در میان ستارگان. علم در پشت صحنه "- کتابی برای کسانی که از فیلم راضی نیستند

2024 نویسنده: Malcolm Clapton | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 03:54

لایف هکر گزیده ای از کتاب کیپ تورن، فیزیکدان نظری آمریکایی، نویسنده ایده فیلم بین ستاره ای را منتشر می کند. بسیاری از نظریه ها و ایده های فیزیکی مدرن در طرح تصویر در هم تنیده شده اند که توضیح بیشتر آنها در پشت صحنه است. بنابراین، مطمئن هستیم که این کتاب هم برای طرفداران سینما و هم برای علاقه مندان به فیزیک جذاب خواهد بود.

پرواز بین ستاره ای

در اولین جلسه، پروفسور برند در مورد سفرهای لازاروس به کوپر می گوید تا خانه جدیدی برای بشریت پیدا کند. کوپر پاسخ می دهد: «هیچ سیاره قابل سکونتی در منظومه شمسی وجود ندارد و نزدیکترین ستاره هزار سال با ما فاصله دارد. این، به بیان ملایم، بی معنی است. پس پروفسور آنها را کجا فرستادی؟ چرا این بیهوده است (اگر کرم چاله ای در دست نباشد)، واضح است اگر به این فکر کنید که فاصله تا نزدیکترین ستاره ها چقدر زیاد است.

فاصله تا نزدیکترین ستاره ها

نزدیکترین ستاره (بدون احتساب خورشید) در منظومه ای که سیاره ای مناسب برای حیات یافت می شود تاو سیتی است. 11.9 سال نوری از زمین فاصله دارد. یعنی با سرعت نور طی 11، 9 سال می توان به آن رسید. از نظر تئوری، ممکن است سیاراتی مناسب برای زندگی وجود داشته باشند که به ما نزدیکتر باشند، اما نه چندان.

برای ارزیابی فاصله تاو سیتی از ما، بیایید از یک قیاس در مقیاس بسیار کوچکتر استفاده کنیم. تصور کنید که این فاصله بین نیویورک تا پرث در استرالیا است - حدود نیمی از محیط زمین. نزدیکترین ستاره به ما (باز هم بدون احتساب خورشید) پروکسیما قنطورس است که 4، 24 سال نوری از زمین فاصله دارد، اما هیچ مدرکی مبنی بر وجود سیارات قابل سکونت در کنار آن وجود ندارد. اگر فاصله تاو سیتی نیویورک - پرت باشد، فاصله تا پروکسیما قنطورس نیویورک - برلین است. کمی نزدیکتر از Tau Ceti! از بین تمام فضاپیمای بدون سرنشینی که توسط انسان به فضای بین ستاره ای پرتاب شد، وویجر 1 که اکنون 18 ساعت نوری از زمین فاصله دارد، به دورترین نقطه رسید. سفر او 37 سال به طول انجامید. اگر فاصله تاو سیتی فاصله نیویورک تا پرث باشد، پس فاصله زمین تا وویجر 1 تنها سه کیلومتر است: از ساختمان امپایر استیت تا لبه جنوبی روستای گرینویچ. این بسیار کمتر از نیویورک تا پرث است.

حتی از زمین به زحل نزدیکتر است - 200 متر، دو بلوک از ساختمان امپایر استیت تا خیابان پارک. از زمین تا مریخ - 20 متر و از زمین تا ماه (بزرگترین مسافتی که مردم تاکنون پیموده اند) - فقط هفت سانتی متر! هفت سانتی متر را با نیم دور دنیا مقایسه کنید! حال می‌دانید چه جهشی باید در فناوری رخ دهد تا بشریت بتواند سیارات خارج از منظومه شمسی را تسخیر کند؟

سرعت پرواز در قرن بیست و یکم

وویجر 1 (با تسمه های گرانشی در اطراف مشتری و زحل شتاب گرفته) با سرعت 17 کیلومتر در ثانیه از منظومه شمسی دور می شود. در Interstellar، فضاپیمای Endurance از زمین تا زحل طی دو سال و با سرعت متوسط حدود 20 کیلومتر در ثانیه حرکت می کند. بالاترین سرعت قابل دستیابی در قرن بیست و یکم در هنگام استفاده از موتورهای موشک در ترکیب با تیرکمان گرانشی، به نظر من، حدود 300 کیلومتر در ثانیه خواهد بود. اگر با سرعت 300 کیلومتر بر ثانیه به پروکسیما قنطورس سفر کنیم، پرواز 5000 سال و پرواز تائو Ceti 13000 سال طول می کشد. یه چیزی خیلی طولانیه برای رسیدن سریعتر به چنین فاصله ای با فناوری های قرن بیست و یکم، به چیزی شبیه کرم چاله نیاز دارید.

