Novietojiet cilvēku telpā, prom no zemes virsmas gravitācijas saitēm, un viņš jutīsies bezsvara stāvoklī. Lai gan visas Visuma masas joprojām uz viņu attieksies gravitācijas virzienā, tās piesaistīs arī jebkuru kosmosa kuģi, kurā atrodas cilvēks, tāpēc viņš peldēs. Un tomēr televizorā mums parādīja, ka noteikta kosmosa kuģa apkalpe diezgan veiksmīgi staigā uz grīdas ar kājām jebkuros apstākļos. Lai to izdarītu, tiek izmantots mākslīgais smagums, ko rada instalācijas uz fantastiska kuģa. Cik tuvu tas ir reālajai zinātnei?
Kapteinis Gabriels Lorca uz Discovery tilta simulētās kaujas laikā ar klingoniem. Visu ekipāžu piesaista mākslīgais gravitācija, un tas, it kā, bija kanons
Attiecībā uz smagumu Einšteina lielais atklājums bija ekvivalences princips: ar vienmērīgu paātrinājumu atskaites rāmis nav atšķirams no gravitācijas lauka. Ja jūs atrastos uz raķetes un caur logu nevarētu redzēt Visumu, jums nebūtu ne mazākās nojausmas, kas notiek: vai jūs nolaiž gravitācijas spēks, vai arī raķetes paātrinājums notiek noteiktā virzienā? Šī bija ideja, kas noveda pie vispārējās relativitātes. Pēc 100 gadiem tas ir visprecīzākais smaguma un paātrinājuma apraksts, kādu mēs zinām.
Tādas pašas bumbas izturēšanās, kas raķetē atsitās pret grīdu, lidojumā (pa kreisi) un uz zemes (pa labi), parāda Einšteina ekvivalences principu
Ir vēl viens triks, saka Ethan Siegel, ko mēs varam izmantot, ja vēlamies: mēs varam likt kosmosa kuģim griezties. Lineārā paātrinājuma (piemēram, raķetes vilces) vietā var veikt paātrinājumu pacentriski, lai cilvēks, kas atrodas uz klāja, varētu sajust kosmosa kuģa ārējo korpusu, virzot to virzienā uz centru. Šis bija triks, ko izmantoja 2001. gada kosmiskajā odisejā, un, ja jūsu kosmosa kuģis būtu pietiekami liels, mākslīgais gravitācija nebūtu atšķirama no reālā gravitācijas.
Tikai viens, bet. Šie trīs paātrinājuma veidi - gravitācijas, lineārais un rotācijas - ir vienīgie, kurus mēs varam izmantot, lai modelētu gravitācijas ietekmi. Un tā ir milzīga kosmosa kuģa problēma.
1969. gada stacijas koncepcija, kuru vajadzēja montēt orbītā no Apollo programmas pavadītajām fāzēm. Stacijai bija jāgriežas pa savu centrālo asi, lai radītu mākslīgo gravitāciju
Kāpēc? Tā kā, ja vēlaties ceļot uz citu zvaigžņu sistēmu, jums būs jāpaātrina kuģa nokļūšana tur, un pēc ierašanās tas to vajadzētu palēnināt. Ja jūs nevarat sevi izolēt no šiem paātrinājumiem, jūs gaida katastrofa. Piemēram, lai paātrinātu līdz pilnam impulsam Star Trek, līdz dažiem procentiem no gaismas ātruma, vajadzētu piedzīvot 4000 g paātrinājumu. Tas ir 100 reizes lielāks par paātrinājumu, kas sāk traucēt asins plūsmu organismā.
Reklāmas video:
Kolumbijas kosmosa kuģa Shuttle atklāšana 1992. gadā uzrādīja paātrinājumu ilgā laika posmā. Kosmosa kuģa paātrinājums būs vairākas reizes lielāks, un cilvēka ķermenis nespēs ar to tikt galā.
