Raksta autore detalizēti stāsta par četrām daudzsološām tehnoloģijām, kas cilvēkiem viena cilvēka dzīves laikā dod iespēju sasniegt jebkuru vietu Visumā. Salīdzinājumam: izmantojot mūsdienu tehnoloģijas, ceļš uz citu zvaigžņu sistēmu prasīs apmēram 100 tūkstošus gadu.
Kopš tā laika, kad cilvēks pirmo reizi ieskatījās nakts debesīs, mēs sapņojam apmeklēt citas pasaules un redzēt Visumu. Un, lai arī mūsu ķīmiskās degvielu raķetes jau ir sasniegušas daudzas Saules sistēmas planētas, pavadoņus un citus ķermeņus, vistālāk no Zemes esošais kosmosa kuģis Voyager 1 veica tikai 22,3 miljardus kilometru. Tas ir tikai 0,056% no attāluma līdz tuvākajai zināmajai zvaigžņu sistēmai. Izmantojot modernās tehnoloģijas, ceļš uz citu zvaigžņu sistēmu prasīs apmēram 100 tūkstošus gadu.
Tomēr nav jārīkojas tā, kā mēs vienmēr esam darījuši. Transportlīdzekļu ar lielu kravas masu nosūtīšanas efektivitāti, pat ja cilvēki atrodas uz klāja, vēl nebijušos attālumos Visumā var ievērojami uzlabot, ja tiek izmantota pareiza tehnoloģija. Konkrētāk, ir četras daudzsološas tehnoloģijas, kas daudz īsākā laikā mūs var sasniegt ar zvaigznēm. Šeit tie ir.
1). Kodoltehnoloģijas. Līdz šim cilvēces vēsturē visiem kosmosa kuģiem, kas izlaisti kosmosā, ir viena kopīga iezīme: dzinējs, kas darbināms ar ķimikālijām. Jā, raķešu degviela ir īpašs ķimikāliju maisījums, kas paredzēts maksimālas vilces nodrošināšanai. Šeit svarīga ir frāze “ķīmiskas vielas”. Reakcijas, kas motoram piešķir enerģiju, balstās uz saišu pārdalīšanu starp atomiem.
Tas būtiski ierobežo mūsu rīcību! Lielākā daļa atoma masas ietilpst tā kodolā - 99,95%. Sākoties ķīmiskai reakcijai, ap atomiem rotējošie elektroni tiek pārdalīti un parasti kā enerģija izdalās aptuveni 0,0001% no reakcijā iesaistīto atomu kopējās masas saskaņā ar Einšteina slaveno vienādojumu: E = mc2. Tas nozīmē, ka par katriem raķetē ievietotajiem degvielas kilogramiem reakcijas laikā jūs saņemat enerģiju, kas ekvivalenta aptuveni 1 miligramam.
Tomēr, ja tiks izmantotas ar kodoldegvielu darbināmas raķetes, situācija būs dramatiski atšķirīga. Tā vietā, lai paļauties uz izmaiņām elektronu konfigurācijā un to, kā atomi saista viens ar otru, jūs varat atbrīvot samērā milzīgu enerģijas daudzumu, ietekmējot to, kā atomu kodoli ir savienoti viens ar otru. Sadalot urāna atomu, bombardējot to ar neitroniem, tas izstaro daudz vairāk enerģijas nekā jebkura ķīmiska reakcija. 1 kilograms urāna-235 var atbrīvot enerģijas daudzumu, kas līdzvērtīgs 911 miligramiem masas, un tas ir gandrīz tūkstoš reižu efektīvāks nekā ķīmiskā degviela.
Mēs varētu padarīt motorus vēl efektīvākus, ja apgūtu kodolsintēzi. Piemēram, inerciāli kontrolētas termobrandu saplūšanas sistēmā, ar kuras palīdzību būtu iespējams sintezēt ūdeņradi hēlijā, šāda ķēdes reakcija notiek uz Saules. 1 kilograma ūdeņraža degvielas sintēze hēlijā pārvērtīs 7,5 kilogramus masas tīrā enerģijā, kas ir gandrīz 10 tūkstošus reižu efektīvāka nekā ķīmiskā degviela.
