واقع بين النجوم. العلم وراء الكواليس "- كتاب لمن لا يرضى عن الفيلم

2024 مؤلف: Malcolm Clapton | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 03:46

تنشر Lifehacker مقتطفًا من كتاب لكيب ثورن ، عالم الفيزياء النظرية الأمريكي ، ومؤلف فكرة فيلم Interstellar. تتشابك الكثير من النظريات والأفكار الفيزيائية الحديثة في مؤامرة الصورة ، والتي تبين في الغالب أنها وراء الكواليس. لذلك ، نحن على يقين من أن الكتاب سيروق لكل من محبي الأفلام والمهتمين بالفيزياء.

رحلة بين النجوم

في الاجتماع الأول ، أخبر البروفيسور براند كوبر عن رحلات لازاروس للعثور على موطن جديد للإنسانية. يجيب كوبر: "لا توجد كواكب صالحة للسكنى في النظام الشمسي ، وأقرب نجم يبعد ألف سنة. هذا ، بعبارة ملطفة ، لا طائل من ورائه. فأين أرسلتهم يا أستاذ؟ " لماذا هذا لا معنى له (إذا لم يكن هناك ثقب دودي في متناول اليد) ، فمن الواضح إذا كنت تفكر في مدى عظمة المسافات إلى أقرب النجوم.

المسافات لأقرب النجوم

أقرب نجم (بدون حساب الشمس) في النظام الذي يمكن أن يوجد فيه كوكب مناسب للحياة هو Tau Ceti. تبعد 11.9 سنة ضوئية عن الأرض. أي ، السفر بسرعة الضوء ، سيكون من الممكن الوصول إليه في 11 أو 9 سنوات. نظريًا ، قد تكون هناك كواكب مناسبة للحياة ، وهي أقرب إلينا ، ولكن ليس كثيرًا.

لتقييم مدى بعد Tau Ceti عنا ، دعنا نستخدم تشبيهًا على نطاق أصغر بكثير. تخيل أن هذه هي المسافة من نيويورك إلى بيرث في أستراليا - حوالي نصف محيط الأرض. أقرب نجم إلينا (مرة أخرى ، دون احتساب الشمس) هو Proxima Centauri ، 4 ، 24 سنة ضوئية من الأرض ، لكن لا يوجد دليل على أنه يمكن أن تكون هناك كواكب صالحة للسكن بجانبه. إذا كانت المسافة إلى Tau Ceti هي نيويورك - بيرث ، فإن المسافة إلى بروكسيما سنتوري هي نيويورك - برلين. أقرب قليلاً من تاو سيتي! من بين جميع المركبات الفضائية غير المأهولة التي أطلقها البشر في الفضاء بين النجوم ، وصلت فوييجر 1 ، التي تبعد الآن 18 ساعة ضوئية عن الأرض ، إلى أبعد نقطة. استغرقت رحلته 37 عامًا. إذا كانت المسافة إلى Tau Ceti هي المسافة من نيويورك إلى بيرث ، فإن المسافة من Earth إلى Voyager 1 هي ثلاثة كيلومترات فقط: بدءًا من مبنى Empire State إلى الحافة الجنوبية لقرية Greenwich. هذا أقل بكثير من المسافة من نيويورك إلى بيرث.

إنه أقرب إلى زحل من الأرض - 200 متر ، على بعد كتلتين من الأبنية من مبنى إمباير ستيت إلى بارك أفينيو. من الأرض إلى المريخ - 20 مترًا ، ومن الأرض إلى القمر (أكبر مسافة قطعها الناس حتى الآن) - سبعة سنتيمترات فقط! قارن سبعة سنتيمترات مع نصف رحلة حول العالم! الآن هل تفهم ما هي القفزة التي يجب أن تحدث في التكنولوجيا حتى تتمكن البشرية من غزو الكواكب خارج النظام الشمسي؟

سرعة الطيران في القرن الحادي والعشرين

فوييجر 1 (المتسارع بحبال الجاذبية حول المشتري وزحل) يتحرك بعيدًا عن النظام الشمسي بسرعة 17 كيلومترًا في الثانية. في Interstellar ، تسافر المركبة الفضائية Endurance من الأرض إلى زحل في غضون عامين ، بمتوسط سرعة يبلغ حوالي 20 كيلومترًا في الثانية. أعلى سرعة يمكن بلوغها في القرن الحادي والعشرين عند استخدام محركات الصواريخ مع مقلاع الجاذبية ستكون ، في رأيي ، حوالي 300 كيلومتر في الثانية. إذا سافرنا إلى Proxima Centauri بسرعة 300 كيلومتر في الثانية ، فستستغرق الرحلة 5000 عام ، وستستغرق الرحلة إلى Tau Ceti 13000 عام. شيء طويل جدا. للوصول إلى هذه المسافة بشكل أسرع باستخدام تقنيات القرن الحادي والعشرين ، فأنت بحاجة إلى شيء مثل الثقب الدودي.

