Die futuristische Technologie, die interstellare Reisen ermöglichen könnte
Technisch versierte Wissenschaftler und Ingenieure haben viel Mühe in Konzeption weit Zukunftstechnologien, die mögliche nahe Lichtgeschwindigkeit Reisen machen könnte. Sie erfahren viel über ihre Ideen durch Surfen im Internet. Dauert es viele Jahrhunderte für den Menschen, diese Ideen zu verwirklichen, denke ich. Aber sie mich überzeugen, dass Ultra-Hochkulturen zwischen den Sternen auf ein Zehntel die Geschwindigkeit des Lichts oder schneller reisen dürften.
Hier sind drei far-out Beispiele nahe Lichtgeschwindigkeit Antriebsarten, die mich faszinieren.
Dieser Beitrag wurde von Wissenschaft der interstellaren von Kip Thorne, ab sofort auf Amazon und Barnes & Noble Quelle.
Kernfusion
Kernfusion ist die herkömmlichste der drei Ideen. R&D kontrolliert-Fusion Kraftwerke auf der Erde wurde in den 1950er Jahren, und ein voller Erfolg wird nicht kommen, bis der 2050er. Ein ganzes Jahrhundert der R&D! Das ist ein realistisches Maß für die Schwierigkeiten.
Und was wird Fusionskraftwerke in 2050 bedeuten für den Antrieb von Raumfahrzeugen durch Fusion? Die meisten praktischen Designs können 100 Kilometern pro Sekunde und denkbar 300 Kilometer pro Sekunde bis Ende dieses Jahrhunderts erreichen. Ein ganz neuer Ansatz für die Nutzung der Fusion werden in der Nähe von Lichtgeschwindigkeit erreichen.
Eine einfache Rechnung zeigt Fusion Möglichkeit: Wenn zwei Atome Deuterium (schwerer Wasserstoff) bilden ein Heliumatom verschmolzen sind, ruft 0.0064 (fast 1 Prozent) der Rest Masse in Energie umgewandelt. Wären dies alle umgewandelt in kinetische Energie (Energie der Bewegung) des Helium-Atoms, das Atom bewegen würde auf etwa ein Zehntel die Geschwindigkeit des light.1 Dies deutet darauf hin, dass wir ein Raumschiff erreichen können, wenn wir die Fusionsenergie Deuterium Kraftstoff in geordnete Bewegung eines Raumschiffs umwandeln konnten, Geschwindigkeit von etwa 1/10 Lichtgeschwindigkeit – und etwas höher, wenn wir klug sind.
Im Jahr 1968 Freeman Dyson, ein brillanter Physiker, für wen ich großen Respekt habe, beschrieben und analysiert eine grobe Antriebssystem, das in den Händen einer hinreichend fortschrittliche Zivilisation, könnte dies zu erreichen.
Thermonukleare Bomben ("Wasserstoff-Bomben") sind direkt hinter einem halbkugelförmigen Stoßdämpfer gezündet, die 20 Kilometer im Durchmesser ist. Die Bombe Trümmer schiebt das Schiff vorwärts, um zu erreichen, in Dysons optimistischste Schätzung einer Geschwindigkeit ein Dreißigstel des Lichts. Eine weniger rohe Design könnte etwas besser machen. Im Jahr 1968 Dyson geschätzt, dass solch ein Antriebssystem nicht praktisch wäre früher als Ende der zweiundzwanzigsten Jahrhunderts, 150 Jahre ab jetzt. Ich denke, dass dies zu optimistisch ist.
Laserstrahl und leichte Segel
In 1962 Robert vorwärts schrieb eine andere Physiker den ich achte, einen kurzen Artikel in einer bekannten Zeitschrift über ein Raumschiff mit einem Segel, geschoben von einem fernen, fokussierte Laserstrahl (vorwärts 1962). In einem Fachartikel von 1984 machte er dieses Konzept immer ausgefeilter und präziser.
Ein Array von solarbetriebenen Laser im Raum oder auf dem Mond erzeugt einen Laserstrahl mit 7,2 Terawatt macht (ca. zweimal die Gesamtstromaufnahme der Vereinigten Staaten im Jahr 2014!). Dieser Strahl wird durch eine Fresnel-Linse 1000 Kilometern Durchmesser fokussiert. Der Schwerpunkt liegt auf einem fernen Segel, 100 Kilometer im Durchmesser und etwa 1000 Tonnen Gewicht, die ein weniger massive Raumschiff zugeordnet ist. (Die Strahlrichtung muss auf über einem Millionstel einer Bogensekunde genau sein.) Der Strahl leichtem Druck schiebt die Segel und Raumfahrzeugen bis zu etwa einem Fünftel der Lichtgeschwindigkeit auf halbem Weg durch eine vierzig Jahre Reise nach Proxima Centauri. Eine Änderung dieser Regelung dann verlangsamt das Schiff während der zweiten Hälfte der Reise, so dass es am Bestimmungsort mit einer Geschwindigkeit niedrig genug zu Rendezvous mit einem Planeten ankommt. (Können Sie herausfinden, wie die Verlangsamung erreicht wird?)
Vorwärts, wie Dyson, stellte seine praktische Regelung des Zweiundzwanzigsten Jahrhunderts. Wenn ich mir die technischen Herausforderungen anschaue, denke ich länger.
Schwerkraft Schleudern in einer Black-Hole-Binärdatei
Dritte Beispiel ist mein eigenes Wild — sehr wild!-Variante einer Idee durch Dyson (1963).