Ideja ir iegūt tādu pašu paātrinājumu raķetei daudz ilgāku laika periodu: simtiem vai pat tūkstošiem reižu ilgāk nekā tagad, kas ļautu viņiem simtiem vai tūkstošiem reižu attīstīties ātrāk nekā parastās raķetes. Šāda metode samazinātu starpzvaigžņu lidojuma laiku līdz simtiem vai pat desmitiem gadu. Šī ir daudzsološa tehnoloģija, kuru mēs varēsim izmantot līdz 2100. gadam, atkarībā no zinātnes attīstības tempa un virziena.
Reklāmas video:
2). Kosmisko lāzeru stars. Šī ideja ir pamatā projektam Breakthrough Starshot, kurš pirms vairākiem gadiem ieguva nozīmīgumu. Gadu gaitā šī koncepcija nav zaudējusi savu pievilcību. Kamēr parasta raķete pārvadā degvielu un izmanto to paātrināšanai, šīs tehnoloģijas galvenā ideja ir spēcīgu lāzeru stars, kas kosmosa kuģim piešķirs nepieciešamo impulsu. Citiem vārdiem sakot, paātrinājuma avots tiks atdalīts no paša kuģa.
Šī koncepcija daudzējādā ziņā ir gan aizraujoša, gan revolucionāra. Lāzera tehnoloģijas veiksmīgi attīstās un kļūst ne tikai jaudīgākas, bet arī ļoti kolimētas. Tātad, ja mēs izveidojam burām līdzīgu materiālu, kas atspoguļo pietiekami lielu lāzera gaismas procentuālo daudzumu, mēs varam izmantot lāzera šāvienu, lai liktu kosmosa kuģim attīstīt kolosālu ātrumu. Paredzams, ka "kosmosa kuģis", kas sver ~ 1 gramu, sasniegs ātrumu ~ 20% no gaismas ātruma, kas ļaus tam lidot līdz tuvākajai zvaigznei Proxima Centauri tikai 22 gadu laikā.
Protams, šim nolūkam mums būs jāizveido milzīgs lāzera stars (apmēram 100 km2), un tas jādara kosmosā, lai gan tā ir vairāk izmaksu problēma, nevis tehnoloģija vai zinātne. Tomēr, lai varētu īstenot šādu projektu, ir jāpārvar vairākas problēmas. Starp viņiem:
- neatbalstīta bura griezīsies, ir nepieciešams kāds (vēl nav izstrādāts) stabilizācijas mehānisms;
- nespēja nobremzēt, kad ir sasniegts galapunkts, jo uz kuģa nav degvielas;
- pat ja izrādās, ka tā mēra ierīci cilvēku pārvadāšanai, cilvēks nespēs izdzīvot ar milzīgu paātrinājumu - ievērojamā ātruma atšķirībā īsā laika posmā.
Varbūt kādu dienu tehnoloģija spēs mūs aizvest līdz zvaigznēm, taču nav veiksmīgas metodes, kā cilvēks sasniegtu ātrumu, kas vienāds ar ~ 20% no gaismas ātruma.
3). Antimateriāla degviela. Ja mēs joprojām vēlamies ņemt līdzi degvielu, mēs to varam padarīt pēc iespējas efektīvāku: tā pamatā būs daļiņu un antidaļiņu iznīcināšana. Atšķirībā no ķīmiskās vai kodoldegvielas, kur tikai daļa no masas, kas atrodas uz kuģa, tiek pārveidota enerģijā, daļiņu un daļiņu iznīcināšanai tiek izmantoti 100% gan daļiņu, gan antidaļiņu masas. Spēja visu degvielu pārveidot impulsa enerģijā ir visaugstākais degvielas efektivitātes līmenis.
Grūtības rodas šīs metodes piemērošanā praksē trīs galvenajās jomās. Konkrēti:
- stabilas neitrālas antimatērijas izveidošana;
- spēja to izolēt no parastās matērijas un precīzi kontrolēt;
- saražot antimatēriju pietiekami lielos daudzumos starpzvaigžņu lidojumam.
Par laimi, pirmie divi jautājumi jau tiek strādāti.
Eiropas Kodolpētījumu organizācijai (CERN), kurā atrodas Lielais hadronu sadursme, ir milzīgs komplekss, kas pazīstams kā “antimatērijas rūpnīca”. Tur sešas neatkarīgas zinātnieku grupas pēta antimateriāla īpašības. Viņi ņem antiprotonus un palēnina tos, liekot pozitronam saistīties ar tiem. Tas ir veids, kā tiek veidoti antiatomi vai neitrāli antimatīri.