تقنيات المستقبل البعيد

لقد بذل العلماء والمهندسون المراوغون جهودًا كبيرة لتطوير مبادئ التقنيات المستقبلية التي من شأنها أن تجعل الطيران القريب من الضوء حقيقة واقعة. ستجد معلومات كافية حول هذه المشاريع على الإنترنت.لكنني أخشى أن يستغرق الأمر أكثر من مائة عام قبل أن يتمكن الناس من إعادتهم إلى الحياة. ومع ذلك ، في رأيي ، فهم يقنعون أنه بالنسبة للحضارات فائقة التطور ، فإن السفر بسرعات تبلغ عُشر سرعة الضوء وأعلى أمر ممكن تمامًا.

فيما يلي ثلاثة خيارات سفر قريبة من الضوء أجدها مثيرة للاهتمام بشكل خاص *.

اندماج نووي حراري

الانصهار هو الأكثر شعبية من بين هذه الخيارات الثلاثة. بدأت أعمال البحث والتطوير في إنشاء محطات الطاقة القائمة على الاندماج النووي الحراري الخاضع للرقابة في عام 1950 ، ولن تتوج هذه المشاريع بنجاح كامل حتى عام 2050. قرن من البحث والتطوير!

هذا يقول شيئًا عن حجم التعقيد. دع محطات الطاقة النووية الحرارية تظهر على الأرض بحلول عام 2050 ، ولكن ماذا يمكن أن يقال عن الرحلات الفضائية على قوة الدفع النووية الحرارية؟ ستكون محركات التصميمات الأكثر نجاحًا قادرة على توفير سرعات تبلغ حوالي 100 كيلومتر في الثانية ، وبحلول نهاية هذا القرن ، من المفترض أن تصل إلى 300 كيلومتر في الثانية. ومع ذلك ، بالنسبة للسرعات القريبة من الضوء ، ستكون هناك حاجة إلى مبدأ جديد تمامًا لاستخدام التفاعلات النووية الحرارية. يمكن تقييم إمكانيات الاندماج النووي الحراري باستخدام حسابات بسيطة. عندما تندمج ذرتان من الديوتيريوم (هيدروجين ثقيل) لتكوين ذرة هيليوم ، يتم تحويل ما يقرب من 0.0064 من كتلتهما (تقريبًا واحد بالمائة) إلى طاقة. إذا قمت بتحويلها إلى طاقة حركية (طاقة حركة) لذرة الهيليوم ، فستكتسب الذرة سرعة عُشر سرعة الضوء **.

لذلك ، إذا تمكنا من تحويل كل الطاقة التي تم الحصول عليها من اندماج الوقود النووي (الديوتيريوم) إلى الحركة الاتجاهية للمركبة الفضائية ، فسنصل إلى سرعة حوالي c / 10 ، وإذا كنا أذكياء ، فستكون أعلى قليلاً. في عام 1968 ، وصف فريمان دايسون ، وهو فيزيائي رائع ، مركبة فضائية بدائية تعمل بالطاقة الاندماجية ، وحقق فيها ، قادرة - في أيدي حضارة متقدمة بما فيه الكفاية - على توفير سرعات بهذا الحجم. تنفجر القنابل النووية الحرارية (قنابل "الهيدروجين") مباشرة خلف ممتص الصدمات نصف كروي ، الذي يبلغ قطره 20 كيلومترًا. دفعت الانفجارات السفينة إلى الأمام ، مما أدى إلى تسارعها ، وفقًا لتقديرات دايسون الأكثر جرأة ، إلى واحد على ثلاثين سرعة الضوء. قد يكون التصميم الأكثر تقدمًا قادرًا على المزيد. في عام 1968 ، توصل دايسون إلى استنتاج مفاده أنه سيكون من الممكن استخدام محرك من هذا النوع في موعد لا يتجاوز نهاية القرن الثاني والعشرين ، بعد 150 عامًا من الآن. أعتقد أن هذا التقييم مفرط في التفاؤل.

[…]

بقدر ما تبدو كل هذه التقنيات المستقبلية جذابة ، فإن كلمة "المستقبل" هي المفتاح هنا. مع تكنولوجيا القرن الحادي والعشرين ، لم نتمكن من الوصول إلى أنظمة النجوم الأخرى في أقل من آلاف السنين. أملنا الشبحي الوحيد لرحلة بين النجوم هو ثقب دودي ، كما هو الحال في Interstellar ، أو بعض الأشكال المتطرفة الأخرى من انحناء الزمكان.