Interstellêr. Science Behind the Scenes "- 'n boek vir diegene wat nie tevrede is met die film nie

2024 Outeur: Malcolm Clapton | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 03:44

Lifehacker publiseer 'n uittreksel uit 'n boek deur Kip Thorne, 'n Amerikaanse teoretiese fisikus, skrywer van die idee vir die film Interstellar. Baie moderne fisiese teorieë en idees is verweef in die plot van die prent, waarvan die verduideliking meestal agter die skerms blyk te wees. Daarom is ons seker dat die boek aanklank sal vind by beide filmaanhangers en diegene wat in fisika belangstel.

Interstellêre vlug

By die eerste ontmoeting vertel professor Brand vir Cooper van die Lasarus-ekspedisies om 'n nuwe tuiste vir die mensdom te vind. Cooper antwoord: “Daar is geen bewoonbare planete in die sonnestelsel nie, en die naaste ster is duisend jaar weg. Dit is, om dit sagkens te stel, sinneloos. So waarheen het jy hulle gestuur, professor? Hoekom dit nutteloos is (as daar geen wurmgat byderhand is nie), is dit duidelik as jy dink hoe groot die afstande na die naaste sterre is.

Afstande na naaste sterre

Die naaste (die Son nie ingereken nie) ster in die stelsel waarvan 'n planeet wat geskik is vir lewe gevind kan word, is Tau Ceti. Dit is 11,9 ligjare van die Aarde af; dit wil sê, reis teen die spoed van lig, sal dit moontlik wees om dit in 11, 9 jaar te bereik. Teoreties kan daar planete wees wat geskik is vir lewe, wat nader aan ons is, maar nie veel nie.

Om te bepaal hoe ver Tau Ceti van ons af is, kom ons gebruik 'n analogie op 'n baie kleiner skaal. Stel jou voor dat dit die afstand van New York na Perth in Australië is – omtrent die helfte van die aarde se omtrek. Die naaste ster aan ons (weereens, die Son nie ingereken nie) is Proxima Centauri, 4, 24 ligjare van die Aarde af, maar daar is geen bewyse dat daar bewoonbare planete langsaan kan wees nie. As die afstand na Tau Ceti New York - Perth is, dan is die afstand na Proxima Centauri New York - Berlyn. 'n Bietjie nader as Tau Ceti! Van al die onbemande ruimtetuie wat deur mense in die interstellêre ruimte gelanseer is, het Voyager 1, wat nou 18 lig-ure van die aarde is, die verste bereik. Sy reis het 37 jaar geduur. As die afstand na Tau Ceti die afstand van New York na Perth is, dan is die afstand van die Aarde na Voyager 1 slegs drie kilometer: soos van die Empire State-gebou tot aan die suidelike rand van Greenwich Village. Dit is baie minder as van New York na Perth.

Dis selfs nader aan Saturnus van die Aarde af – 200 meter, twee blokke van die Empire State-gebou na Parklaan. Van die Aarde na Mars - 20 meter, en van die Aarde na die Maan (die grootste afstand wat mense tot dusver afgelê het) - slegs sewe sentimeter! Vergelyk sewe sentimeter met 'n halwe reis om die wêreld! Verstaan jy nou watter sprong in tegnologie moet plaasvind sodat die mensdom planete buite die sonnestelsel kan verower?

Vlugspoed in die XXI eeu

Voyager 1 (versnel met gravitasie-stroppe rondom Jupiter en Saturnus) beweeg weg van die sonnestelsel teen 'n spoed van 17 kilometer per sekonde. In Interstellar reis die Endurance-ruimtetuig binne twee jaar van die Aarde na Saturnus, teen 'n gemiddelde spoed van sowat 20 kilometer per sekonde. Die hoogste spoed wat in die 21ste eeu bereik kan word wanneer vuurpylenjins in kombinasie met gravitasie-slingervelle gebruik word, sal na my mening sowat 300 kilometer per sekonde wees. As ons teen 300 kilometer per sekonde na Proxima Centauri reis, sal die vlug 5 000 jaar neem, en die vlug na Tau Ceti sal 13 000 jaar neem. Iets te lank. Om vinniger tot so 'n afstand te kom met die tegnologieë van die XXI eeu, het jy iets soos 'n wurmgat nodig.

