Interstellar. Videnskab bag kulisserne "- en bog for dem, der ikke er tilfredse med filmen

2024 Forfatter: Malcolm Clapton | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 03:51

Lifehacker udgiver et uddrag fra en bog af Kip Thorne, en amerikansk teoretisk fysiker, forfatter til ideen til filmen Interstellar. En masse moderne fysiske teorier og ideer er flettet ind i plottet af billedet, hvis forklaring for det meste viste sig at være bag kulisserne. Derfor er vi sikre på, at bogen vil appellere til både filmfans og fysikinteresserede.

Interstellar flyvning

Ved det første møde fortæller professor Brand Cooper om Lazarus-ekspeditionerne for at finde et nyt hjem for menneskeheden. Cooper svarer: "Der er ingen beboelige planeter i solsystemet, og den nærmeste stjerne er tusind år væk. Dette er mildt sagt meningsløst. Så hvor sendte du dem hen, professor?" Hvorfor dette er meningsløst (hvis der ikke er et ormehul ved hånden), er det tydeligt, hvis man tænker på, hvor store afstande til de nærmeste stjerner er.

Afstande til nærmeste stjerner

Den nærmeste (solen ikke medregnet) stjerne i systemet, som en planet egnet til liv kan findes i, er Tau Ceti. Det er 11,9 lysår fra Jorden; det vil sige at rejse med lysets hastighed, vil det være muligt at nå det om 11, 9 år. Teoretisk set kan der være planeter, der er egnede til liv, som er tættere på os, men ikke meget.

For at vurdere, hvor langt Tau Ceti er fra os, lad os bruge en analogi på en meget mindre skala. Forestil dig, at det er afstanden fra New York til Perth i Australien – omkring halvdelen af jordens omkreds. Den nærmeste stjerne til os (igen, Solen ikke medregnet) er Proxima Centauri, 4, 24 lysår fra Jorden, men der er ingen beviser for, at der kan være beboelige planeter ved siden af. Hvis afstanden til Tau Ceti er New York - Perth, så er afstanden til Proxima Centauri New York - Berlin. Lidt tættere på end Tau Ceti! Af alle de ubemandede rumfartøjer, der blev opsendt af mennesker ind i det interstellare rum, nåede Voyager 1, som nu er 18 lystimer fra Jorden, længst. Hans rejse varede 37 år. Hvis afstanden til Tau Ceti er afstanden fra New York til Perth, så er afstanden fra Jorden til Voyager 1 kun tre kilometer: som fra Empire State Building til den sydlige kant af Greenwich Village. Det er meget mindre end fra New York til Perth.

Det er endnu tættere på Saturn fra Jorden - 200 meter, to gader fra Empire State Building til Park Avenue. Fra Jorden til Mars - 20 meter, og fra Jorden til Månen (den største afstand, som mennesker har tilbagelagt hidtil) - kun syv centimeter! Sammenlign syv centimeter med en halv jordomrejse! Forstår du nu, hvilket spring der skal ske i teknologien, så menneskeheden kan erobre planeter uden for solsystemet?

Flyvehastighed i det XXI århundrede

Voyager 1 (accelereret med gravitationsslynger omkring Jupiter og Saturn) bevæger sig væk fra solsystemet med en hastighed på 17 kilometer i sekundet. I Interstellar rejser Endurance-rumfartøjet fra Jorden til Saturn på to år med en gennemsnitshastighed på omkring 20 kilometer i sekundet. Den højeste hastighed, der kan opnås i det 21. århundrede, når man bruger raketmotorer i kombination med gravitationsslyngeskud, vil efter min mening være omkring 300 kilometer i sekundet. Rejser vi til Proxima Centauri med 300 kilometer i sekundet, vil flyvningen tage 5.000 år, og flyvningen til Tau Ceti vil tage 13.000 år. Noget for langt. For at komme hurtigere til en sådan afstand med teknologierne fra det XXI århundrede, har du brug for noget som et ormehul.

Teknologier i den fjerne fremtid

Svage videnskabsmænd og ingeniører er gået langt for at udvikle principperne for fremtidige teknologier, der ville gøre nærlysflyvning til en realitet. Du vil finde nok information om sådanne projekter på internettet. Men jeg er bange for, at det vil tage mere end hundrede år, før folk vil være i stand til at bringe dem ud i livet. Men efter min mening overbeviser de om, at det for superudviklede civilisationer er muligt at rejse med hastigheder på en tiendedel af lysets hastighed og højere.

Her er tre nær-lys rejsemuligheder, som jeg finder særligt interessante *.

Termonuklear fusion

Fusion er den mest populære af disse tre muligheder. Forsknings- og udviklingsarbejde med at skabe kraftværker baseret på kontrolleret termonuklear fusion begyndte i 1950, og disse projekter vil først blive kronet med fuld succes i 2050. Et århundrede med forskning og udvikling!

Det siger noget om omfanget af kompleksiteten. Lad termonukleare kraftværker dukke op på Jorden inden 2050, men hvad kan man sige om rumflyvninger på termonuklear fremdrift? Motorerne med de mest succesrige designs vil være i stand til at levere hastigheder på omkring 100 kilometer i sekundet, og i slutningen af dette århundrede, formentlig op til 300 kilometer i sekundet. For nærlyshastigheder vil der dog være behov for et helt nyt princip om at bruge termonukleare reaktioner. Mulighederne for termonuklear fusion kan vurderes ved hjælp af simple beregninger. Når to atomer af deuterium (tungt brint) smelter sammen og danner et heliumatom, omdannes omkring 0,0064 af deres masse (omkring en procent) til energi. Hvis du omdanner det til kinetisk energi (bevægelsesenergi) af et heliumatom, så vil atomet opnå en hastighed på en tiendedel af lysets hastighed **.

Derfor, hvis vi kan omdanne al den energi, der opnås fra fusionen af nukleart brændsel (deuterium) til rumfartøjets retningsmæssige bevægelse, så vil vi nå en hastighed på omkring c / 10, og hvis vi er smarte, endda lidt højere. I 1968 beskrev og undersøgte Freeman Dyson, en bemærkelsesværdig fysiker, et primitivt fusionsdrevet rumfartøj, der - i hænderne på en tilstrækkelig avanceret civilisation - var i stand til at levere hastigheder af denne størrelsesorden. Termonukleare bomber ("brint"-bomber) eksploderer umiddelbart bag den halvkugleformede støddæmper, hvis diameter er 20 kilometer. Eksplosionerne skubber skibet fremad og accelererer det ifølge Dysons mest vovede skøn til en tredivtedel af lysets hastighed. Et mere avanceret design kan være i stand til mere. I 1968 kom Dyson til den konklusion, at det ville være muligt at bruge en motor af denne type tidligst i slutningen af det XXII århundrede, 150 år fra nu. Jeg synes, denne vurdering er alt for optimistisk.

[…]

Hvor attraktive alle disse fremtidens teknologier end kan virke, er ordet "fremtid" nøglen her. Med det 21. århundredes teknologi er vi ikke i stand til at nå andre stjernesystemer på mindre end tusinder af år. Vores eneste spøgelsesagtige håb for en interstellar flyvning er et ormehul, som i Interstellar, eller en anden ekstrem form for rum-tid krumning.