Ja jūs nevēlaties būt bezspēcīgs ilgā ceļojumā - lai nepakļautu sevi šausminošam bioloģiskam nolietojumam, piemēram, muskuļu un kaulu masas zudumam, - ķermenis ir pastāvīgi jāpakļauj spēkam. Jebkuram citam spēkam to ir diezgan viegli izdarīt. Piemēram, elektromagnētikā apkalpi varētu ievietot vadošā kabīnē, un daudzi ārējie elektriskie lauki vienkārši pazustu. Būtu iespējams organizēt divas paralēlas plāksnes iekšpusē un iegūt pastāvīgu elektrisko lauku, virzot lādiņus noteiktā virzienā.
Ja gravitācija darbojās tāpat.
Šāds jēdziens kā gravitācijas vadītājs vienkārši nepastāv, kā arī spēja pasargāt sevi no gravitācijas spēka. Nav iespējams izveidot vienmērīgu gravitācijas lauku telpas reģionā, piemēram, starp divām plāksnēm. Kāpēc? Tā kā atšķirībā no elektriskā spēka, ko rada pozitīvi un negatīvi lādiņi, ir tikai viens gravitācijas lādiņa tips, tas ir, masas enerģija. Gravitācijas spēks vienmēr piesaista, un no tā nekur nav jāslēpjas. Var izmantot tikai trīs paātrinājuma veidus - gravitācijas, lineāro un rotācijas.
Lielāko daļu kvarku un leptonu Visumā veido matērija, taču katram no tiem ir arī antimateriāla daļiņas, kuru gravitācijas masas nav noteiktas
Vienīgais veids, kā var radīt mākslīgo gravitāciju, kas pasargās jūs no kuģa paātrinājuma sekām un nodrošinās pastāvīgu lejupvērstu vilci bez paātrinājuma, būs pieejams, ja atklājat negatīvas gravitācijas masas daļiņas. Visām daļiņām un antidaļiņām, kuras mēs līdz šim esam atradušas, ir pozitīva masa, taču šīs masas ir inerciālas, tas ir, tās var spriest tikai tad, kad tiek izveidota vai paātrināta daļiņa. Inerces masa un gravitācijas masa ir vienāda visām zināmajām daļiņām, taču mēs nekad neesam pārbaudījuši savu ideju uz antimateriāla vai antidaļiņām.
Pašlaik tiek veikti eksperimenti ar šo konkrēto daļu. ALPHA eksperiments CERN ir radījis antiūdeņradi: stabilu neitrālas antimatērijas formu un strādā, lai to izolētu no visām pārējām daļiņām. Ja eksperiments ir pietiekami jutīgs, mēs varam izmērīt, kā daļiņa sasniedz gravitācijas lauku. Ja tas nokrīt, tāpat kā parasta lieta, tam ir pozitīva gravitācijas masa, un to var izmantot, lai izveidotu gravitācijas vadītāju. Ja tas iekrīt gravitācijas laukā, tas visu maina. Viens rezultāts, un pēkšņi var kļūt iespējama mākslīgā gravitācija.
Iespēja iegūt mākslīgo gravitāciju mūs neticami izsauc, taču tās pamatā ir negatīvas gravitācijas masas esamība. Antimērija var būt tik masīva, bet mēs to vēl neesam pierādījuši
Ja antimatērijai ir negatīva gravitācijas masa, tad, izveidojot parastās vielas lauku un antimateriāla griestus, mēs varētu izveidot mākslīgu gravitācijas lauku, kas jūs vienmēr novilktu. Izveidojot gravitācijas vadītspējīgu apvalku mūsu kosmosa kuģa korpusa formā, mēs pasargātu apkalpi no īpaši ātrajiem paātrinājuma spēkiem, kas citādi kļūtu letāli. Un, kas labākais, kosmosā esošie cilvēki vairs nepiedzīvos negatīvo fizioloģisko iedarbību, ko mūsdienās nomoka astronauti. Bet, kamēr mēs neatradīsim daļiņu ar negatīvu gravitācijas masu, mākslīgais smagums tiks iegūts tikai paātrinājuma laikā.
Iļja Khel