Tegnologie van die verre toekoms

Dodgy wetenskaplikes en ingenieurs het baie moeite gedoen om die beginsels van toekomstige tegnologieë te ontwikkel wat nabyligvlug 'n werklikheid sal maak. Jy sal genoeg inligting oor sulke projekte op die internet kry. Maar ek is bevrees dit sal meer as honderd jaar neem voordat mense hulle tot lewe sal kan bring. Na my mening oortuig hulle egter dat vir superontwikkelde beskawings reis met spoed van een tiende van die spoed van lig en hoër heel moontlik is.

Hier is drie naby-lig reis opsies wat ek veral interessant vind *.

Termonukleêre samesmelting

Fusion is die gewildste van hierdie drie opsies. Navorsings- en ontwikkelingswerk oor die skepping van kragsentrales gebaseer op beheerde termonukleêre samesmelting het in 1950 begin, en hierdie projekte sal eers in 2050 met volle sukses gekroon word. 'n Eeu van navorsing en ontwikkeling!

Dit sê iets oor die omvang van die kompleksiteit. Laat termonukleêre kragsentrales teen 2050 op aarde verskyn, maar wat kan gesê word oor ruimtevlugte op termonukleêre stoot? Die enjins van die suksesvolste ontwerpe sal spoed van sowat 100 kilometer per sekonde kan lewer, en teen die einde van hierdie eeu, vermoedelik tot 300 kilometer per sekonde. Vir nabyligsnelhede sal 'n heeltemal nuwe beginsel van die gebruik van termonukleêre reaksies egter vereis word. Die moontlikhede van termonukleêre samesmelting kan met behulp van eenvoudige berekeninge beoordeel word. Wanneer twee atome deuterium (swaar waterstof) saamsmelt om 'n heliumatoom te vorm, word ongeveer 0,0064 van hul massa (ongeveer rond een persent) in energie omgeskakel. As jy dit omskakel in kinetiese energie (bewegingsenergie) van 'n heliumatoom, sal die atoom 'n spoed van een tiende van die ligspoed ** verkry.

As ons dus al die energie verkry uit die samesmelting van kernbrandstof (deuterium) in die rigtingbeweging van die ruimtetuig kan omskakel, dan sal ons 'n spoed van ongeveer c / 10 bereik, en as ons slim is, selfs 'n bietjie hoër. In 1968 het Freeman Dyson, 'n merkwaardige fisikus, 'n primitiewe fusie-aangedrewe ruimtetuig beskryf en ondersoek wat - in die hande van 'n voldoende gevorderde beskawing - spoed van hierdie orde van grootte kan verskaf. Termonukleêre bomme ("waterstof"-bomme) ontplof onmiddellik agter die halfronde skokbreker, waarvan die deursnee 20 kilometer is. Die ontploffings stoot die skip vorentoe en versnel dit, volgens Dyson se mees gewaagde skattings, tot een dertigste van die spoed van lig. 'n Meer gevorderde ontwerp kan tot meer in staat wees. In 1968 het Dyson tot die gevolgtrekking gekom dat dit moontlik sou wees om 'n enjin van hierdie tipe nie vroeër as aan die einde van die XXII eeu, 150 jaar van nou af, te gebruik nie. Ek dink hierdie beoordeling is te optimisties.

[…]

So aantreklik soos al hierdie tegnologieë van die toekoms mag lyk, is die woord "toekoms" hier die sleutel. Met 21ste-eeuse tegnologie is ons nie in staat om ander sterstelsels binne minder as duisende jare te bereik nie. Ons enigste spookagtige hoop vir 'n interstellêre vlug is 'n wurmgat, soos in Interstellar, of 'n ander uiterste vorm van ruimte-tyd-kromming.