Viņi šos antiatomus izolē traukā ar mainīgiem elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem, kas tos notur vietā, prom no matērija izgatavotā konteinera sienām. Tagad, līdz 2020. gada vidum, viņi stundu laikā vienlaikus ir veiksmīgi izolējuši un stabilizējuši vairākus antiatomus. Tuvāko gadu laikā zinātnieki varēs kontrolēt antimateriāla kustību gravitācijas laukā.
Šī tehnoloģija tuvākajā laikā mums nebūs pieejama, taču var izrādīties, ka mūsu ātrākais starpzvaigžņu ceļojuma veids ir raķetes ar antimatēriju.
4). Zvaigžņu kuģis tumšajā matērijā. Šī opcija noteikti balstās uz pieņēmumu, ka jebkura daļiņa, kas atbildīga par tumšo vielu, uzvedas kā bozons un ir tās pašas daļiņa. Teorētiski tumšajai matērijai, kas ir pašas pretdaļiņa, ir maza, bet ne nulles iespēja iznīcināt jebkuru citu tumšās vielas daļiņu, kas ar to saduras. Mēs potenciāli varam izmantot enerģiju, kas atbrīvota sadursmes rezultātā.
Tam ir iespējami pierādījumi. Novērojumu rezultātā ir noskaidrots, ka Piena ceļam un citām galaktikām ir neizskaidrojams gamma starojuma pārpalikums, kas nāk no to centriem, kur tumšās enerģijas koncentrācijai jābūt visaugstākajai. Vienmēr pastāv iespēja, ka tam, piemēram, pulsaram, ir vienkāršs astrofizisks skaidrojums. Tomēr ir iespējams, ka šī joprojām ir tumšā matērija, kas iznīcina sevi galaktikas centrā un tādējādi dod mums neticamu ideju - zvaigznes kuģi uz tumšās matērijas.
Šīs metodes priekšrocība ir tā, ka tumšā matērija burtiski pastāv visur galaktikā. Tas nozīmē, ka mums ceļojumā nav jāņem līdzi degviela. Tā vietā tumšās enerģijas "reaktors" var vienkārši rīkoties šādi:
- ņemiet tumšo vielu, kas atrodas tuvumā;
- paātrināt tā iznīcināšanu vai ļaut tam dabiski iznīcināt;
- novirzīt saņemto enerģiju, lai iegūtu impulsu jebkurā vēlamajā virzienā.
Cilvēks varēja kontrolēt reaktora lielumu un jaudu, lai sasniegtu vēlamos rezultātus.
Bez nepieciešamības pēc degvielas uz kuģa daudzas problēmas, kas saistītas ar kosmisko ceļojumu ar kosmosu, izzudīs. Tā vietā mēs varēsim sasniegt loloto sapni par jebkuru braucienu - neierobežotu pastāvīgu paātrinājumu. Tas mums dos visneiedomājamākās spējas - spēju viena cilvēka dzīves laikā sasniegt jebkuru vietu Visumā.
Ja mēs aprobežosimies ar esošajām raķešu tehnoloģijām, tad mums būs nepieciešami vismaz desmitiem tūkstošu gadu, lai ceļotu no Zemes uz tuvāko zvaigžņu sistēmu. Tomēr ievērojami dzinēju tehnoloģijas sasniegumi ir tuvu, un tie samazinās viena cilvēka dzīves ilgumu. Ja mēs spēsim tikt galā ar kodoldegvielas, kosmisko lāzera staru, antimatērijas vai pat tumšās vielas izmantošanu, mēs piepildīsim paši savu sapni un kļūsim par kosmosa civilizāciju, neizmantojot graujošas tehnoloģijas, piemēram, velku piedziņas.
Ir daudz potenciālu veidu, kā zinātniski pamatotas idejas pārvērst reāli īstenojamās nākamās paaudzes dzinēju tehnoloģijās. Pilnīgi iespējams, ka gadsimta beigās kosmosa kuģis, kas vēl nav izgudrots, aizstās New Horizons, Pioneer un Voyager kā visattālākos cilvēku radītos objektus no Zemes. Zinātne jau ir gatava. Mums atliek tikai palūkoties uz mūsu pašreizējām tehnoloģijām un šo sapni piepildīt.