فن آوری های آینده دور

دانشمندان و مهندسان دودگی تمام تلاش خود را کرده اند تا اصول فناوری های آینده را توسعه دهند که پرواز نزدیک به نور را به واقعیت تبدیل کند. اطلاعات کافی در مورد چنین پروژه هایی در اینترنت پیدا خواهید کرد.اما می ترسم بیش از صد سال طول بکشد تا مردم بتوانند آنها را زنده کنند. با این حال، به نظر من، آنها متقاعد می شوند که برای تمدن های فوق پیشرفته، سفر با سرعت یک دهم سرعت نور و بالاتر کاملاً ممکن است.

در اینجا سه گزینه سفر نزدیک به نور وجود دارد که به نظر من بسیار جالب است *.

همجوشی گرما هسته ای

فیوژن محبوب ترین از این سه گزینه است. کار تحقیق و توسعه بر روی ایجاد نیروگاه های مبتنی بر همجوشی حرارتی کنترل شده در سال 1950 آغاز شد و این پروژه ها تا سال 2050 با موفقیت کامل به پایان نخواهند رسید. یک قرن تحقیق و توسعه!

این چیزی در مورد مقیاس پیچیدگی می گوید. اجازه دهید تا سال 2050 نیروگاه های هسته ای روی زمین ظاهر شوند، اما در مورد پروازهای فضایی با نیروی رانش گرما هسته ای چه می توان گفت؟ موتورهای موفق ترین طرح ها قادر خواهند بود سرعتی در حدود 100 کیلومتر در ثانیه و تا پایان قرن جاری تا 300 کیلومتر در ثانیه را ارائه دهند. با این حال، برای سرعت های نزدیک به نور، یک اصل کاملا جدید برای استفاده از واکنش های گرما هسته ای مورد نیاز خواهد بود. با استفاده از محاسبات ساده می توان احتمالات همجوشی گرما هسته ای را ارزیابی کرد. هنگامی که دو اتم دوتریوم (هیدروژن سنگین) با هم ترکیب می شوند و اتم هلیوم را تشکیل می دهند، تقریباً 0.0064 از جرم آنها (تقریباً یک درصد) به انرژی تبدیل می شود. اگر آن را به انرژی جنبشی (انرژی حرکت) یک اتم هلیوم تبدیل کنید، آنگاه اتم سرعتی معادل یک دهم سرعت نور کسب می کند **.

بنابراین، اگر بتوانیم تمام انرژی حاصل از همجوشی سوخت هسته ای (دوتریوم) را به حرکت جهت دار فضاپیما تبدیل کنیم، آنگاه به سرعتی در حدود c/10 خواهیم رسید و اگر باهوش باشیم، حتی کمی بالاتر. در سال 1968 فریمن دایسون، یک فیزیکدان برجسته، یک فضاپیمای اولیه با نیروی همجوشی را توصیف و بررسی کرد که قادر بود - در دستان یک تمدن به اندازه کافی پیشرفته - سرعت هایی با این درجه از قدر ارائه دهد. بمب های گرما هسته ای (بمب های هیدروژنی) بلافاصله در پشت ضربه گیر نیمکره ای که قطر آن 20 کیلومتر است منفجر می شود. انفجارها کشتی را به جلو می راند و طبق جسورانه ترین تخمین های دایسون، آن را به یک سی ام سرعت نور شتاب می دهد. طراحی پیشرفته تر ممکن است توانایی بیشتری داشته باشد. در سال 1968، دایسون به این نتیجه رسید که استفاده از موتوری از این نوع نه زودتر از پایان قرن بیستم، یعنی 150 سال آینده، امکان پذیر است. من فکر می کنم این ارزیابی بیش از حد خوش بینانه است.

[…]

همانطور که همه این فناوری های آینده ممکن است جذاب به نظر برسند، کلمه "آینده" در اینجا کلیدی است. با فناوری قرن بیست و یکم، ما نمی توانیم در کمتر از هزاران سال به منظومه های ستاره ای دیگر دست پیدا کنیم. تنها امید شبح‌وار ما برای پرواز بین ستاره‌ای، یک کرم چاله، مانند بین ستاره‌ای، یا هر شکل شدید دیگری از انحنای فضا-زمان است.