هل السفر بين النجوم حقيقي؟

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

يخبر مؤلف المقال بالتفصيل عن أربع تقنيات واعدة تمنح الناس الفرصة للوصول إلى أي مكان في الكون خلال حياة بشرية واحدة. للمقارنة: باستخدام التكنولوجيا الحديثة ، فإن الطريق إلى نظام نجمي آخر سيستغرق حوالي 100 ألف عام.

منذ أن نظر الإنسان إلى السماء ليلاً لأول مرة ، حلمنا بزيارة عوالم أخرى ورؤية الكون. وعلى الرغم من أن صواريخنا التي تعمل بالوقود الكيميائي قد وصلت بالفعل إلى العديد من الكواكب والأقمار والأجسام الأخرى في النظام الشمسي ، إلا أن المركبة الفضائية الأبعد عن الأرض ، فوييجر 1 ، قطعت 22.3 مليار كيلومتر فقط. هذا هو 0.056٪ فقط من المسافة إلى أقرب نظام نجمي معروف. باستخدام التكنولوجيا الحديثة ، سيستغرق الطريق إلى نظام نجمي آخر حوالي 100 ألف عام.

ومع ذلك ، ليست هناك حاجة للعمل كما فعلنا دائمًا. يمكن تحسين كفاءة إرسال المركبات ذات الحمولة الكبيرة ، حتى مع وجود البشر على متنها ، على مسافات غير مسبوقة في الكون بشكل كبير إذا تم استخدام التكنولوجيا المناسبة. وبشكل أكثر تحديدًا ، هناك أربع تقنيات واعدة يمكنها أن تصلنا إلى النجوم في وقت أقل بكثير. ها هم.

واحد). التكنولوجيا النووية. حتى الآن في تاريخ البشرية ، تشترك جميع المركبات الفضائية التي تم إطلاقها في الفضاء في شيء واحد: محرك يعمل بالوقود الكيميائي. نعم ، وقود الصواريخ عبارة عن مزيج خاص من المواد الكيميائية المصممة لتوفير أقصى قوة دفع. عبارة "المواد الكيميائية" مهمة هنا. ردود الفعل التي تعطي الطاقة للمحرك تستند إلى إعادة توزيع الروابط بين الذرات.

هذا يحد بشكل أساسي من أفعالنا! تقع الغالبية العظمى من كتلة الذرة على نواتها - 99 ، 95٪. عندما يبدأ تفاعل كيميائي ، يتم إعادة توزيع الإلكترونات التي تدور حول الذرات وعادة ما يتم إطلاقها كطاقة حوالي 0.0001٪ من الكتلة الكلية للذرات المشاركة في التفاعل ، وفقًا لمعادلة أينشتاين الشهيرة: E = mc2. هذا يعني أنه مقابل كل كيلوغرام من الوقود يتم تحميله في الصاروخ ، أثناء التفاعل ، تتلقى طاقة تعادل حوالي 1 مليغرام.

ومع ذلك ، إذا تم استخدام الصواريخ التي تعمل بالوقود النووي ، فسيكون الوضع مختلفًا تمامًا. بدلاً من الاعتماد على التغييرات في تكوين الإلكترونات وكيفية ارتباط الذرات ببعضها البعض ، يمكنك إطلاق كمية ضخمة نسبيًا من الطاقة من خلال التأثير على كيفية ارتباط نوى الذرات ببعضها البعض. عندما تنشطر ذرة يورانيوم بقصفها بالنيوترونات ، فإنها تصدر طاقة أكثر بكثير من أي تفاعل كيميائي. يمكن أن يطلق كيلوغرام واحد من اليورانيوم -235 كمية من الطاقة تعادل 911 ملليجرام من الكتلة ، وهو ما يقرب من ألف مرة أكثر كفاءة من الوقود الكيميائي.

يمكننا أن نجعل المحركات أكثر كفاءة إذا أتقننا الاندماج النووي. على سبيل المثال ، نظام الاندماج النووي الحراري المتحكم فيه بالقصور الذاتي ، والذي يمكن من خلاله تصنيع الهيدروجين إلى هيليوم ، يحدث مثل هذا التفاعل المتسلسل على الشمس. سيؤدي تصنيع كيلوغرام واحد من وقود الهيدروجين إلى هيليوم إلى تحويل 7.5 كيلوغرام من الكتلة إلى طاقة نقية ، وهو ما يقرب من 10 آلاف مرة أكثر كفاءة من الوقود الكيميائي.

