergantung pada kadar dan hala tuju pembangunan sains.

2). Pancaran laser kosmik. Idea ini adalah di tengah-tengah projek Breakthrough Starshot, yang menjadi terkenal beberapa tahun lalu. Selama bertahun-tahun, konsep itu tidak kehilangan daya tarikannya. Walaupun roket konvensional membawa bahan api dan membelanjakannya untuk pecutan, idea utama teknologi ini adalah pancaran laser berkuasa yang akan memberikan kapal angkasa dorongan yang diperlukan. Dengan kata lain, sumber pecutan akan dipisahkan daripada kapal itu sendiri.

Konsep ini menarik dan revolusioner dalam banyak cara. Teknologi laser berkembang dengan jayanya dan menjadi bukan sahaja lebih berkuasa, tetapi juga sangat tergabung. Jadi, jika kita mencipta bahan seperti layar yang mencerminkan peratusan cahaya laser yang cukup tinggi, kita boleh menggunakan pukulan laser untuk membuat kapal angkasa mengembangkan kelajuan yang sangat besar. "kapal bintang" seberat ~ 1 gram dijangka mencapai kelajuan ~ 20% daripada kelajuan cahaya, yang akan membolehkan ia terbang ke bintang terdekat, Proxima Centauri, dalam masa 22 tahun sahaja.

Sudah tentu, untuk ini kita perlu mencipta pancaran laser yang besar (kira-kira 100 km2), dan ini perlu dilakukan di angkasa, walaupun ini lebih merupakan masalah kos daripada teknologi atau sains. Namun begitu, terdapat beberapa cabaran yang perlu dilalui agar dapat melaksanakan projek tersebut. Antaranya:

• layar yang tidak disokong akan berputar, beberapa jenis (belum dibangunkan) mekanisme penstabilan diperlukan;
• ketidakupayaan untuk brek apabila titik destinasi dicapai, kerana tiada bahan api di atas kapal;
• walaupun ternyata untuk mengukur peranti untuk mengangkut orang, seseorang tidak akan dapat bertahan dengan pecutan yang besar - perbezaan ketara dalam kelajuan dalam tempoh yang singkat.

Mungkin suatu hari nanti teknologi akan dapat membawa kita ke bintang, tetapi masih tiada kaedah yang berjaya untuk seseorang mencapai kelajuan yang sama dengan ~ 20% daripada kelajuan cahaya.

3). Bahan api antimateri. Jika kita masih mahu membawa bahan api bersama kita, kita boleh menjadikannya sebaik mungkin: ia akan berdasarkan pemusnahan zarah dan antizarah. Tidak seperti bahan api kimia atau nuklear, di mana hanya sebahagian kecil daripada jisim di atas kapal ditukar kepada tenaga, penghapusan zarah-antizarah menggunakan 100% jisim kedua-dua zarah dan antizarah. Keupayaan untuk menukar semua bahan api kepada tenaga nadi adalah tahap kecekapan bahan api tertinggi.

Kesukaran timbul dalam aplikasi kaedah ini dalam amalan dalam tiga arah utama. Secara khusus:

• penciptaan antimateri neutral yang stabil;
• keupayaan untuk mengasingkannya daripada bahan biasa dan mengawalnya dengan tepat;
• menghasilkan antijirim dalam kuantiti yang cukup besar untuk penerbangan antara bintang.

Nasib baik, dua isu pertama sudah diusahakan.

Di Pertubuhan Penyelidikan Nuklear Eropah (CERN), di mana Large Hadron Collider terletak, terdapat sebuah kompleks besar yang dikenali sebagai "kilang antimatter". Di sana, enam pasukan saintis bebas sedang menyiasat sifat antijirim. Mereka mengambil antiproton dan memperlahankannya, memaksa positron untuk mengikatnya. Beginilah cara antiatom atau antimateri neutral dicipta.

