Mezihvězdný. Věda v zákulisí "- kniha pro ty, kteří nejsou spokojeni s filmem

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 03:50

Lifehacker publikuje úryvek z knihy Kip Thorne, amerického teoretického fyzika, autora nápadu na film Interstellar. Do děje obrazu je propleteno mnoho moderních fyzikálních teorií a myšlenek, jejichž vysvětlení se z velké části ukázalo být v zákulisí. Jsme si proto jisti, že kniha osloví jak filmové fanoušky, tak zájemce o fyziku.

Mezihvězdný let

Na první schůzce profesor Brand vypráví Cooperovi o výpravách Lazara, aby našli nový domov pro lidstvo. Cooper odpovídá: „Ve sluneční soustavě nejsou žádné obyvatelné planety a nejbližší hvězda je tisíc let daleko. To je, mírně řečeno, zbytečné. Tak kam jste je poslal, profesore? Proč je to zbytečné (pokud není po ruce červí díra), je jasné, když se zamyslíte nad tím, jak velké jsou vzdálenosti k nejbližším hvězdám.

Vzdálenosti k nejbližším hvězdám

Nejbližší (nepočítáme-li Slunce) hvězdou, v jejímž systému lze nalézt planetu vhodnou pro život, je Tau Ceti. Je 11,9 světelných let od Země; to znamená, že při cestování rychlostí světla bude možné ho dosáhnout za 11, 9 let. Teoreticky mohou existovat planety vhodné pro život, které jsou nám blíže, ale ne o moc.

Abychom posoudili, jak daleko je od nás Tau Ceti, použijme přirovnání v mnohem menším měřítku. Představte si, že toto je vzdálenost z New Yorku do australského Perthu – asi polovina obvodu Země. Nejbližší hvězdou k nám (opět nepočítaje Slunce) je Proxima Centauri, 4, 24 světelných let od Země, ale neexistuje žádný důkaz, že by vedle ní mohly být obyvatelné planety. Pokud je vzdálenost k Tau Ceti New York - Perth, pak vzdálenost k Proxima Centauri je New York - Berlín. Trochu blíž než Tau Ceti! Ze všech bezpilotních lodí vypuštěných lidmi do mezihvězdného prostoru se Voyager 1, který je nyní 18 světelných hodin od Země, dostal nejdále. Jeho cesta trvala 37 let. Pokud je vzdálenost k Tau Ceti vzdáleností z New Yorku do Perthu, pak je vzdálenost ze Země na Voyager 1 pouhé tři kilometry: jako od Empire State Building k jižnímu okraji Greenwich Village. To je mnohem méně než z New Yorku do Perthu.

Ze Země je to ještě blíže k Saturnu – 200 metrů, dva bloky od Empire State Building na Park Avenue. Ze Země na Mars - 20 metrů a ze Země na Měsíc (největší vzdálenost, kterou lidé dosud urazili) - pouhých sedm centimetrů! Porovnejte sedm centimetrů s polovinou cesty kolem světa! Už chápete, jaký skok musí nastat v technologii, aby lidstvo mohlo dobýt planety mimo sluneční soustavu?

Rychlost letu v XXI století

Voyager 1 (urychlený gravitačními závěsy kolem Jupiteru a Saturnu) se vzdaluje od sluneční soustavy rychlostí 17 kilometrů za sekundu. V Interstellaru cestuje sonda Endurance ze Země na Saturn za dva roky průměrnou rychlostí asi 20 kilometrů za sekundu. Nejvyšší rychlost dosažitelná v 21. století při použití raketových motorů v kombinaci s gravitačními praky bude podle mého názoru asi 300 kilometrů za sekundu. Pokud cestujeme do Proxima Centauri rychlostí 300 kilometrů za sekundu, let bude trvat 5 000 let a let do Tau Ceti 13 000 let. Něco moc dlouhého. Abyste se s technologiemi XXI. století dostali na takovou vzdálenost rychleji, potřebujete něco jako červí díru.

Technologie vzdálené budoucnosti

Šikovní vědci a inženýři vynaložili velké úsilí, aby vyvinuli principy budoucích technologií, díky nimž by se let v blízkosti světla stal realitou. Na internetu najdete o takových projektech dostatek informací. Obávám se však, že bude trvat více než sto let, než je lidé budou schopni přivést k životu. Podle mého názoru však přesvědčují, že pro supervyspělé civilizace je cestování rychlostí desetiny rychlosti světla a vyšší docela možné.

Zde jsou tři možnosti cestování v blízkosti světla, které považuji za obzvláště zajímavé *.

Termonukleární fúze

Fusion je nejoblíbenější z těchto tří možností. Výzkumné a vývojové práce na vytvoření elektráren založených na řízené termonukleární fúzi začaly v roce 1950 a tyto projekty budou korunovány plným úspěchem až v roce 2050. Století výzkumu a vývoje!

To něco vypovídá o rozsahu složitosti. Ať se do roku 2050 objeví na Zemi termojaderné elektrárny, ale co lze říci o vesmírných letech na termonukleární tah? Motory nejúspěšnějších konstrukcí budou schopny poskytovat rychlost kolem 100 kilometrů za sekundu a do konce tohoto století pravděpodobně až 300 kilometrů za sekundu. Pro rychlosti blízké světlu však bude potřeba zcela nový princip využití termonukleárních reakcí. Možnosti termojaderné fúze lze posoudit pomocí jednoduchých výpočtů. Když se dva atomy deuteria (těžkého vodíku) spojí a vytvoří atom helia, přemění se zhruba 0,0064 jejich hmotnosti (přibližně jedno procento) na energii. Pokud ji převedete na kinetickou energii (energii pohybu) atomu helia, pak atom nabude rychlosti desetiny rychlosti světla**.

Pokud tedy dokážeme veškerou energii získanou z fúze jaderného paliva (deuteria) převést na směrový pohyb kosmické lodi, pak dosáhneme rychlosti cca c/10 a pokud budeme chytří, tak i o něco vyšší. V roce 1968 Freeman Dyson, pozoruhodný fyzik, popsal a prozkoumal primitivní vesmírnou loď poháněnou fúzí, schopnou – v rukou dostatečně pokročilé civilizace – poskytovat rychlosti tohoto řádu. Termonukleární bomby („vodíkové“bomby) explodují bezprostředně za polokulovým tlumičem, jehož průměr je 20 kilometrů. Výbuchy tlačí loď vpřed a urychlují ji podle nejodvážnějších odhadů Dysona na jednu třicetinu rychlosti světla. Pokročilejší design může být schopen více. V roce 1968 Dyson dospěl k závěru, že motor tohoto typu bude možné používat nejdříve na konci XXII. století, tedy za 150 let. Myslím si, že toto hodnocení je příliš optimistické.

[…]

Jakkoli se všechny tyto technologie budoucnosti mohou zdát atraktivní, slovo „budoucnost“je zde klíčové. S technologií 21. století nejsme schopni dosáhnout jiných hvězdných systémů za méně než tisíce let. Naší jedinou strašidelnou nadějí na mezihvězdný let je červí díra, jako v Interstellar, nebo nějaká jiná extrémní forma zakřivení časoprostoru.