Միջաստղային. Գիտություն կուլիսներում »- գիրք նրանց համար, ովքեր գոհ չեն ֆիլմից

2024 Հեղինակ: Malcolm Clapton | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 03:59

Lifehacker-ը հրապարակում է ամերիկացի տեսական ֆիզիկոս, Interstellar ֆիլմի գաղափարի հեղինակ Քիփ Թորնի գրքից մի հատված։ Բազմաթիվ ժամանակակից ֆիզիկական տեսություններ և գաղափարներ միահյուսված են նկարի սյուժեի մեջ, որոնց բացատրությունը մեծ մասամբ կուլիսային էր: Ուստի վստահ ենք, որ գիրքը դուր կգա թե՛ կինոսիրողներին, թե՛ ֆիզիկայով հետաքրքրվողներին։

Միջաստղային թռիչք

Առաջին հանդիպման ժամանակ պրոֆեսոր Բրենդը Կուպերին պատմում է Ղազարոսի արշավների մասին՝ մարդկության համար նոր տուն գտնելու համար։ Կուպերը պատասխանում է. «Արեգակնային համակարգում բնակելի մոլորակներ չկան, և մոտակա աստղը հազար տարի հեռավորության վրա է։ Սա, մեղմ ասած, անիմաստ է։ Ուրեմն ո՞ւր եք ուղարկել նրանց, պրոֆեսոր»: Ինչու է սա անիմաստ (եթե ձեռքի տակ չկա որդանցք), պարզ է, եթե մտածեք, թե որքան մեծ են հեռավորությունները մինչև մոտակա աստղերը:

Հեռավորությունները մինչև մոտակա աստղերը

Ամենամոտ (չհաշված Արեգակը) աստղը, որի համակարգում կարելի է գտնել կյանքի համար հարմար մոլորակ, Տաու Ցետին է։ Երկրից գտնվում է 11,9 լուսային տարի; այսինքն՝ լույսի արագությամբ ճանապարհորդելով՝ դրան հնարավոր կլինի հասնել 11, 9 տարի հետո։ Տեսականորեն կարող են լինել կյանքի համար հարմար մոլորակներ, որոնք մեզ ավելի մոտ են, բայց ոչ շատ։

Գնահատելու համար, թե որքան հեռու է Tau Ceti-ն մեզանից, եկեք օգտագործենք անալոգիա շատ ավելի փոքր մասշտաբով: Պատկերացրեք, որ սա Ավստրալիայի Նյու Յորքից Պերթ հեռավորությունն է՝ Երկրի շրջագծի մոտ կեսը: Մեզ ամենամոտ աստղը (նորից՝ չհաշված Արեգակը) Պրոքսիմա Կենտավրուսն է՝ Երկրից 4, 24 լուսատարի հեռավորության վրա, սակայն ոչ մի ապացույց չկա, որ նրա կողքին կարող են լինել բնակելի մոլորակներ։ Եթե հեռավորությունը դեպի Տաու Ցետի Նյու Յորք - Պերտ է, ապա Պրոքսիմա Կենտավուրի հեռավորությունը Նյու Յորք - Բեռլին է: Մի փոքր ավելի մոտ, քան Tau Ceti! Մարդկանց կողմից միջաստղային տարածություն արձակված բոլոր անօդաչու տիեզերանավերից «Վոյաջեր 1»-ը, որն այժմ գտնվում է Երկրից 18 լուսային ժամ, հասել է ամենահեռավորին: Նրա ճանապարհորդությունը տեւեց 37 տարի։ Եթե Տաու Ցետիի հեռավորությունը Նյու Յորքից Պերթ հեռավորությունն է, ապա Երկրից մինչև Վոյաջեր 1 հեռավորությունը ընդամենը երեք կիլոմետր է՝ ինչպես Էմփայր Սթեյթ Բիլդինգից մինչև Գրինվիչ Վիլիջի հարավային եզրը: Սա շատ ավելի քիչ է, քան Նյու Յորքից Պերթ:

Այն նույնիսկ ավելի մոտ է Սատուրնին Երկրից՝ 200 մետր, Էմփայր Սթեյթ Բիլդինգից մինչև Պարկ պողոտա երկու թաղամաս: Երկրից մինչև Մարս՝ 20 մետր, իսկ Երկրից մինչև Լուսին (ամենամեծ հեռավորությունը, որ մարդիկ մինչ այժմ անցել են)՝ ընդամենը յոթ սանտիմետր: Համեմատեք յոթ սանտիմետրը աշխարհով մեկ շրջագայության կեսի հետ: Հիմա հասկանու՞մ եք, թե ինչ թռիչք պետք է կատարվի տեխնոլոգիայի մեջ, որպեսզի մարդկությունը կարողանա նվաճել արեգակնային համակարգից դուրս գտնվող մոլորակները:

Թռիչքի արագությունը XXI դարում

Վոյաջեր 1-ը (արագացել է Յուպիտերի և Սատուրնի շուրջ գրավիտացիոն պարսատիկներով) Արեգակնային համակարգից հեռանում է վայրկյանում 17 կիլոմետր արագությամբ։ Interstellar-ում Endurance տիեզերանավը Երկրից Սատուրն է շարժվում երկու տարվա ընթացքում՝ վայրկյանում մոտ 20 կիլոմետր միջին արագությամբ: Ամենաբարձր արագությունը, որը կարելի է ձեռք բերել 21-րդ դարում, երբ օգտագործվում են հրթիռային շարժիչներ գրավիտացիոն ճեղապարսատիկների հետ համատեղ, իմ կարծիքով, կկազմի մոտ 300 կիլոմետր վայրկյանում: Եթե մենք շարժվենք դեպի Պրոքսիմա Կենտավրի վայրկյանում 300 կիլոմետր արագությամբ, ապա թռիչքը կտևի 5000 տարի, իսկ Թաու Ցետի թռիչքը՝ 13000 տարի։ Ինչ-որ բան չափազանց երկար է: 21-րդ դարի տեխնոլոգիաներով նման հեռավորությանն ավելի արագ հասնելու համար որդնափոսի նման մի բան է պետք։

