Forfatteren af artiklen fortæller detaljeret om fire lovende teknologier, der giver mennesker muligheden for at nå et hvilket som helst sted i universet i løbet af et menneskeliv. Til sammenligning: Når man bruger moderne teknologi, vil stien til et andet stjernesystem tage omkring 100 tusind år.
Lige siden mennesket først kiggede ud på nattehimmelen, drømmer vi om at besøge andre verdener og se universet. Og selvom vores kemiske drevne raketter allerede har nået mange planeter, måner og andre kroppe i solsystemet, dækkede rumfartøjet længst fra Jorden, Voyager 1, kun 22,3 milliarder kilometer. Dette er kun 0,056% af afstanden til det nærmeste kendte stjernesystem. Ved hjælp af moderne teknologi vil vejen til et andet stjernesystem tage omkring 100 tusind år.
Der er dog ikke behov for at handle, som vi altid har gjort. Effektiviteten af at sende køretøjer med en stor nyttemasse, selv med folk om bord, over hidtil usete afstande i universet kan forbedres markant, hvis den rigtige teknologi bruges. Mere specifikt er der fire lovende teknologier, der kan få os til stjernerne på meget kortere tid. Her er de.
1). Atomteknologi. Indtil videre i menneskets historie har alt rumfartøj, der er lanceret i rummet, én ting til fælles: en kemisk drevet motor. Ja, raketbrændstof er en speciel blanding af kemikalier designet til at give maksimal træk. Udtrykket "kemikalier" er vigtigt her. Reaktionerne, der giver energi til motoren, er baseret på omfordelingen af bindinger mellem atomer.
Dette begrænser vores handlinger grundlæggende! Det overvældende flertal af massen af et atom falder på dets kerne - 99,95%. Når en kemisk reaktion begynder, distribueres elektronerne, der drejer omkring atomer, og frigiver normalt som energi ca. 0,0001% af den samlede masse af atomer, der deltager i reaktionen, ifølge Einsteins berømte ligning: E = mc2. Det betyder, at for hvert kilogram brændstof, der indlæses i raketten, under reaktionen, får du energi svarende til ca. 1 milligram.
Hvis der bruges nuklearfyrede raketter, vil situationen imidlertid være dramatisk anderledes. I stedet for at stole på ændringer i konfigurationen af elektroner og hvordan atomer binder til hinanden, kan du frigive en relativt enorm mængde energi ved at påvirke, hvordan atomernes kerner er forbundet med hinanden. Når du fissionerer et uranatom ved at bombardere det med neutroner, udsender det meget mere energi end nogen kemisk reaktion. 1 kilo uranium-235 kan frigive en mængde energi svarende til 911 mg masse, som er næsten tusind gange mere effektiv end kemisk brændstof.
Vi kunne gøre motorerne endnu mere effektive, hvis vi mestrer nuklear fusion. For eksempel et system med inertial kontrolleret termonukleær fusion, ved hjælp af hvilket det ville være muligt at syntetisere brint til helium, forekommer en sådan kædereaktion på Solen. Syntesen af 1 kilo brintbrændstof til helium omdanner 7,5 kg masse til ren energi, hvilket er næsten 10 tusind gange mere effektivt end kemisk brændstof.
Tanken er at få den samme acceleration for en raket i en meget længere periode: hundreder eller endda tusinder af gange længere end nu, hvilket ville give dem mulighed for at udvikle hundreder eller tusinder af gange hurtigere end konventionelle raketter i dag. En sådan metode ville reducere tiden for den interstellære flyvning til hundreder eller endda ti år. Dette er en lovende teknologi, som vi vil kunne bruge inden 2100, afhængigt af tempoet og retningen for videnskabsudviklingen.
Salgsfremmende video:
2). En stråle af kosmiske lasere. Denne idé er kernen i gennembrudet Starshot-projektet, der fik prominens for flere år siden. I årenes løb har konceptet ikke mistet sin attraktivitet. Mens en konventionel raket bærer brændstof med sig og bruger den til at accelerere, er nøgletanken med denne teknologi en stråle af kraftige lasere, der giver rumfartøjet den nødvendige impuls. Med andre ord kobles accelerationskilden fra selve skibet.
Dette koncept er både spændende og revolutionerende på mange måder. Laserteknologier udvikler sig med succes og bliver ikke kun mere magtfulde, men også stærkt kollimeret. Så hvis vi skaber et sejllignende materiale, der reflekterer en høj nok procentdel af laserlys, kan vi bruge et laserskud til at få rumskibet til at udvikle kolossale hastigheder. Et "rumskib", der vejer ~ 1 gram, forventes at nå en hastighed på ~ 20% af lysets hastighed, hvilket vil give det mulighed for at flyve til den nærmeste stjerne, Proxima Centauri, på kun 22 år.
Naturligvis vil vi være nødt til at skabe en enorm laserstråle (ca. 100 km2), og dette skal gøres i rummet, selvom der er mere et problem i omkostningerne og ikke inden for teknologi eller videnskab. Der er dog en række problemer, der skal løses for at kunne gennemføre et sådant projekt. Blandt dem:
- et sejl, der ikke understøttes, vil rotere, en slags (endnu ikke udviklet) stabiliseringsmekanisme kræves;
- manglende evne til at bremse, når destinationen nås, da der ikke er noget brændstof om bord;
- selvom det viser sig at skalere enheden til transport af mennesker, vil en person ikke være i stand til at overleve med en enorm acceleration - en betydelig forskel i hastighed på kort tid.
