Interstellar. Nauka iza scene" - knjiga za one koji nisu zadovoljni filmom

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 03:49

Lifehacker objavljuje odlomak iz knjige Kipa Thornea, američkog teoretskog fizičara, autora ideje za film Interstellar. Mnogo modernih fizičkih teorija i ideja isprepleteno je u radnju slike, čije se objašnjenje uglavnom pokazalo iza scene. Stoga smo sigurni da će se knjiga svidjeti kako ljubiteljima filma, tako i onima koje zanima fizika.

Međuzvjezdani let

Na prvom sastanku, profesor Brand govori Cooperu o Lazarusovim ekspedicijama da pronađu novi dom za čovječanstvo. Kuper odgovara: „U Sunčevom sistemu nema naseljivih planeta, a najbliža zvezda je udaljena hiljadu godina. Ovo je, najblaže rečeno, besmisleno. Pa gde ste ih poslali, profesore? Zašto je to besmisleno (ako nema crvotočine pri ruci), jasno je ako razmislite koliko su velike udaljenosti do najbližih zvijezda.

Udaljenosti do najbližih zvijezda

Najbliža (ne računajući Sunce) zvijezda u čijem sistemu se može naći planeta pogodna za život je Tau Ceti. Udaljen je 11,9 svjetlosnih godina od Zemlje; odnosno, putujući brzinom svjetlosti, moći će se doći do nje za 11, 9 godina. Teoretski, možda postoje planete pogodne za život, koje su nam bliže, ali ne mnogo.

Da bismo procijenili koliko je Tau Ceti udaljen od nas, upotrijebimo analogiju na mnogo manjoj skali. Zamislite da je ovo udaljenost od New Yorka do Pertha u Australiji - otprilike polovina Zemljinog obima. Nama najbliža zvijezda (opet, ne računajući Sunce) je Proksima Kentauri, udaljena 4, 24 svjetlosne godine od Zemlje, ali nema dokaza da pored nje mogu postojati naseljive planete. Ako je udaljenost do Tau Cetija New York - Perth, tada je udaljenost do Proxima Centauri New York - Berlin. Malo bliže od Tau Cetija! Od svih svemirskih letjelica koje su ljudi lansirali u međuzvjezdani prostor, Voyager 1, koji je sada udaljen 18 svjetlosnih sati od Zemlje, stigao je najdalje. Njegovo putovanje trajalo je 37 godina. Ako je udaljenost do Tau Cetija udaljenost od New Yorka do Pertha, onda je udaljenost od Zemlje do Voyagera 1 samo tri kilometra: kao od Empire State Buildinga do južnog ruba Greenwich Villagea. Ovo je mnogo manje nego od New Yorka do Pertha.

Još je bliže Saturnu od Zemlje - 200 metara, dva bloka od Empire State Buildinga do Park Avenue. Od Zemlje do Marsa - 20 metara, a od Zemlje do Mjeseca (najveća udaljenost koju su ljudi do sada prešli) - samo sedam centimetara! Uporedite sedam centimetara sa pola puta oko svijeta! Da li sada shvatate kakav skok mora da se desi u tehnologiji da bi čovečanstvo moglo da osvoji planete izvan Sunčevog sistema?

Brzina leta u XXI veku

Voyager 1 (ubrzan gravitacionim trakama oko Jupitera i Saturna) se udaljava od Sunčevog sistema brzinom od 17 kilometara u sekundi. U Interstellaru, letjelica Endurance putuje od Zemlje do Saturna za dvije godine, prosječnom brzinom od oko 20 kilometara u sekundi. Najveća brzina koja se može postići u 21. veku pri upotrebi raketnih motora u kombinaciji sa gravitacionim praćkama biće, po mom mišljenju, oko 300 kilometara u sekundi. Ako putujemo do Proksime Centauri brzinom od 300 kilometara u sekundi, let će trajati 5.000 godina, a let do Tau Cetija 13.000 godina. Nešto predugo. Da biste brže došli do takve udaljenosti sa tehnologijama XXI veka, potrebno vam je nešto poput crvotočine.

Tehnologije daleke budućnosti

Dodgy naučnici i inženjeri su se potrudili da razviju principe budućih tehnologija koje bi letenje skoro svjetlom učinile stvarnošću. Na internetu ćete naći dovoljno informacija o ovakvim projektima. Ali bojim se da će proći više od sto godina prije nego što ih ljudi budu mogli oživjeti. Međutim, po mom mišljenju, oni uvjeravaju da je za superrazvijene civilizacije putovanje brzinom od jedne desetine brzine svjetlosti i više sasvim moguće.

Evo tri opcije za skoro lagana putovanja koje su mi posebno zanimljive *.

Termonuklearna fuzija

Fusion je najpopularnija od ove tri opcije. Istraživačko-razvojni rad na stvaranju elektrana baziranih na kontrolisanoj termonuklearnoj fuziji započeo je 1950. godine, a ovi projekti će biti okrunjeni punim uspjehom tek 2050. godine. Vek istraživanja i razvoja!

To nešto govori o skali složenosti. Neka se termonuklearne elektrane pojave na Zemlji do 2050. godine, ali šta reći o svemirskim letovima na termonuklearni potisak? Motori najuspešnijih dizajna moći će da obezbede brzinu od oko 100 kilometara u sekundi, a do kraja ovog veka, pretpostavlja se i do 300 kilometara u sekundi. Međutim, za brzine bliske svjetlosti bit će potreban potpuno novi princip korištenja termonuklearnih reakcija. Mogućnosti termonuklearne fuzije mogu se procijeniti jednostavnim proračunima. Kada se dva atoma deuterija (teškog vodonika) spoje u atom helija, otprilike 0,0064 njihove mase (otprilike jedan postotak) pretvara se u energiju. Ako je pretvorite u kinetičku energiju (energiju kretanja) atoma helija, tada će atom postići brzinu od jedne desetine brzine svjetlosti**.

Stoga, ako svu energiju dobivenu fuzijom nuklearnog goriva (deuterijuma) možemo pretvoriti u usmjereno kretanje letjelice, tada ćemo dostići brzinu od oko c/10, a ako smo pametni, čak i malo veću. Godine 1968. Freeman Dyson, izvanredni fizičar, opisao je i istražio primitivnu svemirsku letjelicu na fuzijski pogon sposobnu - u rukama dovoljno napredne civilizacije - pružiti brzine ovog reda veličine. Termonuklearne bombe ("vodoničke" bombe) eksplodiraju odmah iza poluloptastog amortizera, čiji je prečnik 20 kilometara. Eksplozije guraju brod naprijed, ubrzavajući ga, prema Dysonovim najhrabrijim procjenama, do jedne trideseti brzine svjetlosti. Napredniji dizajn može biti sposoban za više. Godine 1968. Dyson je došao do zaključka da bi bilo moguće koristiti motor ovog tipa ne prije nego na kraju XXII vijeka, za 150 godina od sada. Mislim da je ova procjena previše optimistična.

[…]

Koliko god sve ove tehnologije budućnosti izgledale privlačno, riječ „budućnost“je ključna ovdje. Sa tehnologijom 21. veka, nismo u mogućnosti da dopremo do drugih zvezdanih sistema za manje od hiljada godina. Naša jedina sablasna nada za međuzvjezdani let je crvotočina, kao u Interstellaru, ili neki drugi ekstremni oblik prostorno-vremenske zakrivljenosti.