Interstellar. Veda v zákulisí "- kniha pre tých, ktorí nie sú spokojní s filmom

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 04:09

Lifehacker zverejňuje úryvok z knihy Kip Thorne, amerického teoretického fyzika, autora nápadu na film Interstellar. Veľa moderných fyzikálnych teórií a myšlienok je prepletených do deja obrazu, ktorého vysvetlenie sa z väčšej časti ukázalo byť v zákulisí. Sme si preto istí, že kniha osloví ako filmových fanúšikov, tak aj záujemcov o fyziku.

Medzihviezdny let

Na prvom stretnutí profesor Brand povie Cooperovi o Lazarových výpravách s cieľom nájsť nový domov pre ľudstvo. Cooper odpovedá: „V slnečnej sústave nie sú žiadne obývateľné planéty a najbližšia hviezda je vzdialená tisíc rokov. To je, mierne povedané, nezmyselné. Tak kam ste ich poslali, profesor? Prečo je to zbytočné (ak nie je po ruke červia diera), je jasné, ak sa zamyslíte nad tým, aké veľké sú vzdialenosti k najbližším hviezdam.

Vzdialenosti k najbližším hviezdam

Najbližšia (nepočítajúc Slnko) hviezda, v ktorej sústave sa nachádza planéta vhodná na život, je Tau Ceti. Je 11,9 svetelných rokov od Zeme; to znamená, že cestujúc rýchlosťou svetla bude možné ho dosiahnuť za 11, 9 rokov. Teoreticky môžu existovať planéty vhodné pre život, ktoré sú nám bližšie, ale nie o veľa.

Aby sme zhodnotili, ako ďaleko je od nás Tau Ceti, použijeme analógiu v oveľa menšom meradle. Predstavte si, že toto je vzdialenosť z New Yorku do austrálskeho Perthu – asi polovica zemského obvodu. Najbližšia hviezda k nám (opäť nepočítajúc Slnko) je Proxima Centauri, vzdialená 4, 24 svetelných rokov od Zeme, no nič nenasvedčuje tomu, že by vedľa nej mohli byť obývateľné planéty. Ak je vzdialenosť k Tau Ceti New York - Perth, potom vzdialenosť k Proxima Centauri je New York - Berlín. O niečo bližšie ako Tau Ceti! Zo všetkých vesmírnych lodí bez posádky, ktoré ľudia vypustili do medzihviezdneho priestoru, sa Voyager 1, ktorý je teraz od Zeme vzdialený 18 svetelných hodín, dostal najďalej. Jeho cesta trvala 37 rokov. Ak je vzdialenosť k Tau Ceti vzdialenosťou z New Yorku do Perthu, potom je vzdialenosť od Zeme k Voyageru 1 len tri kilometre: ako od Empire State Building po južný okraj Greenwich Village. To je oveľa menej ako z New Yorku do Perthu.

Zo Zeme je to ešte bližšie k Saturnu – 200 metrov, dva bloky od Empire State Building po Park Avenue. Zo Zeme na Mars - 20 metrov a zo Zeme na Mesiac (najväčšia vzdialenosť, akú ľudia doteraz prešli) - iba sedem centimetrov! Porovnajte sedem centimetrov s polovicou cesty okolo sveta! Už chápete, aký skok musí nastať v technológii, aby ľudstvo mohlo dobyť planéty mimo slnečnej sústavy?

Rýchlosť letu v XXI storočí

Voyager 1 (zrýchľovaný gravitačnými závesmi okolo Jupitera a Saturnu) sa vzďaľuje od slnečnej sústavy rýchlosťou 17 kilometrov za sekundu. V Interstellar cestuje sonda Endurance zo Zeme na Saturn za dva roky, priemernou rýchlosťou asi 20 kilometrov za sekundu. Najvyššia dosiahnuteľná rýchlosť v 21. storočí pri použití raketových motorov v kombinácii s gravitačnými prakmi bude podľa mňa okolo 300 kilometrov za sekundu. Ak cestujeme do Proxima Centauri rýchlosťou 300 kilometrov za sekundu, let bude trvať 5 000 rokov a let do Tau Ceti bude trvať 13 000 rokov. Niečo príliš dlhé. Aby ste sa s technológiami XXI storočia dostali rýchlejšie na takú vzdialenosť, potrebujete niečo ako červiu dieru.

