Kunnen We Een Interstellaire Vlucht Bereiken Met Alleen De Fysica Die We Kennen? - Alternatieve Mening

Kunnen We Een Interstellaire Vlucht Bereiken Met Alleen De Fysica Die We Kennen? - Alternatieve Mening
Kunnen We Een Interstellaire Vlucht Bereiken Met Alleen De Fysica Die We Kennen? - Alternatieve Mening

Video: Kunnen We Een Interstellaire Vlucht Bereiken Met Alleen De Fysica Die We Kennen? - Alternatieve Mening

Video: Kunnen We Een Interstellaire Vlucht Bereiken Met Alleen De Fysica Die We Kennen? - Alternatieve Mening
Video: Beduidende cijfers (significante cijfers) de 5 belangrijkste afspraken voor fysica (natuurkunde) 2024, Maart
Anonim

De auteur van het artikel vertelt in detail over vier veelbelovende technologieën die mensen de mogelijkheid geven om tijdens één mensenleven elke plek in het universum te bereiken. Ter vergelijking: met het gebruik van moderne technologie duurt het pad naar een ander sterrenstelsel ongeveer 100 duizend jaar.

Sinds de mens voor het eerst naar de nachtelijke hemel keek, dromen we ervan andere werelden te bezoeken en het universum te zien. En hoewel onze raketten met chemische brandstof al vele planeten, manen en andere lichamen in het zonnestelsel hebben bereikt, heeft het ruimtevaartuig dat het verst van de aarde verwijderd is, de Voyager 1, slechts 22,3 miljard kilometer afgelegd. Dit is slechts 0,056% van de afstand tot het dichtstbijzijnde bekende sterrenstelsel. Met behulp van moderne technologie duurt het pad naar een ander sterrenstelsel ongeveer 100 duizend jaar.

Het is echter niet nodig om te handelen zoals we altijd hebben gedaan. De efficiëntie van het verzenden van voertuigen met een groot laadvermogen, zelfs met mensen aan boord, over ongekende afstanden in het universum kan aanzienlijk worden verbeterd als de juiste technologie wordt gebruikt. Meer specifiek zijn er vier veelbelovende technologieën die ons in veel minder tijd naar de sterren kunnen brengen. Daar zijn ze.

1). Nucleaire technologie. Tot dusver in de geschiedenis van de mensheid hebben alle ruimtevaartuigen die de ruimte zijn gelanceerd één ding gemeen: een door chemicaliën aangedreven motor. Ja, raketbrandstof is een speciale mix van chemicaliën die is ontworpen om maximale stuwkracht te bieden. De uitdrukking "chemicaliën" is hier belangrijk. De reacties die de motor energie geven, zijn gebaseerd op de herverdeling van bindingen tussen atomen.

Dit beperkt ons handelen fundamenteel! De overgrote meerderheid van de massa van een atoom valt op zijn kern - 99,95%. Wanneer een chemische reactie begint, worden de elektronen die rond de atomen draaien, herverdeeld en laten ze gewoonlijk ongeveer 0,0001% van de totale massa van de atomen die aan de reactie deelnemen, als energie vrij, volgens Einsteins beroemde vergelijking: E = mc2. Dit betekent dat je voor elke kilo brandstof die in de raket wordt geladen, tijdens de reactie, energie ontvangt die overeenkomt met ongeveer 1 milligram.

Als er echter raketten met nucleaire brandstof worden gebruikt, zal de situatie dramatisch anders zijn. In plaats van te vertrouwen op veranderingen in de configuratie van elektronen en hoe atomen zich met elkaar verbinden, kun je relatief veel energie vrijmaken door te beïnvloeden hoe de atoomkernen met elkaar zijn verbonden. Wanneer je een uraniumatoom splijt door het te bombarderen met neutronen, zendt het veel meer energie uit dan welke chemische reactie dan ook. 1 kilogram uranium-235 kan een hoeveelheid energie vrijmaken die overeenkomt met 911 milligram massa, wat bijna duizend keer efficiënter is dan chemische brandstof.