الفكرة هي الحصول على نفس التسارع للصاروخ لفترة أطول بكثير: مئات أو حتى آلاف المرات أطول من الآن ، مما سيسمح لهم بتطوير مئات أو آلاف المرات أسرع من الصواريخ التقليدية الآن. ستعمل مثل هذه الطريقة على تقليل وقت الرحلة بين النجوم إلى مئات أو حتى عشرات السنين.هذه تقنية واعدة سنتمكن من استخدامها بحلول عام 2100 ، اعتمادًا على وتيرة واتجاه تطور العلوم.

2). شعاع من الليزر الكوني. تقع هذه الفكرة في قلب مشروع Breakthrough Starshot ، الذي اكتسب شهرة منذ بضع سنوات. على مر السنين ، لم يفقد المفهوم جاذبيته. بينما يحمل صاروخ تقليدي الوقود معه وينفقه على التسارع ، فإن الفكرة الأساسية لهذه التقنية هي حزمة من أشعة الليزر القوية التي ستمنح المركبة الفضائية الدافع اللازم. بمعنى آخر ، سيتم فصل مصدر التسارع عن السفينة نفسها.

هذا المفهوم مثير وثوري في نواح كثيرة. تتطور تقنيات الليزر بنجاح ولم تصبح أكثر قوة فحسب ، بل أصبحت موازية أيضًا بشكل كبير. لذا ، إذا صنعنا مادة تشبه الشراع وتعكس نسبة عالية بما يكفي من ضوء الليزر ، فيمكننا استخدام طلقة ليزر لجعل سفينة الفضاء تطور سرعات هائلة. من المتوقع أن تصل سرعة "المركبة الفضائية" التي تزن حوالي 1 جرام إلى حوالي 20٪ من سرعة الضوء ، مما سيسمح لها بالتحليق إلى أقرب نجم ، وهو Proxima Centauri ، في غضون 22 عامًا فقط.

بالطبع ، لهذا سيتعين علينا إنشاء حزمة ضخمة من الليزر (حوالي 100 كيلومتر مربع) ، وهذا يحتاج إلى القيام به في الفضاء ، على الرغم من أن هذه مشكلة تكلفة أكثر من التكنولوجيا أو العلم. ومع ذلك ، هناك عدد من التحديات التي يجب التغلب عليها من أجل التمكن من تنفيذ مثل هذا المشروع. بينهم:

• سيتم تدوير شراع غير مدعوم ، وهناك حاجة إلى نوع من آلية التثبيت (لم يتم تطويرها بعد) ؛
• عدم القدرة على الفرامل عند الوصول إلى نقطة الوصول ، حيث لا يوجد وقود على متنها ؛
• حتى إذا اتضح أن الجهاز ينقل الأشخاص ، فلن يتمكن الشخص من البقاء على قيد الحياة مع تسارع كبير - فرق كبير في السرعة في فترة زمنية قصيرة.

ربما تستطيع التقنيات يومًا ما أن تأخذنا إلى النجوم ، لكن لا تزال هناك طريقة ناجحة للإنسان للوصول إلى سرعة تساوي حوالي 20٪ من سرعة الضوء.

3). وقود المادة المضادة. إذا كنا لا نزال نرغب في حمل الوقود معنا ، فيمكننا جعله أكثر كفاءة ممكنة: سوف يعتمد على إبادة الجسيمات والجسيمات المضادة. على عكس الوقود الكيميائي أو النووي ، حيث يتم تحويل جزء صغير فقط من الكتلة الموجودة على متن السفينة إلى طاقة ، يستخدم إبادة الجسيمات المضادة للجسيمات 100٪ من كتلة كل من الجسيمات والجسيمات المضادة. تعد القدرة على تحويل كل الوقود إلى طاقة نبضية أعلى مستوى لكفاءة الوقود.

تنشأ صعوبات في تطبيق هذه الطريقة في الممارسة العملية في ثلاثة اتجاهات رئيسية. على وجه التحديد:

• خلق مادة مضادة محايدة مستقرة ؛
• القدرة على عزلها عن المادة العادية والتحكم فيها بدقة ؛
• تنتج المادة المضادة بكميات كبيرة بما يكفي للطيران بين النجوم.

لحسن الحظ ، تم بالفعل العمل على أول مسألتين.

في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) ، حيث يقع مصادم الهادرون الكبير ، يوجد مجمع ضخم يُعرف باسم "مصنع المادة المضادة". هناك ، تقوم ستة فرق مستقلة من العلماء بالتحقيق في خصائص المادة المضادة. يأخذون البروتونات المضادة ويبطئونها ، مما يجبر البوزيترون على الارتباط بها. هذه هي الطريقة التي يتم بها تكوين الذرات المضادة أو المادة المضادة المحايدة.