Հեռավոր ապագայի տեխնոլոգիաներ

Խուսափող գիտնականներն ու ինժեներները մեծ ջանքեր են գործադրել՝ զարգացնելու ապագա տեխնոլոգիաների սկզբունքները, որոնք իրականություն կդարձնեն մոտ լույսի թռիչքը: Նման նախագծերի մասին բավականաչափ տեղեկատվություն կգտնեք ինտերնետում։Բայց ես վախենում եմ, որ ավելի քան հարյուր տարի կպահանջվի, մինչև մարդիկ կարողանան կյանքի կոչել դրանք: Սակայն, իմ կարծիքով, նրանք համոզում են, որ գերզարգացած քաղաքակրթությունների համար լույսի արագության մեկ տասներորդական արագությամբ և ավելի բարձր արագությամբ ճանապարհորդելը միանգամայն հնարավոր է։

Ահա երեք մոտ թեթև ճանապարհորդության տարբերակներ, որոնք ինձ հատկապես հետաքրքիր են համարում *:

Ջերմամիջուկային միաձուլում

Fusion-ը այս երեք տարբերակներից ամենահայտնին է: 1950 թվականին սկսվել են վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլման հիման վրա էլեկտրակայանների ստեղծման հետազոտական և մշակման աշխատանքները, և այդ նախագծերը լիարժեք հաջողությամբ չեն պսակվի մինչև 2050 թվականը: Հետազոտության և զարգացման դար!

Դա ինչ-որ բան ասում է բարդության մասշտաբի մասին: Թող ջերմամիջուկային էլեկտրակայանները հայտնվեն Երկրի վրա մինչև 2050 թվականը, բայց ի՞նչ կարելի է ասել ջերմամիջուկային մղումով տիեզերական թռիչքների մասին: Ամենահաջող դիզայնի շարժիչները կկարողանան ապահովել վայրկյանում մոտ 100 կիլոմետր արագություն, իսկ այս դարի վերջում, ենթադրաբար, մինչև 300 կիլոմետր վայրկյան արագություն։ Այնուամենայնիվ, լույսի մոտ արագությունների համար կպահանջվի ջերմամիջուկային ռեակցիաների կիրառման բոլորովին նոր սկզբունք։ Ջերմամիջուկային միաձուլման հնարավորությունները կարելի է գնահատել պարզ հաշվարկների միջոցով։ Երբ դեյտերիումի (ծանր ջրածնի) երկու ատոմները միաձուլվում են՝ ձևավորելով հելիումի ատոմ, դրանց զանգվածի մոտավորապես 0,0064-ը (մոտավորապես կլորացվում է մեկ տոկոսը) վերածվում է էներգիայի։ Եթե այն վերածեք հելիումի ատոմի կինետիկ էներգիայի (շարժման էներգիայի), ապա ատոմը ձեռք կբերի լույսի արագության տասներորդ մասը **։

Հետևաբար, եթե մենք կարողանանք միջուկային վառելիքի (դեյտերիումի) միաձուլումից ստացված ամբողջ էներգիան վերածել տիեզերանավի ուղղորդված շարժման, ապա մենք կհասնենք մոտ 10/0 արագության, իսկ եթե խելացի լինենք, նույնիսկ մի փոքր ավելի բարձր։ 1968 թվականին ուշագրավ ֆիզիկոս Ֆրիման Դայսոնը նկարագրել և ուսումնասիրել է միաձուլման էներգիայով աշխատող պարզունակ տիեզերանավը, որն ունակ է բավական զարգացած քաղաքակրթության ձեռքում ապահովել այս մեծության արագություն: Ջերմամիջուկային ռումբերը («ջրածնային» ռումբեր) պայթում են անմիջապես կիսագնդաձև հարվածային կլանիչի հետևում, որի տրամագիծը 20 կիլոմետր է։ Պայթյունները առաջ են մղում նավը՝ արագացնելով այն, ըստ Դայսոնի ամենահամարձակ գնահատականների, մինչև լույսի արագության մեկ երեսուներորդը։ Ավելի առաջադեմ դիզայնը կարող է ավելի շատ բանի ընդունակ լինել: 1968-ին Դայսոնը եկավ այն եզրակացության, որ այս տիպի շարժիչը հնարավոր կլինի օգտագործել ոչ շուտ, քան XXII դարի վերջը, 150 տարի անց: Այս գնահատականը, կարծում եմ, չափազանց լավատեսական է։

[…]

Որքան էլ գրավիչ թվան ապագայի այս բոլոր տեխնոլոգիաները, այստեղ «ապագա» բառը առանցքային է: 21-րդ դարի տեխնոլոգիայով մենք չենք կարող հասնել այլ աստղային համակարգերի հազարավոր տարում ավելի քիչ: Մեր միակ ուրվական հույսը միջաստեղային թռիչքի համար որդանցքն է, ինչպես միջաստեղայինը, կամ տարածություն-ժամանակի կորության որևէ այլ ծայրահեղ ձև: