Interstelar. Știința în culise „- o carte pentru cei care nu sunt mulțumiți de film

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 04:09

Lifehacker publică un fragment dintr-o carte a lui Kip Thorne, un fizician teoretician american, autor al ideii pentru filmul Interstellar. O mulțime de teorii și idei fizice moderne sunt împletite în intriga imaginii, a cărei explicație s-a dovedit, în cea mai mare parte, a fi în culise. Prin urmare, suntem siguri că cartea va atrage atât fanii filmului, cât și cei interesați de fizică.

Zborul interstelar

La prima întâlnire, profesorul Brand îi spune lui Cooper despre expedițiile lui Lazăr pentru a găsi o nouă casă pentru umanitate. Cooper răspunde: „Nu există planete locuibile în sistemul solar, iar cea mai apropiată stea este la o mie de ani distanță. Acest lucru este, pentru a spune ușor, inutil. Deci unde i-ai trimis, domnule profesor? De ce acest lucru este inutil (dacă nu există nicio gaură de vierme la îndemână), este clar dacă te gândești cât de mari sunt distanțele până la cele mai apropiate stele.

Distanțe până la cele mai apropiate stele

Cea mai apropiată (fără a număra Soarele) stea din sistemul căreia se găsește o planetă potrivită pentru viață este Tau Ceti. Este la 11,9 ani lumină de Pământ; adică călătorind cu viteza luminii, se va putea ajunge la el în 11, 9 ani. Teoretic, pot exista planete potrivite pentru viață, care sunt mai aproape de noi, dar nu cu mult.

Pentru a aprecia cât de departe este Tau Ceti de noi, să folosim o analogie la scară mult mai mică. Imaginează-ți că aceasta este distanța de la New York la Perth în Australia - aproximativ jumătate din circumferința pământului. Cea mai apropiată stea de noi (din nou, fără a număra Soarele) este Proxima Centauri, la 4, 24 de ani lumină de Pământ, dar nu există dovezi că pot exista planete locuibile lângă ea. Dacă distanța până la Tau Ceti este New York - Perth, atunci distanța până la Proxima Centauri este New York - Berlin. Puțin mai aproape decât Tau Ceti! Dintre toate navele spațiale fără pilot lansate de oameni în spațiul interstelar, Voyager 1, care se află acum la 18 ore lumină de Pământ, a ajuns la cea mai îndepărtată. Călătoria lui a durat 37 de ani. Dacă distanța până la Tau Ceti este distanța de la New York la Perth, atunci distanța de la Pământ la Voyager 1 este de doar trei kilometri: de la Empire State Building până la marginea de sud a Greenwich Village. Este mult mai puțin decât de la New York la Perth.

Este și mai aproape de Saturn de pe Pământ - la 200 de metri, la două străzi de la Empire State Building până la Park Avenue. De la Pământ la Marte - 20 de metri și de la Pământ la Lună (cea mai mare distanță pe care oamenii au parcurs-o până acum) - doar șapte centimetri! Comparați șapte centimetri cu o jumătate de călătorie în jurul lumii! Acum înțelegi ce salt trebuie să aibă loc în tehnologie pentru ca omenirea să poată cuceri planete din afara sistemului solar?

Viteza de zbor în secolul XXI

Voyager 1 (accelerată cu praștii gravitaționale în jurul lui Jupiter și Saturn) se îndepărtează de sistemul solar cu o viteză de 17 kilometri pe secundă. În Interstellar, nava spațială Endurance călătorește de la Pământ la Saturn în doi ani, cu o viteză medie de aproximativ 20 de kilometri pe secundă. Cea mai mare viteză care poate fi atinsă în secolul 21 atunci când se folosesc motoare de rachetă în combinație cu praștii gravitaționale va fi, după părerea mea, de aproximativ 300 de kilometri pe secundă. Dacă călătorim la Proxima Centauri cu 300 de kilometri pe secundă, zborul va dura 5.000 de ani, iar zborul către Tau Ceti va dura 13.000 de ani. Ceva prea lung. Pentru a ajunge la o asemenea distanță mai repede cu tehnologiile secolului XXI, aveți nevoie de ceva ca o gaură de vierme.

Tehnologii ale viitorului îndepărtat

Oamenii de știință și inginerii dubii au făcut eforturi mari pentru a dezvolta principiile tehnologiilor viitoare care ar face ca zborul aproape de lumină să devină realitate. Veți găsi suficiente informații despre astfel de proiecte pe Internet. Dar mă tem că va dura mai mult de o sută de ani până când oamenii vor putea să le aducă la viață. Cu toate acestea, în opinia mea, ei convin că, pentru civilizațiile super-dezvoltate, călătoria cu viteze de o zecime din viteza luminii și mai mare este destul de posibilă.

Iată trei opțiuni de călătorie aproape de lumină care mi se par deosebit de interesante *.

Fuziunea termonucleară

Fusion este cea mai populară dintre aceste trei opțiuni. Lucrările de cercetare și dezvoltare privind crearea de centrale electrice bazate pe fuziune termonucleară controlată au început în 1950, iar aceste proiecte nu vor fi încununate cu succes deplin până în 2050. Un secol de cercetare și dezvoltare!

Asta spune ceva despre amploarea complexității. Lăsați centralele termonucleare să apară pe Pământ până în 2050, dar ce se poate spune despre zborurile spațiale cu tracțiune termonucleară? Motoarele celor mai de succes modele vor putea oferi viteze de aproximativ 100 de kilometri pe secundă, iar până la sfârșitul acestui secol, probabil până la 300 de kilometri pe secundă. Cu toate acestea, pentru viteze aproape de lumină, va fi necesar un principiu complet nou de utilizare a reacțiilor termonucleare. Posibilitățile fuziunii termonucleare pot fi evaluate folosind calcule simple. Când doi atomi de deuteriu (hidrogen greu) fuzionează pentru a forma un atom de heliu, aproximativ 0,0064 din masa lor (aproximativ 1 la sută) este transformată în energie. Dacă îl convertiți în energie cinetică (energia de mișcare) a unui atom de heliu, atunci atomul va dobândi o viteză de o zecime din viteza luminii**.

Prin urmare, dacă putem converti toată energia obținută din fuziunea combustibilului nuclear (deuteriu) în mișcarea direcțională a navei spațiale, atunci vom ajunge la o viteză de aproximativ c/10, iar dacă suntem deștepți, chiar puțin mai mare. În 1968, Freeman Dyson, un fizician remarcabil, a descris și a investigat o navă spațială primitivă alimentată de fuziune capabilă - în mâinile unei civilizații suficient de avansate - să ofere viteze de acest ordin de mărime. Bombele termonucleare (bombe cu hidrogen) explodează imediat în spatele amortizorului emisferic, al cărui diametru este de 20 de kilometri. Exploziile împing nava înainte, accelerând-o, conform celor mai îndrăznețe estimări ale lui Dyson, până la o treizecime din viteza luminii. Un design mai avansat poate fi capabil de mai mult. În 1968, Dyson a ajuns la concluzia că ar fi posibil să se folosească un motor de acest tip nu mai devreme de la sfârșitul secolului XXII, peste 150 de ani. Cred că această evaluare este prea optimistă.

[…]

Oricât de atractive ar părea toate aceste tehnologii ale viitorului, cuvântul „viitor” este cheia aici. Cu tehnologia secolului 21, nu putem ajunge la alte sisteme stelare în mai puțin de mii de ani. Singura noastră speranță fantomatică pentru un zbor interstelar este o gaură de vierme, ca în Interstellar, sau o altă formă extremă de curbură spațiu-timp.