Angenommen, Sie möchten in weiten Teilen des Universums zu fliegen (nicht nur inter-stellaren Reisen, aber intergalaktischen Reisen) mit nahe Lichtgeschwindigkeit in ein paar Jahren Ihres Lebens. Sie können dies tun mit Hilfe zweier Schwarzer Löcher, die einander, ein schwarzes Loch Binärumkreist sind. Sie müssen auf einer stark elliptischen Umlaufbahn und müssen groß genug, dass die Gezeitenkräfte Ihr Schiff nicht zerstören.
Chemische oder nukleare Brennstoffe verwenden, navigieren Sie Ihr Schiff in eine Umlaufbahn, die in der Nähe eines der schwarzen Löcher kommt: eine sogenannte Zoom-Whirl-Umlaufbahn (Bild oben). Ihr Schiff zoomt in der Nähe von Loch, Wirbel um ihn herum ein paar Mal, und dann, wenn das Loch fast direkt in Richtung ihrer Begleiter unterwegs ist, das Schiff verkleinert, zum Begleiter Loch überkreuzt und gleitet in einen Wirbel um ihn herum. Wenn die beiden Löcher noch aufeinander zusteuern, die Wirbel ist kurz: Sie vergrößern, zurück in Richtung der ersten Bohrung. Wenn die Löcher nicht mehr aufeinander zusteuern, ist der Wirbel viel länger; Sie müssen sich in einer Umlaufbahn um das zweite Loch parken, bis die Löcher wieder auf einander steuerte sind, und starten Sie dann zurück in Richtung der ersten Bohrung. Auf diese Weise immer unterwegs zwischen den Löchern nur dann, wenn die Löcher einander nähern, Ihr Schiff wird gesteigert höher und höhere Geschwindigkeiten, nähert sich wie schließen Sie wie auf die Lichtgeschwindigkeit, gewünscht wenn die binäre ausreichend elliptisch ist.
Es ist eine bemerkenswerte Tatsache, dass Sie nur eine kleine Menge von Raketentreibstoff, wie lange Sie verweilen um jedes Loch zu kontrollieren. Der Schlüssel ist auf das Loch kritische Umlaufbahn navigieren und dort Ihre Con - te Wirbel auftreten. Diskutiere die kritische Umlaufbahn in Kapitel 27. Im Moment ist es genügt zu sagen, dass einen sehr instabilen Orbit. Es ist eher wie auf einem Motorrad um eine sehr glatte Vulkan Rand. Wenn Sie Deli-Cately Gleichgewicht, bleibst du auf der Felge, so lange wie Sie wollen. Wenn Sie abreisen möchten, senden Sie Rast von der Felge eine leichte Drehung des vorderen Rad. Wenn Sie die kritischen Umlaufbahn verlassen möchten, ermöglicht ein leichte Rakete Schub Fliehkräfte zu übernehmen und Ihr Schiff Careen-Ing in Richtung des anderen schwarzen Lochs zu senden.
Sobald Sie sich so nah wie möglich an die Geschwindigkeit des Lichts wie Sie es wünschen, Sie können starten, selbst aus einer kritischen Umlaufbahn in Richtung Ihres Ziels Galaxie im fernen Universum.
Die Reise kann lang sein; so viel wie 10 Milliarden Lichtjahren Entfernung. Aber wenn Sie zu nahe Lichtgeschwindigkeit bewegen, Ihre Zeit fließt viel langsamer als auf Erden. Wenn Sie nahe genug an der Lichtgeschwindigkeit sind, können Sie es zu Ihrem Ziel in ein paar Jahren oder weniger, wie Sie gemessen – verlangsamt sich mit Hilfe einer hochelliptischen schwarze Loch Binärdatei auf dein Ziel, wenn Sie eine finden!
Nach der gleichen Methode können Sie nach Hause zurückkehren. Doch Ihre Heimkehr nicht angenehm sein kann. Während Sie nur ein paar Jahre alt haben vergangen Milliarden von Jahren zu Hause. Stellen Sie sich vor, was Sie finden.
Diese Arten von Steinschleudern könnte ein Mittel für die Verbreitung einer Zivilisation in den großen weiten des intergalaktischen Raum bieten. Die principio-Pal Hindernis (vielleicht unüberwindlich!) ist finden oder zu machen, die benötigten schwarzes Loch-Binärdateien. Die Start-Binärdatei kann kein Problem sein, wenn Sie eine hinreichend fortgeschrittene Zivilisation, aber die Verlangsamung Binärdatei eine andere Sache ist.
Was passiert wenn es keine Verlangsamung Binär, oder gibt es eine, aber Ihr Ziel ist schlecht und man es nicht verpassen? Dies ist eine schwierige Frage, wegen der Expansion des Universums. Denken Sie darüber.
So spannend wie diese drei Antriebssysteme ferner Zukunft erscheinen mag, sie wirklich sind weit in die Zukunft. Mit zwanzig erste Jahrhundert-Technologie, stecken wir mit Tausenden von Jahren, andere Sonnensysteme zu erreichen. Das einzige schneller interstellare Reisen, im Falle einer irdischen Katastrophe (eine äußerst schwache Hoffnung) erhoffen, ist ein Wurmloch in Interstellar, oder eine andere extreme Form von Raumzeit Verwerfung.
Angepasst von Die Wissenschaft der interstellaren von Kip Thorne. Copyright © 2014 von Kip Thorne. Mit Genehmigung des Herausgebers, W. W. Norton & Company, Inc. Alle Rechte vorbehalten.