Interstellar. Vitenskap bak kulissene "- en bok for de som ikke er fornøyd med filmen

2024 Forfatter: Malcolm Clapton | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 04:07

Lifehacker publiserer et utdrag fra en bok av Kip Thorne, en amerikansk teoretisk fysiker, forfatter av ideen til filmen Interstellar. Mange moderne fysiske teorier og ideer er flettet inn i plottet til bildet, hvis forklaring for det meste viste seg å være bak kulissene. Derfor er vi sikre på at boken vil appellere til både filmfans og fysikkinteresserte.

Interstellar flytur

På det første møtet forteller professor Brand Cooper om Lasarus-ekspedisjonene for å finne et nytt hjem for menneskeheten. Cooper svarer: «Det er ingen beboelige planeter i solsystemet, og den nærmeste stjernen er tusen år unna. Dette er mildt sagt meningsløst. Så hvor sendte du dem, professor? Hvorfor dette er meningsløst (hvis det ikke er et ormehull for hånden), er det tydelig hvis du tenker på hvor store avstander til de nærmeste stjernene er.

Avstander til nærmeste stjerner

Den nærmeste (solen ikke medregnet) stjernen i systemet som en planet egnet for liv kan bli funnet i, er Tau Ceti. Det er 11,9 lysår fra Jorden; det vil si å reise med lysets hastighet, vil det være mulig å nå det om 11, 9 år. Teoretisk sett kan det være planeter som er egnet for liv, som er nærmere oss, men ikke mye.

For å vurdere hvor langt Tau Ceti er fra oss, la oss bruke en analogi i mye mindre skala. Tenk deg at dette er avstanden fra New York til Perth i Australia – omtrent halvparten av jordens omkrets. Den nærmeste stjernen til oss (igjen, uten å telle solen) er Proxima Centauri, 4, 24 lysår fra Jorden, men det er ingen bevis for at det kan være beboelige planeter ved siden av den. Hvis avstanden til Tau Ceti er New York - Perth, så er avstanden til Proxima Centauri New York - Berlin. Litt nærmere enn Tau Ceti! Av alle de ubemannede romfartøyene som ble skutt opp av mennesker inn i det interstellare rommet, nådde Voyager 1, som nå er 18 lystimer fra Jorden, lengst. Reisen hans varte i 37 år. Hvis avstanden til Tau Ceti er avstanden fra New York til Perth, så er avstanden fra Jorden til Voyager 1 bare tre kilometer: som fra Empire State Building til den sørlige kanten av Greenwich Village. Dette er mye mindre enn fra New York til Perth.

Det er enda nærmere Saturn fra jorden - 200 meter, to kvartaler fra Empire State Building til Park Avenue. Fra jorden til Mars - 20 meter, og fra jorden til månen (den største avstanden folk har reist så langt) - bare syv centimeter! Sammenlign syv centimeter med en halv jorden rundt-reise! Forstår du nå hvilket sprang som må skje i teknologien slik at menneskeheten kan erobre planeter utenfor solsystemet?

Flyhastighet i det XXI århundre

Voyager 1 (akselerert med gravitasjonsslynger rundt Jupiter og Saturn) beveger seg bort fra solsystemet med en hastighet på 17 kilometer i sekundet. I Interstellar reiser romfartøyet Endurance fra Jorden til Saturn på to år, med en gjennomsnittshastighet på rundt 20 kilometer i sekundet. Den høyeste hastigheten som kan oppnås i det 21. århundre ved bruk av rakettmotorer i kombinasjon med gravitasjonsslinger vil etter min mening være rundt 300 kilometer i sekundet. Reiser vi til Proxima Centauri i 300 kilometer i sekundet, vil flyturen ta 5000 år, og flyturen til Tau Ceti vil ta 13000 år. Noe for langt. For å komme raskere til en slik avstand med teknologiene fra XXI århundre, trenger du noe som et ormehull.

Teknologier i en fjern fremtid

Dodgy forskere og ingeniører har gått langt for å utvikle prinsippene for fremtidig teknologi som vil gjøre nærlysflyging til en realitet. Du finner nok informasjon om slike prosjekter på Internett. Men jeg er redd det vil ta mer enn hundre år før folk vil klare å bringe dem til live. Imidlertid overbeviser de etter min mening at for superutviklede sivilisasjoner er det fullt mulig å reise med hastigheter på en tidel av lysets hastighet og høyere.

Her er tre reisealternativer for nesten lys som jeg synes er spesielt interessante *.

Termonukleær fusjon

Fusion er det mest populære av disse tre alternativene. Forsknings- og utviklingsarbeid med etablering av kraftverk basert på kontrollert termonukleær fusjon startet i 1950, og disse prosjektene vil ikke bli kronet med full suksess før i 2050. Et århundre med forskning og utvikling!

Det sier noe om omfanget av kompleksiteten. La termonukleære kraftverk dukke opp på jorden innen 2050, men hva kan sies om romflyvninger med termonukleær skyvekraft? Motorene med de mest vellykkede designene vil kunne gi hastigheter på rundt 100 kilometer per sekund, og ved slutten av dette århundret, antagelig opptil 300 kilometer per sekund. For nærlyshastigheter vil det imidlertid kreves et helt nytt prinsipp for å bruke termonukleære reaksjoner. Mulighetene for termonukleær fusjon kan vurderes ved hjelp av enkle beregninger. Når to atomer av deuterium (tungt hydrogen) smelter sammen for å danne et heliumatom, blir omtrent 0,0064 av massen deres (omtrent rundt én prosent) omdannet til energi. Hvis du konverterer det til kinetisk energi (bevegelsesenergi) til et heliumatom, vil atomet oppnå en hastighet på en tidel av lysets hastighet **.

Derfor, hvis vi kan konvertere all energien som oppnås fra fusjonen av kjernebrensel (deuterium) til retningsbevegelsen til romfartøyet, vil vi nå en hastighet på ca c / 10, og hvis vi er smarte, enda litt høyere. I 1968 beskrev og undersøkte Freeman Dyson, en bemerkelsesverdig fysiker, et primitivt fusjonsdrevet romfartøy som – i hendene på en tilstrekkelig avansert sivilisasjon – var i stand til å gi hastigheter av denne størrelsesorden. Termonukleære bomber ("hydrogen"-bomber) eksploderer rett bak den halvkuleformede støtdemperen, hvis diameter er 20 kilometer. Eksplosjonene skyver skipet fremover, og akselererer det, ifølge Dysons mest vågale anslag, til en trettiendedel av lysets hastighet. En mer avansert design kan være i stand til mer. I 1968 kom Dyson til den konklusjon at det ville være mulig å bruke en motor av denne typen ikke tidligere enn på slutten av XXII århundre, 150 år fra nå. Jeg synes denne vurderingen er altfor optimistisk.

[…]

Så attraktive som alle disse fremtidens teknologier kan virke, er ordet "fremtid" nøkkelen her. Med teknologi fra det 21. århundre er vi ikke i stand til å nå andre stjernesystemer på mindre enn tusenvis av år. Vårt eneste spøkelsesaktige håp for en interstellar flytur er et ormehull, som i Interstellar, eller en annen ekstrem form for rom-tid krumning.