Måske en dag teknologien vil være i stand til at føre os til stjernerne, men der er ingen vellykket metode for en person til at nå en hastighed svarende til ~ 20% af lysets hastighed.
3). Antimaterie brændstof. Hvis vi stadig vil have brændstof med os, kan vi gøre det så effektivt som muligt: Det vil være baseret på udslettelse af partikler og antipartikler. I modsætning til kemisk eller nukleart brændstof, hvor kun en brøkdel af massen om bord omdannes til energi, bruger partikel-antipartikeludslip 100% af massen af både partikler og antipartikler. Evnen til at konvertere alt brændstof til pulserende energi er det højeste niveau af brændstofeffektivitet.
Der opstår vanskeligheder ved anvendelse af denne metode i praksis på tre hovedområder. Konkret:
- skabelse af stabilt neutralt antimaterie;
- evnen til at isolere det fra almindeligt stof og præcist kontrollere det;
- producer antimateriale i store nok mængder til interstellar flyvning.
Heldigvis arbejdes der allerede med de to første udgaver.
Den Europæiske Organisation for Nuklear Forskning (CERN), der er hjemsted for Large Hadron Collider, har et enormt kompleks kendt som "antimateriefabrik". Der undersøger seks uafhængige hold af forskere egenskaber ved antimateriale. De tager antiprotoner og bremser dem ned og tvinger positronen til at binde til dem. Sådan oprettes antistoffer eller neutral antimaterie.
De isolerer disse antatomer i en beholder med forskellige elektriske og magnetiske felter, der holder dem på plads, væk fra væggene i en container lavet af stof. Midt i 2020 har de med succes isoleret og stabiliseret flere antatomer i en time ad gangen. I løbet af de næste par år vil forskere være i stand til at kontrollere bevægelsen af antimateriale inden for tyngdefeltet.
Denne teknologi vil ikke være tilgængelig for os i den nærmeste fremtid, men det kan vise sig, at vores hurtigste måde at interstellar rejser er en antimateriel raket.
4). Starship om mørk materie. Denne mulighed er bestemt afhængig af antagelsen om, at enhver partikel, der er ansvarlig for mørkt stof, opfører sig som en boson og er dens egen antipartikel. I teorien har mørkt stof, som er dets egen antipartikel, en lille, men ikke nul, chance for at udslette med enhver anden partikel af mørkt stof, der kolliderer med det. Vi kan potentielt bruge den frigjorte energi som følge af kollisionen.
Der er muligvis bevis for dette. Som et resultat af observationer er det blevet konstateret, at Mælkevejen og andre galakser har et uforklarligt overskud af gammastråling, der kommer fra deres centre, hvor koncentrationen af mørk energi skal være den højeste. Der er altid muligheden for, at der er en simpel astrofysisk forklaring på dette, for eksempel pulsarer. Det er dog muligt, at dette stadig er mørkt stof, der ødelægger sig selv i midten af galaksen og dermed giver os en utrolig idé - et stjerneskib på mørk stof.
Fordelen ved denne metode er, at mørkt stof findes bogstaveligt talt overalt i galaksen. Det betyder, at vi ikke behøver at have brændstof med os på turen. I stedet kan den mørke energi "reaktor" ganske enkelt gøre følgende:
- tage ethvert mørkt stof, der er i nærheden;
- fremskynde dens udslettelse eller lade det ødelægge naturligt;
- omdiriger den modtagne energi for at få fart i enhver ønsket retning.
Et menneske kunne kontrollere størrelsen og effekten af reaktoren for at opnå de ønskede resultater.
Uden behov for brændstof om bord forsvinder mange af problemerne med fremdrivningsdrevet rumfart. I stedet vil vi være i stand til at nå den elskede drøm om enhver rejse - ubegrænset konstant acceleration. Dette vil give os den mest tænkelige evne - evnen til at nå ethvert sted i universet i løbet af et menneskeliv.
Hvis vi begrænser os til eksisterende raketteknologier, har vi brug for mindst titusinder af år til at rejse fra Jorden til det nærmeste stjernesystem. Imidlertid er betydelige fremskridt inden for motorteknologi tæt på, og de vil reducere rejsetider til et menneskeligt liv. Hvis vi kan klare brugen af nukleart brændstof, kosmiske laserstråler, antimaterie eller endda mørkt stof, vil vi opfylde vores egen drøm og blive en rumcivilisation uden brug af forstyrrende teknologier såsom warp-drev.
Der er mange mulige måder at omdanne videnskabsbaserede ideer til gennemførlige, næste generations motorteknologier i den virkelige verden. Det er meget muligt, at slutningen af århundrede et rumskib, som endnu ikke er opfundet, vil indtage stedet for New Horizons, Pioneer og Voyager som de fjerneste menneskeskabte genstande fra Jorden. Videnskaben er allerede klar. Det er tilbage for os at se ud over vores nuværende teknologi og gøre denne drøm til virkelighed.
