בֵּין כּוֹכָבִי. המדע מאחורי הקלעים "- ספר למי שלא מרוצה מהסרט

2024 מְחַבֵּר: Malcolm Clapton | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 03:56

Lifehacker מפרסם קטע מספרו של קיפ תורן, פיזיקאי תיאורטי אמריקאי, מחבר הרעיון לסרט Interstellar. הרבה תיאוריות ורעיונות פיזיקליים מודרניים שזורים בעלילת התמונה, שההסבר שלהן התברר ברובו מאחורי הקלעים. לכן, אנו בטוחים שהספר יפנה הן לחובבי הקולנוע והן למתעניינים בפיזיקה.

טיסה בין כוכבית

בפגישה הראשונה, פרופסור ברנד מספר לקופר על משלחות לזרוס למציאת בית חדש לאנושות. קופר עונה: "אין כוכבי לכת ראויים למגורים במערכת השמש, והכוכב הקרוב ביותר נמצא במרחק של אלף שנים. זה, בלשון המעטה, חסר טעם. אז לאן שלחת אותם, פרופסור?" למה זה חסר טעם (אם אין חור תולעת בהישג יד), ברור אם חושבים כמה גדולים המרחקים לכוכבים הקרובים ביותר.

מרחקים לכוכבים הקרובים ביותר

הכוכב הקרוב ביותר (לא סופר את השמש) במערכת שלו ניתן למצוא כוכב לכת המתאים לחיים הוא טאו צטי. הוא נמצא במרחק של 11.9 שנות אור מכדור הארץ; כלומר, בנסיעה במהירות האור, ניתן יהיה להגיע אליו תוך 11, 9 שנים. תיאורטית, עשויים להיות כוכבי לכת המתאימים לחיים, שקרובים אלינו יותר, אבל לא בהרבה.

כדי להעריך עד כמה טאו צטי רחוק מאיתנו, הבה נשתמש באנלוגיה בקנה מידה קטן בהרבה. תארו לעצמכם שזהו המרחק מניו יורק לפרת' באוסטרליה - כמחצית מהיקף כדור הארץ. הכוכב הכי קרוב אלינו (שוב, לא סופר את השמש) הוא פרוקסימה קנטאורי, 4,24 שנות אור מכדור הארץ, אבל אין שום הוכחה שיכולים להיות כוכבי לכת ראויים למגורים לידו. אם המרחק ל-Tau Ceti הוא ניו יורק - פרת', אז המרחק לפרוקסימה קנטאורי הוא ניו יורק - ברלין. קצת יותר קרוב מטאו צטי! מכל החלליות הבלתי מאוישות ששוגרו על ידי בני אדם לחלל הבין-כוכבי, וויאג'ר 1, שנמצאת כעת במרחק של 18 שעות אור מכדור הארץ, הגיעה הכי רחוק. מסעו נמשך 37 שנים. אם המרחק ל-Tau Ceti הוא המרחק מניו יורק לפרת', אז המרחק מכדור הארץ לוויאג'ר 1 הוא רק שלושה קילומטרים: כמו מבניין האמפייר סטייט ועד לקצה הדרומי של גריניץ' וילג'. זה הרבה פחות מאשר מניו יורק לפרת'.

זה אפילו יותר קרוב לשבתאי מכדור הארץ - 200 מטר, שני רחובות מהאמפייר סטייט בילדינג לפארק אווניו. מכדור הארץ למאדים - 20 מטר, ומכדור הארץ לירח (המרחק הגדול ביותר שאנשים עברו עד כה) - שבעה סנטימטרים בלבד! השווה שבעה סנטימטרים לטיול חצי מסביב לעולם! עכשיו אתה מבין איזו קפיצה חייבת להתרחש בטכנולוגיה כדי שהאנושות תוכל לכבוש כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש?

מהירות טיסה במאה ה-XXI

וויאג'ר 1 (מואץ בעזרת מתלים כבידה סביב צדק ושבתאי) מתרחק ממערכת השמש במהירות של 17 קילומטרים לשנייה. ב-Interstellar, חללית Endurance נעה מכדור הארץ לשבתאי תוך שנתיים, במהירות ממוצעת של כ-20 קילומטרים לשנייה. המהירות הגבוהה ביותר שניתן להשיג במאה ה-21 בשימוש במנועי רקטות בשילוב עם רוגטקות כבידה תהיה, לדעתי, כ-300 קילומטרים לשנייה. אם ניסע לפרוקסימה קנטאורי במהירות של 300 ק מ לשנייה, הטיסה תארך 5,000 שנה, והטיסה לטאו צ'טי תארך 13,000 שנה. משהו ארוך מדי. כדי להגיע למרחק כזה מהר יותר עם הטכנולוגיות של המאה ה-XXI, אתה צריך משהו כמו חור תולעת.