Technológie ďalekej budúcnosti

Nešikovní vedci a inžinieri vynaložili veľké úsilie, aby vyvinuli princípy budúcich technológií, vďaka ktorým by sa let v blízkosti svetla stal realitou. Na internete nájdete dostatok informácií o takýchto projektoch. Obávam sa však, že potrvá viac ako sto rokov, kým ich ľudia budú môcť priviesť k životu. Podľa mňa však presviedčajú, že pre supervyspelé civilizácie je celkom možné cestovať rýchlosťou jednej desatiny rýchlosti svetla a vyššou.

Tu sú tri možnosti cestovania v blízkosti svetla, ktoré považujem za obzvlášť zaujímavé *.

Termonukleárna fúzia

Fusion je najobľúbenejšia z týchto troch možností. Výskumné a vývojové práce na vytvorení elektrární založených na riadenej termonukleárnej fúzii sa začali v roku 1950 a tieto projekty budú korunované plným úspechom až v roku 2050. Storočie výskumu a vývoja!

To hovorí niečo o rozsahu zložitosti. Nech sa do roku 2050 objavia na Zemi termonukleárne elektrárne, ale čo možno povedať o vesmírnych letoch na termonukleárny ťah? Motory najúspešnejších konštrukcií budú schopné poskytovať rýchlosť okolo 100 kilometrov za sekundu a do konca tohto storočia pravdepodobne až 300 kilometrov za sekundu. Pre rýchlosti blízke svetlu však bude potrebný úplne nový princíp využitia termonukleárnych reakcií. Možnosti termonukleárnej fúzie možno posúdiť pomocou jednoduchých výpočtov. Keď sa dva atómy deutéria (ťažkého vodíka) spoja a vytvoria atóm hélia, približne 0,0064 ich hmotnosti (približne zaokrúhlené na jedno percento) sa premení na energiu. Ak ju premeníte na kinetickú energiu (energiu pohybu) atómu hélia, tak atóm nadobudne rýchlosť desatiny rýchlosti svetla **.

Ak teda dokážeme premeniť všetku energiu získanú z fúzie jadrového paliva (deutéria) na smerový pohyb kozmickej lode, tak dosiahneme rýchlosť cca c/10 a ak budeme bystrí, tak aj o niečo vyššiu. V roku 1968 Freeman Dyson, pozoruhodný fyzik, opísal a preskúmal primitívnu kozmickú loď poháňanú fúziou schopnú – v rukách dostatočne vyspelej civilizácie – poskytnúť rýchlosti tohto rádu. Termonukleárne bomby ("vodíkové" bomby) explodujú bezprostredne za pologuľovým tlmičom, ktorého priemer je 20 kilometrov. Výbuchy tlačia loď dopredu a zrýchľujú ju podľa najodvážnejších odhadov Dysona na jednu tridsatinu rýchlosti svetla. Pokročilejší dizajn môže byť schopný viac. V roku 1968 Dyson dospel k záveru, že motor tohto typu bude možné použiť najskôr na konci XXII. storočia, teda o 150 rokov. Myslím si, že toto hodnotenie je príliš optimistické.

[…]

Akokoľvek atraktívne sa môžu zdať všetky tieto technológie budúcnosti, slovo „budúcnosť“je tu kľúčové. S technológiou 21. storočia nie sme schopní dosiahnuť iné hviezdne systémy za menej ako tisíce rokov. Našou jedinou strašidelnou nádejou na medzihviezdny let je červia diera ako v Interstellar alebo nejaká iná extrémna forma zakrivenia časopriestoru.