Mereka mengasingkan antiatom ini dalam bekas dengan pelbagai medan elektrik dan magnet yang menahannya, jauh dari dinding bekas yang diperbuat daripada bahan. Sekarang, pertengahan 2020, mereka telah berjaya mengasingkan dan menstabilkan beberapa antiatom selama satu jam pada satu masa. Dalam beberapa tahun akan datang, saintis akan dapat mengawal pergerakan antijirim dalam medan graviti.

Teknologi ini tidak akan tersedia kepada kami dalam masa terdekat, tetapi mungkin ternyata cara terpantas kami untuk perjalanan antara bintang ialah roket antijirim.

4). Kapal bintang pada jirim gelap. Pilihan ini pastinya bergantung pada andaian bahawa mana-mana zarah yang bertanggungjawab untuk jirim gelap berkelakuan seperti boson dan merupakan antizarahnya sendiri. Secara teorinya, jirim gelap, yang merupakan antizarahnya sendiri, mempunyai peluang kecil, tetapi bukan sifar, untuk memusnahkan mana-mana zarah jirim gelap lain yang berlanggar dengannya. Kita berpotensi menggunakan tenaga yang dikeluarkan akibat perlanggaran itu.

Terdapat bukti yang mungkin untuk ini. Hasil daripada pemerhatian, telah ditetapkan bahawa Bima Sakti dan galaksi lain mempunyai lebihan sinaran gamma yang tidak dapat diterangkan yang datang dari pusatnya, di mana kepekatan tenaga gelap sepatutnya paling tinggi. Selalu ada kemungkinan bahawa terdapat penjelasan astrofizik mudah untuk ini, sebagai contoh, pulsar. Walau bagaimanapun, ada kemungkinan bahawa jirim gelap ini masih memusnahkan dirinya sendiri di tengah-tengah galaksi dan dengan itu memberi kita idea yang luar biasa - kapal bintang pada jirim gelap.

Kelebihan kaedah ini ialah jirim gelap wujud secara literal di mana-mana dalam galaksi. Ini bermakna kita tidak perlu membawa minyak semasa perjalanan. Sebaliknya, reaktor tenaga gelap hanya boleh melakukan perkara berikut:

• ambil apa-apa jirim gelap yang berdekatan;
• mempercepatkan penghapusannya atau biarkan ia musnah secara semula jadi;
• mengalihkan tenaga yang diterima untuk mendapatkan momentum ke mana-mana arah yang dikehendaki.

Manusia boleh mengawal saiz dan kuasa reaktor untuk mencapai hasil yang diinginkan.

Tanpa perlu membawa bahan api ke atas kapal, banyak masalah perjalanan angkasa yang didorong oleh pendorongan akan hilang. Sebaliknya, kita akan dapat mencapai impian yang diingini dalam mana-mana perjalanan - pecutan berterusan tanpa had. Ini akan memberikan kita keupayaan yang paling tidak dapat difikirkan - keupayaan untuk mencapai mana-mana tempat di Alam Semesta semasa kehidupan manusia.

Jika kita menghadkan diri kita kepada teknologi roket sedia ada, maka kita memerlukan sekurang-kurangnya puluhan ribu tahun untuk mengembara dari Bumi ke sistem bintang terdekat. Walau bagaimanapun, kemajuan ketara dalam teknologi enjin semakin hampir, dan akan mengurangkan masa perjalanan kepada satu nyawa manusia. Jika kita dapat menguasai penggunaan bahan api nuklear, pancaran laser kosmik, antijirim atau bahkan jirim gelap, kita akan memenuhi impian kita sendiri dan menjadi tamadun angkasa tanpa menggunakan teknologi yang mengganggu seperti pemacu meledingkan.

Terdapat banyak cara yang berpotensi untuk menukar idea berasaskan sains kepada teknologi enjin generasi akan datang dunia sebenar yang boleh dilaksanakan. Ada kemungkinan bahawa pada akhir abad ini kapal angkasa, yang masih belum dicipta, akan menggantikan New Horizons, Pioneer dan Voyager sebagai objek buatan manusia yang paling jauh dari Bumi. Sains sudah sedia. Tinggal untuk kita melihat di luar teknologi semasa kita dan menjadikan impian ini menjadi kenyataan.