טכנולוגיות של העתיד הרחוק

מדענים ומהנדסים מפוקפקים עשו מאמצים רבים כדי לפתח את העקרונות של טכנולוגיות עתידיות שיהפכו את הטיסה של כמעט אור למציאות. תמצא מספיק מידע על פרויקטים כאלה באינטרנט.אבל אני חושש שייקח יותר ממאה שנים עד שאנשים יצליחו להחיות אותם. עם זאת, לדעתי, הם משכנעים שעבור תרבויות מפותחות נסיעה במהירויות של עשירית ממהירות האור ומעלה היא בהחלט אפשרית.

להלן שלוש אפשרויות נסיעה כמעט אור שנראה לי מעניינות במיוחד *.

היתוך טרמו-גרעיני

פיוז'ן הוא הפופולרי ביותר מבין שלוש האפשרויות הללו. עבודת מחקר ופיתוח על יצירת תחנות כוח המבוססות על היתוך תרמו-גרעיני מבוקר החלו ב-1950, ופרויקטים אלו לא יוכתרו בהצלחה מלאה עד 2050. מאה של מחקר ופיתוח!

זה אומר משהו על היקף המורכבות. תן לתחנות כוח תרמו-גרעיניות להופיע על פני כדור הארץ עד שנת 2050, אבל מה ניתן לומר על טיסות לחלל בדחף תרמו-גרעיני? מנועי העיצובים המוצלחים ביותר יוכלו לספק מהירויות של כ-100 קילומטרים לשנייה, ועד סוף המאה הזו, ככל הנראה, עד 300 קילומטרים לשנייה. עם זאת, עבור מהירויות כמעט אור, יידרש עיקרון חדש לחלוטין של שימוש בתגובות תרמו-גרעיניות. ניתן להעריך את האפשרויות של היתוך תרמו-גרעיני באמצעות חישובים פשוטים. כאשר שני אטומים של דאוטריום (מימן כבד) מתמזגים ויוצרים אטום הליום, בערך 0.0064 מהמסה שלהם (מעגל בערך אחוז אחד) מומרים לאנרגיה. אם תמיר אותו לאנרגיה קינטית (אנרגיית תנועה) של אטום הליום, אז האטום יקבל מהירות של עשירית ממהירות האור **.

לכן, אם נצליח להמיר את כל האנרגיה המתקבלת מהיתוך של דלק גרעיני (דוטריום) לתנועה כיוונית של החללית, אז נגיע למהירות של כ-c/10, ואם נהיה חכמים, אפילו קצת יותר. ב-1968 פרימן דייסון, פיזיקאי יוצא דופן, תיאר וחקר חללית פרימיטיבית המונעת בהיתוך המסוגלת - בידיה של ציוויליזציה מתקדמת מספיק - לספק מהירויות בסדר גודל כזה. פצצות תרמו-גרעיניות ("פצצות מימן") מתפוצצות מיד מאחורי הבולם החמי-כדורי, שקוטרו 20 קילומטרים. הפיצוצים דוחפים את הספינה קדימה, ומאיצים אותה, על פי ההערכות הנועזות ביותר של דייסון, עד שלישית ממהירות האור. עיצוב מתקדם יותר עשוי להיות מסוגל ליותר. בשנת 1968 הגיע דייסון למסקנה שניתן יהיה להשתמש במנוע מסוג זה לא מוקדם יותר מאשר בסוף המאה ה-22, בעוד 150 שנה. אני חושב שההערכה הזו אופטימית מדי.

[…]

עד כמה שכל טכנולוגיות העתיד הללו נראות אטרקטיביות, המילה "עתיד" היא המפתח כאן. עם הטכנולוגיה של המאה ה-21, איננו מסוגלים להגיע למערכות כוכבים אחרות תוך פחות מאלפי שנים. התקווה הרפאים היחידה שלנו לטיסה בין-כוכבית היא חור תולעת, כמו ב-Interstellar, או צורה קיצונית אחרת של עקמומיות מרחב-זמן.