إنهم يعزلون هذه الذرات المضادة في حاوية بها مجالات كهربائية ومغناطيسية متباينة تثبتها في مكانها ، بعيدًا عن جدران حاوية مصنوعة من مادة. حتى الآن ، منتصف عام 2020 ، نجحوا في عزل العديد من مضادات الذرات واستقرارها لمدة ساعة في المرة الواحدة. خلال السنوات القليلة المقبلة ، سيتمكن العلماء من التحكم في حركة المادة المضادة داخل مجال الجاذبية.

لن تكون هذه التكنولوجيا متاحة لنا في المستقبل القريب ، ولكن قد يتضح أن أسرع طريقة لدينا للسفر بين النجوم هي صاروخ المادة المضادة.

4). المركبة الفضائية على المادة المظلمة. يعتمد هذا الخيار بالتأكيد على افتراض أن أي جسيم مسؤول عن المادة المظلمة يتصرف مثل البوزون وهو جسيم مضاد له. من الناحية النظرية ، تتمتع المادة المظلمة ، وهي جسيمها المضاد لها ، بفرصة صغيرة ، ولكنها ليست صفرًا ، لتتلاشى مع أي جسيم آخر من المادة المظلمة التي تصطدم بها. يمكننا استخدام الطاقة المنبعثة نتيجة الاصطدام.

هناك دليل محتمل على ذلك. نتيجة للملاحظات ، ثبت أن مجرة درب التبانة والمجرات الأخرى لديها فائض لا يمكن تفسيره من أشعة جاما القادمة من مراكزها ، حيث يجب أن يكون تركيز الطاقة المظلمة هو الأعلى. هناك دائمًا احتمال وجود تفسير بسيط في الفيزياء الفلكية لهذا ، على سبيل المثال ، النجوم النابضة. ومع ذلك ، فمن الممكن أن هذه المادة المظلمة لا تزال تقضي على نفسها في وسط المجرة ، وبالتالي تعطينا فكرة لا تصدق - مركبة فضائية على المادة المظلمة.

ميزة هذه الطريقة هي أن المادة المظلمة موجودة حرفياً في كل مكان في المجرة. هذا يعني أنه لا يتعين علينا حمل الوقود معنا في الرحلة. بدلاً من ذلك ، يمكن لمفاعل الطاقة المظلمة ببساطة القيام بما يلي:

• خذ أي مادة مظلمة قريبة ؛
• تسريع فنائها أو السماح لها بالفناء بشكل طبيعي ؛
• إعادة توجيه الطاقة المستلمة لاكتساب الزخم في أي اتجاه مرغوب.

يمكن للإنسان أن يتحكم في حجم وقوة المفاعل لتحقيق النتائج المرجوة.

بدون الحاجة إلى حمل الوقود على متن الطائرة ، ستختفي العديد من مشاكل السفر في الفضاء المدفوعة بالدفع. بدلاً من ذلك ، سنكون قادرين على تحقيق الحلم العزيز في أي رحلة - تسارع مستمر غير محدود. سيعطينا هذا أكثر قدرة لا يمكن تصورها - القدرة على الوصول إلى أي مكان في الكون خلال حياة بشرية واحدة.

إذا قصرنا أنفسنا على تقنيات الصواريخ الحالية ، فسنحتاج على الأقل إلى عشرات الآلاف من السنين للانتقال من الأرض إلى أقرب نظام نجمي. ومع ذلك ، هناك تطورات كبيرة في تكنولوجيا المحركات في متناول اليد ، وستعمل على تقليل أوقات السفر إلى حياة إنسان واحد. إذا تمكنا من إتقان استخدام الوقود النووي وأشعة الليزر الكونية والمادة المضادة أو حتى المادة المظلمة ، فسنحقق حلمنا ونصبح حضارة فضائية دون استخدام التقنيات التخريبية مثل محركات الاعوجاج.

هناك العديد من الطرق المحتملة لتحويل الأفكار القائمة على العلم إلى تقنيات محركات من الجيل التالي ممكنة في العالم الحقيقي. من المحتمل تمامًا أنه بحلول نهاية القرن ، ستحل سفينة الفضاء ، التي لم يتم اختراعها بعد ، محل New Horizons و Pioneer و Voyager باعتبارها أبعد الأشياء التي صنعها الإنسان عن الأرض. العلم جاهز بالفعل. يبقى لنا أن ننظر إلى ما هو أبعد من التكنولوجيا الحالية لدينا ونحقق هذا الحلم.