We zouden motoren nog efficiënter kunnen maken als we kernfusie onder de knie hadden. Bijvoorbeeld, een systeem van traagheidsgestuurde thermonucleaire fusie, met behulp waarvan het mogelijk zou zijn om waterstof in helium te synthetiseren, vindt zo'n kettingreactie plaats op de zon. De synthese van 1 kilo waterstofbrandstof tot helium zal 7,5 kilo massa omzetten in pure energie, wat bijna 10 duizend keer efficiënter is dan chemische brandstof.

Het idee is om voor een raket voor een veel langere tijd dezelfde versnelling te krijgen: honderden of zelfs duizenden keren langer dan nu, waardoor ze zich honderden of duizenden keren sneller zouden kunnen ontwikkelen dan conventionele raketten tegenwoordig. Een dergelijke methode zou de tijd van een interstellaire vlucht tot honderden of zelfs tientallen jaren terugbrengen. Dit is een veelbelovende technologie die we tegen 2100 kunnen gebruiken, afhankelijk van het tempo en de richting van wetenschappelijke ontwikkeling.

Promotie video:

2). Een straal van kosmische lasers. Dit idee vormt de kern van het Breakthrough Starshot-project dat enkele jaren geleden bekendheid verwierf. Door de jaren heen heeft het concept zijn aantrekkelijkheid niet verloren. Terwijl een conventionele raket brandstof met zich meedraagt en deze gebruikt om te versnellen, is het belangrijkste idee van deze technologie een straal krachtige lasers die het ruimtevaartuig de nodige impuls zal geven. Met andere woorden, de bron van versnelling wordt losgekoppeld van het schip zelf.

Dit concept is in veel opzichten zowel opwindend als revolutionair. Lasertechnologieën ontwikkelen zich met succes en worden niet alleen krachtiger, maar ook sterk gecollimeerd. Dus als we een zeilachtig materiaal maken dat een voldoende hoog percentage laserlicht weerkaatst, kunnen we een laserschot gebruiken om het ruimteschip kolossale snelheden te laten ontwikkelen. Een "ruimteschip" met een gewicht van ~ 1 gram zal naar verwachting een snelheid bereiken van ~ 20% van de lichtsnelheid, waardoor het in slechts 22 jaar naar de dichtstbijzijnde ster, Proxima Centauri, kan vliegen.

Hiervoor zullen we natuurlijk een enorme laserstraal (ongeveer 100 km2) moeten maken, en dit moet in de ruimte gebeuren, hoewel dit meer een kostenprobleem is dan technologie of wetenschap. Er zijn echter een aantal problemen die moeten worden overwonnen om een dergelijk project te kunnen uitvoeren. Onder hen:

  • een niet ondersteund zeil zal draaien, er is een soort (nog niet ontwikkeld) stabilisatiemechanisme nodig;
  • het onvermogen om te remmen wanneer het bestemmingspunt is bereikt, aangezien er geen brandstof aan boord is;
  • zelfs als blijkt dat het apparaat op schaal is voor het vervoeren van mensen, zal een persoon niet kunnen overleven met een enorme versnelling - een aanzienlijk verschil in snelheid in korte tijd.

Misschien zal de technologie ons ooit naar de sterren kunnen brengen, maar er is geen succesvolle methode voor een persoon om een snelheid te bereiken die gelijk is aan ~ 20% van de lichtsnelheid.

3). Antimaterie brandstof. Als we toch brandstof bij ons willen hebben, kunnen we die zo efficiënt mogelijk maken: het zal gebaseerd zijn op de vernietiging van deeltjes en antideeltjes. In tegenstelling tot chemische of nucleaire brandstof, waar slechts een fractie van de massa aan boord wordt omgezet in energie, gebruikt de annihilatie van deeltjes en antideeltjes 100% van de massa van zowel deeltjes als antideeltjes. De mogelijkheid om alle brandstof om te zetten in gepulseerde energie is het hoogste niveau van brandstofefficiëntie.

Bij de toepassing van deze methode in de praktijk doen zich op drie hoofdgebieden moeilijkheden voor. Specifiek:

  • creatie van stabiele neutrale antimaterie;
  • het vermogen om het te isoleren van gewone materie en het nauwkeurig te beheersen;
  • produceren antimaterie in voldoende grote hoeveelheden voor interstellaire vluchten.

Gelukkig wordt er al aan de eerste twee issues gewerkt.

De Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN), de thuisbasis van de Large Hadron Collider, heeft een enorm complex dat bekend staat als de "antimateriefabriek". Daar onderzoeken zes onafhankelijke teams van wetenschappers de eigenschappen van antimaterie. Ze nemen antiprotonen en vertragen ze, waardoor de positron zich eraan moet binden. Dit is hoe antiatomen of neutrale antimaterie worden gecreëerd.

Ze isoleren deze antiatomen in een container met verschillende elektrische en magnetische velden die ze op hun plaats houden, weg van de wanden van een container gemaakt van materie. Inmiddels, medio 2020, hebben ze met succes verschillende antiatomen een uur per keer geïsoleerd en stabiel gehouden. In de komende jaren zullen wetenschappers de beweging van antimaterie binnen het zwaartekrachtveld kunnen controleren.

Deze technologie zal in de nabije toekomst niet voor ons beschikbaar zijn, maar het kan blijken dat onze snelste manier van interstellaire reizen een antimaterie-raket is.

4). Sterrenschip op donkere materie. Deze optie is natuurlijk gebaseerd op de aanname dat elk deeltje dat verantwoordelijk is voor donkere materie zich gedraagt als een boson en zijn eigen antideeltje is. In theorie heeft donkere materie, dat zijn eigen antideeltje is, een kleine, maar niet nul, kans om te vernietigen met elk ander deeltje donkere materie dat ermee in botsing komt. De energie die vrijkomt als gevolg van de botsing kunnen we potentieel gebruiken.

Hiervoor is mogelijk bewijs. Als resultaat van waarnemingen is vastgesteld dat de Melkweg en andere sterrenstelsels een onverklaarbare overmaat gammastraling hebben die uit hun centra komt, waar de concentratie van donkere energie het hoogst zou moeten zijn. Het is altijd mogelijk dat hier een simpele astrofysische verklaring voor is, bijvoorbeeld pulsars. Het is echter mogelijk dat dit nog steeds donkere materie is die zichzelf vernietigt met zichzelf in het centrum van de melkweg en dus ons een ongelooflijk idee geeft - een ruimteschip op donkere materie.

Het voordeel van deze methode is dat donkere materie letterlijk overal in de melkweg voorkomt. Dit betekent dat we tijdens de reis geen brandstof hoeven mee te nemen. In plaats daarvan kan de 'reactor' van donkere energie eenvoudig het volgende doen:

  • neem elke donkere materie die in de buurt is;
  • de vernietiging ervan versnellen of het op natuurlijke wijze laten vernietigen;
  • richt de ontvangen energie om om vaart te krijgen in elke gewenste richting.

Een mens zou de grootte en het vermogen van de reactor kunnen beheersen om de gewenste resultaten te bereiken.

Zonder de noodzaak van brandstof aan boord zullen veel van de problemen van voortstuwingsaangedreven ruimtereizen verdwijnen. In plaats daarvan zullen we in staat zijn om de gekoesterde droom van elke reis te verwezenlijken - onbeperkte constante versnelling. Dit geeft ons het meest ondenkbare vermogen - het vermogen om tijdens één mensenleven elke plaats in het universum te bereiken.

Als we ons beperken tot bestaande rakettechnologieën, dan hebben we minstens tienduizenden jaren nodig om van de aarde naar het dichtstbijzijnde sterrenstelsel te reizen. Er zijn echter aanzienlijke vorderingen op het gebied van motortechnologie nabij, en ze zullen de reistijd terugbrengen tot één mensenleven. Als we het gebruik van nucleaire brandstof, kosmische laserstralen, antimaterie of zelfs donkere materie aankunnen, zullen we onze eigen droom vervullen en een ruimtebeschaving worden zonder het gebruik van ontwrichtende technologieën zoals warp-drives.

Er zijn veel mogelijke manieren om op wetenschap gebaseerde ideeën om te zetten in haalbare, real-world next-generation motortechnologieën. Het is goed mogelijk dat tegen het einde van de eeuw een ruimteschip, dat nog niet is uitgevonden, de plaats zal innemen van New Horizons, Pioneer en Voyager als de verste door mensen gemaakte objecten van de aarde. De wetenschap is al klaar. Het blijft aan ons om verder te kijken dan onze huidige technologie en deze droom waar te maken.

Aanbevolen: