Interestel·lar. La ciència entre bastidors "- un llibre per a aquells que no estan satisfets amb la pel·lícula

2024 Autora: Malcolm Clapton | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 03:49

Lifehacker publica un fragment d'un llibre de Kip Thorne, un físic teòric nord-americà, autor de la idea de la pel·lícula Interstellar. Moltes teories i idees físiques modernes s'entrellacen a la trama de la imatge, l'explicació de la qual en la seva majoria va resultar estar darrere de les escenes. Per tant, estem segurs que el llibre agradarà tant als aficionats al cinema com als interessats en la física.

Vol interestel·lar

A la primera reunió, el professor Brand li explica a Cooper les expedicions de Làzaro per trobar una nova llar per a la humanitat. Cooper respon: No hi ha planetes habitables al sistema solar, i l'estrella més propera està a mil anys de distància. Això és, per dir-ho suaument, inútil. Llavors, on els va enviar, professor? Per què això és inútil (si no hi ha forat de cuc a la mà), queda clar si penseu en com de grans són les distàncies a les estrelles més properes.

Distàncies a les estrelles més properes

L'estrella més propera (sense comptar el Sol) en el sistema de la qual es pot trobar un planeta apte per a la vida és Tau Ceti. Es troba a 11,9 anys llum de la Terra; és a dir, viatjant a la velocitat de la llum, serà possible arribar-hi en 11, 9 anys. Teòricament, hi pot haver planetes aptes per a la vida, que estan més a prop nostre, però no gaire.

Per avaluar fins a quin punt està Tau Ceti de nosaltres, utilitzem una analogia a una escala molt més petita. Imagineu que aquesta és la distància de Nova York a Perth a Austràlia: aproximadament la meitat de la circumferència de la terra. L'estrella més propera a nosaltres (de nou, sense comptar el Sol) és Pròxima Centauri, a 4, 24 anys llum de la Terra, però no hi ha proves que hi puguin haver planetes habitables al costat. Si la distància a Tau Ceti és Nova York - Perth, la distància a Proxima Centauri és Nova York - Berlín. Una mica més a prop que Tau Ceti! De totes les naus espacials no tripulades llançades pels humans a l'espai interestel·lar, la Voyager 1, que ara es troba a 18 hores llum de la Terra, va arribar a la més llunyana. El seu viatge va durar 37 anys. Si la distància a Tau Ceti és la distància de Nova York a Perth, aleshores la distància de la Terra a la Voyager 1 és de només tres quilòmetres: com des de l'Empire State Building fins a l'extrem sud de Greenwich Village. Això és molt menys que de Nova York a Perth.

És encara més a prop de Saturn des de la Terra: a 200 metres, a dues illes de l'Empire State Building fins a Park Avenue. De la Terra a Mart - 20 metres, i de la Terra a la Lluna (la distància més gran que la gent ha recorregut fins ara) - només set centímetres! Compara set centímetres amb una mitja volta al món! Ara enteneu quin salt s'ha de produir en la tecnologia perquè la humanitat pugui conquerir planetes fora del sistema solar?

Velocitat de vol al segle XXI

La Voyager 1 (accelerada amb fones gravitacionals al voltant de Júpiter i Saturn) s'allunya del sistema solar a una velocitat de 17 quilòmetres per segon. A Interstellar, la nau espacial Endurance viatja de la Terra a Saturn en dos anys, a una velocitat mitjana d'uns 20 quilòmetres per segon. La velocitat més alta que es pot aconseguir al segle XXI quan s'utilitzen motors de coets en combinació amb fones gravitacionals serà, al meu entendre, d'uns 300 quilòmetres per segon. Si viatgem a Pròxima Centauri a 300 quilòmetres per segon, el vol trigarà 5.000 anys, i el vol a Tau Ceti 13.000 anys. Alguna cosa massa llarga. Per arribar a una distància tan ràpida amb les tecnologies del segle XXI, necessiteu alguna cosa com un forat de cuc.

Tecnologies del futur llunyà

Científics i enginyers dodgy han fet tot el possible per desenvolupar els principis de les tecnologies futures que farien realitat el vol gairebé lleuger. Trobareu prou informació sobre aquests projectes a Internet. Però em temo que passaran més de cent anys abans que la gent els pugui donar vida. No obstant això, al meu entendre, convencen que per a civilitzacions superdesenvolupades viatjar amb velocitats d'una desena part de la velocitat de la llum i superiors és molt possible.

Aquí hi ha tres opcions de viatge gairebé lleugeres que trobo especialment interessants *.

Fusió termonuclear

La fusió és la més popular d'aquestes tres opcions. Els treballs de recerca i desenvolupament per a la creació de centrals elèctriques basades en la fusió termonuclear controlada van començar l'any 1950, i aquests projectes no es coronaran amb un èxit total fins al 2050. Un segle d'investigació i desenvolupament!

Això diu alguna cosa sobre l'escala de la complexitat. Que les centrals termonuclears apareguin a la Terra el 2050, però què es pot dir dels vols espacials amb empenta termonuclear? Els motors dels dissenys més reeixits seran capaços de proporcionar velocitats d'uns 100 quilòmetres per segon, i a finals d'aquest segle, presumiblement, fins a 300 quilòmetres per segon. Tanmateix, per a velocitats properes a la llum, caldrà un principi completament nou d'utilització de reaccions termonuclears. Les possibilitats de fusió termonuclear es poden avaluar mitjançant càlculs senzills. Quan dos àtoms de deuteri (hidrogen pesat) es fusionen per formar un àtom d'heli, aproximadament 0,0064 de la seva massa (aproximadament l'un per cent) es converteix en energia. Si la converteixes en energia cinètica (energia de moviment) d'un àtom d'heli, llavors l'àtom adquirirà una velocitat d'una desena part de la velocitat de la llum**.

Per tant, si podem convertir tota l'energia obtinguda de la fusió del combustible nuclear (deuteri) en el moviment direccional de la nau espacial, aleshores arribarem a una velocitat d'uns c/10, i si som intel·ligents, fins i tot una mica més alt. L'any 1968 Freeman Dyson, un físic notable, va descriure i investigar una primitiva nau espacial impulsada per fusió capaç -en mans d'una civilització prou avançada- de proporcionar velocitats d'aquest ordre de magnitud. Les bombes termonuclears ("bombes d'hidrogen") exploten immediatament darrere de l'amortidor hemisfèric, el diàmetre del qual és de 20 quilòmetres. Les explosions fan avançar la nau, accelerant-la, segons les estimacions més agosarades de Dyson, fins a una trentena part de la velocitat de la llum. Un disseny més avançat pot ser capaç de més. L'any 1968, Dyson va arribar a la conclusió que seria possible utilitzar un motor d'aquest tipus no abans de finals del segle XXII, d'aquí 150 anys. Crec que aquesta valoració és massa optimista.

[…]

Per molt atractives que puguin semblar totes aquestes tecnologies del futur, la paraula "futur" és clau aquí. Amb la tecnologia del segle XXI, no podem arribar a altres sistemes estel·lars en menys de milers d'anys. La nostra única esperança fantasmal per a un vol interestel·lar és un forat de cuc, com a Interstellar, o alguna altra forma extrema de curvatura espai-temps.