Жұлдызаралық. Сахна артындағы ғылым» - фильмге көңілі толмайтындарға арналған кітап

2024 Автор: Malcolm Clapton | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 04:02

Lifehacker американдық физик-теоретик, Interstellar фильмінің идеясының авторы Кип Торнның кітабынан үзінді жариялады. Көптеген заманауи физикалық теориялар мен идеялар картинаның сюжетімен біріктірілген, олардың түсіндірмесі көбінесе сахнаның артында болды. Сондықтан, кітап киносүйер қауымға да, физикаға қызығатындарға да ұнайтынына сенімдіміз.

Жұлдызаралық ұшу

Бірінші кездесуде профессор Брэнд Куперге адамзат үшін жаңа үй табу үшін Лазардың экспедициялары туралы айтады. Купер былай деп жауап береді: «Күн жүйесінде өмір сүруге болатын планеталар жоқ, ал ең жақын жұлдыз мың жыл қашықтықта. Бұл, жұмсартып айтқанда, мағынасыз. Сонда сіз оларды қайда жібердіңіз, профессор? Неліктен бұл мағынасыз (егер қолыңызда құрт жоқ болса), ең жақын жұлдыздарға дейінгі қашықтық қаншалықты үлкен екенін ойласаңыз, түсінікті болады.

Ең жақын жұлдыздарға дейінгі қашықтық

Жүйесінде өмір сүруге қолайлы планета табуға болатын ең жақын (Күнді есептемегенде) жұлдыз – Тау Цети. Ол Жерден 11,9 жарық жылы; яғни жарық жылдамдығымен жүріп, оған 11, 9 жылда жетуге болады. Теориялық тұрғыдан алғанда, өмір сүруге қолайлы планеталар болуы мүмкін, олар бізге жақынырақ, бірақ көп емес.

Тау Цети бізден қаншалықты алыс екенін бағалау үшін аналогияны анағұрлым кішірек масштабта қолданайық. Елестетіп көріңізші, бұл Нью-Йорктен Австралиядағы Пертке дейінгі қашықтық - шамамен жер шеңберінің жартысы. Бізге ең жақын жұлдыз (тағы да, Күнді есептемегенде) Жерден 4, 24 жарық жылы қашықтықта орналасқан Проксима Центаври, бірақ оның жанында өмір сүретін планеталар болуы мүмкін екендігі туралы ешқандай дәлел жоқ. Тау Цетиге дейінгі қашықтық Нью-Йорк – Перт болса, Проксима Центавриге дейінгі қашықтық Нью-Йорк – Берлин. Тау Цетиден сәл жақынырақ! Жұлдызаралық кеңістікке адамдар ұшырған ұшқышсыз ғарыш аппараттарының ішінде қазір Жерден 18 жарық сағатта орналасқан Voyager 1 ең алысқа жетті. Оның саяхаты 37 жылға созылды. Егер Тау Цетиге дейінгі қашықтық Нью-Йорктен Пертке дейінгі қашықтық болса, Жерден Вояжер 1-ге дейінгі қашықтық небәрі үш шақырымды құрайды: Эмпайр Стейт Билдингтен Гринвич ауылының оңтүстік шетіне дейін. Бұл Нью-Йорктен Пертке қарағанда әлдеқайда аз.

Ол Жерден Сатурнға одан да жақын – 200 метр, Эмпайр Стейт Билдингтен Парк авенюге дейін екі блок. Жерден Марсқа дейін – 20 метр, ал Жерден Айға дейін (адамдар осы уақытқа дейін жүріп өткен ең үлкен қашықтық) – небәрі жеті сантиметр! Жеті сантиметрді әлем бойынша жарты айналыммен салыстырыңыз! Енді адамзат күн жүйесінен тыс планеталарды жаулап алуы үшін технологияда қандай секіріс болуы керек екенін түсінесіз бе?

XXI ғасырдағы ұшу жылдамдығы

Voyager 1 (Юпитер мен Сатурн айналасындағы гравитациялық итарқалармен жеделдетілген) Күн жүйесінен секундына 17 шақырым жылдамдықпен алыстап барады. Interstellar-да «Endurance» ғарыш кемесі Жерден Сатурнға екі жылда, орташа есеппен секундына 20 шақырымдай жылдамдықпен барады. 21 ғасырда зымыран қозғалтқыштарын гравитациялық итергіштермен бірге пайдаланған кезде қол жеткізуге болатын ең жоғары жылдамдық, менің ойымша, секундына шамамен 300 шақырымды құрайды. Проксима Центавриге секундына 300 шақырым жылдамдықпен баратын болсақ, ұшуға 5000 жыл, Тау Четиге ұшуға 13000 жыл қажет болады. Тым ұзақ нәрсе. ХХІ ғасыр технологияларымен мұндай қашықтыққа тезірек жету үшін құрт тесігі сияқты нәрсе керек.

Алыс болашақтың технологиялары

Жақын ғалымдар мен инженерлер жарыққа жақын ұшуды шындыққа айналдыратын болашақ технологиялардың принциптерін әзірлеу үшін көп күш жұмсады. Интернетте мұндай жобалар туралы жеткілікті ақпаратты таба аласыз. Бірақ мен адамдар оларды өмірге әкелу үшін жүз жылдан астам уақыт кетеді деп қорқамын. Дегенмен, менің ойымша, олар өте дамыған өркениеттер үшін жарық жылдамдығының оннан бір бөлігі және одан да жоғары жылдамдықпен саяхаттау әбден мүмкін екеніне сенеді.

Міне, мен өте қызықты деп санайтын үш жеңіл саяхат нұсқасы бар *.

Термоядролық синтез

Fusion - осы үш опцияның ішіндегі ең танымалы. Басқарылатын термоядролық синтез негізінде электр станцияларын құру бойынша ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстар 1950 жылы басталды және бұл жобалар 2050 жылға дейін толық табысқа ие болмайды. Ғылыми-зерттеу және даму ғасыры!

Бұл күрделіліктің ауқымы туралы бірдеңе айтады. 2050 жылға қарай Жерде термоядролық электр станциялары пайда болсын, бірақ термоядролық күшпен ғарыштық ұшулар туралы не айтуға болады? Ең сәтті конструкциялардың қозғалтқыштары секундына шамамен 100 шақырым жылдамдықты қамтамасыз ете алады, ал осы ғасырдың соңына қарай секундына 300 шақырымға дейін жетеді. Дегенмен, жарыққа жақын жылдамдықтар үшін термоядролық реакцияларды қолданудың мүлдем жаңа принципі қажет болады. Термоядролық синтездің мүмкіндіктерін қарапайым есептеулер арқылы бағалауға болады. Дейтерийдің екі атомы (ауыр сутегі) гелий атомын түзу үшін біріктірілгенде, олардың массасының шамамен 0,0064-і (шамамен бір пайызды құрайды) энергияға айналады. Егер сіз оны гелий атомының кинетикалық энергиясына (қозғалыс энергиясына) айналдырсаңыз, онда атом жарық жылдамдығының оннан бір жылдамдығына ие болады **.

Демек, ядролық отынның (дейтерийдің) қосылуынан алынған барлық энергияны ғарыш аппаратының бағытты қозғалысына айналдыра алсақ, онда шамамен с/10 жылдамдыққа жетеміз, ал егер біз ақылды болсақ, одан да сәл жоғары. 1968 жылы көрнекті физик Фриман Дайсон жеткілікті дамыған өркениеттің қолында осы шама тәртібінің жылдамдығын қамтамасыз ете алатын қарапайым синтезбен жұмыс істейтін ғарыш аппаратын сипаттап, зерттеді. Термоядролық бомбалар («сутегі» бомбалары) диаметрі 20 километр болатын жарты шар тәрізді амортизатордың артында бірден жарылады. Жарылыстар кемені алға қарай итеріп, оны Дайсонның ең батыл бағалауы бойынша жарық жылдамдығының отыздан бір бөлігіне дейін үдетеді. Неғұрлым жетілдірілген дизайн көп нәрсеге қабілетті болуы мүмкін. 1968 жылы Дайсон осы типтегі қозғалтқышты 150 жылдан кейін ХХІІ ғасырдың аяғында қолдануға болады деген қорытындыға келді. Менің ойымша, бұл бағалау тым оптимистік.

[…]

Болашақтың барлық осы технологиялары қаншалықты тартымды көрінгенімен, мұнда «болашақ» сөзі маңызды. 21-ғасыр технологиясымен біз мыңдаған жылдардан аз уақытта басқа жұлдыздық жүйелерге жете алмаймыз. Жұлдызаралық ұшуға деген біздің жалғыз елес үмітіміз - Жұлдызаралықтағы сияқты құрт тесігі немесе кеңістік-уақыт қисаюының басқа экстремалды формасы.