Šai rakstā ir apkopotas idejas par nākotnes dzinēju iespējām, kuru radīšana būs izaicinājums, lai nodrošinātu ceļojumus uz zvaigznēm un Visuma ”otru malu”. Sākot ar esošām tehnoloģijām un beidzot ar idejām, kas aizgūtas no zinātniskās fantastikas. Lai lietas būtu vieglāk saprotamas, ne reizi vien izmantosim atsauci uz labi zināmiem zinātniskās fantastikas darbiem. Taču, ja tev ir vēlēšanās nopietnāk painteresēties par NASA pētījumiem šai jomā, ieskaties šeit.

1. Kāpēc starpzvaigžņu lidojums ir tik liela problēma?
Pirms sākt meklēt atbildes, mēģināsim saprast, kas īsti ir problēma. Aplūkosim, cik milzīgs ir izaicinājums un cik radikāliem jābūt atklājumiem.

2. No iedvesmas līdz izgudrojumam
Dažas idejas sarpzvaigžņu ceļojumiem jau ir piedāvātas. Apskatīsim šīs idejas un dažu izmantoto tehnoloģiju statusu.

3. Idejas, kas balstās uz to, ko mēs zinām
Idejas, kas jau kādu laiku tiek piedāvātas starpzvaigžņu ceļojumu problēmas risinājumam.

4. Idejas, kas balstās uz to, ko mēs gribētu sasniegt
Idejas, kas tiek ieteiktas, taču to realizācijai būs nepieciešami kardināli atklājumi.

5. Dažas jaunas iespējas
Daži koncepti, balstīti uz jaunām atziņām fizikā.

6. Tātad, vai mēs to varam?

1. Kāpēc starpzvaigžņu ceļojums ir ciets rieksts?

Palūkosimies uz mērogu

Ideāls dzinējs starpzvaigžņu ceļojumam mūs nogādātu galamērķī ātri un komfortabli, kā zinātniskās fantastikas vīzijās. Pirms tas kļūs par realitāti, nepieciešams atrisināt trīs problēmas: atklāt iespējas pārvietoties ātrāk par gaismu; atklāt iespējas likt dzinējam strādāt bez degvielas; atklāt iespējas pabarot šādus dzinējus. Kāpēc? Tāpēc, ka kosmoss ir liels, patiesi - ļoti, ļoti, ļoti liels.

Telpa aizņem ļoti daudz telpas!

Starpzvaigžņu attālumi ir tik astronomiski, ka tos grūti salīdzināt. Mēģināsim pielietot analoģiju - Ja Saule būtu 1,27 cm diametrā, attālums no Saules līdz Zemei (1 AU (Astronomical Unit)) būtu 1,2 metri. Zemes izmērs būtu vien papīra lapas biezumā, bet tuvākā zvaigzne atrastos 338 kilometrus tālu.

Gaismai vajadzēja 8 minūtes, lai veiktu mūsu 1,2 metru ”Astronomisko vienību”. Tai būs nepieciešami 4,2 gadi, lai veiktu 338 kilometrus. Gaisma ir ātrākā parādība, kāda mums ir pazīstama. Attālumu līdz tuvākajai zvaigznei, Proxima Centauri, tā veiks 4,2 gados.

Ātrums: nokļūt tur sakarīgā laikā – tas ir patiess izaicinājums

Lai starpzvaigžņu ceļojumi kļūtu par realitāti, ātruma problēmu nāksies atrisināt. Tuvākā zvaigzne atrodas 4,2 gaismas gadu attālumā. Pārvietojoties ar ierastiem ātrumiem, ceļš būs ļoti ilgs. Braucot ar 55 mph, ceļā nāktos pavadīt 50 miljonus gadu. Nedomāju, ka pat jokainie, kas dzīvo auto cimdu nodalījumā, izdzīvotu tik ilgi. Arī ceļojot ar nedaudz saprotamāku kosmiskā lidaparāta ātrumu, piemēram, Apollo 3 dienu ceļojums uz Mēnesi, joprojām ceļojumam būs nepieciešami 900 tūksoši gadu. Šķiet arī to jokainie nepārdzīvos. Pat ja mēs ceļosim ar ātrumu 37 tūkstoši mph (ar šādu ātrumu pārvietojas Voyager zondes), tik un tā ceļojumam būs nepieciešami 80 tūkstoši gadu, lai sasniegtu galamērķi. Iespējams, jokainie varētu tik ilgi izdzīvot, taču tiem aptrūksies cepumi. Vārdu sakot, ja mēs gribam nokļūt līdz zvaigznēm, mums nāksies izgudrot, kā pārvietoties ātrāk par gaismu.

Masa: raķetes patērē pārāk daudz degvielas – ne tik acīmredzams izaicinājums

Vajadzēs pārvarēt arī citu raķešu ierobežojumu. Problēma ir degviela. Pretēji automašīnai, kas var atsperties no ceļa, vai lidmašīnai, kas var atsperties pret gaisu, raķetēm kosmosā nav ne ceļu, ne gaisa. Šodien kosmiskie lidaparāti lieto raķetes, un raķetes patērē ļoti daudz degvielas. Raķešu degviela lido laukā no raķetes vienā virzienā un raķete pārvietojas pretējā – Ņūtona trešais likums. Jo tālāk vai ātrāk mēs gribam ceļot, jo vairāk degvielas mums vajadzēs. Tāliem ceļojumiem uz zvaigznēm mums vajadzēs milzum daudz degvielas.

Šis grafiks norāda uz divām būtiskām raķešu īpašībām. Vilkme un Specifiskais Impulss. Vilkme norāda, cik stipri raķete spēs atsperties. Jo augstāk grafikā, jo lielāks atspēriens.

Specifiskais Impulss norāda uz raķetes efektivitāti. Kaut kas līdzīgs, kā mēram litrus uz 100 km automašīnām. Jo tālāk pa labi grafikā, jo mazāk degvielas nepieciešams.

Ar sarkano apgabalu grafikā ir apzīmētas mūsu pašreizējās iespējas - raķetes, kas šodien reāli tiek pielietotas. Starpzvaigžņu lidojumiem mums vajadzēs rast degvielu un dzinējus, kas atrodas dzeltenajā laukumiņā.

Aplūkosim četrus piemērus, kas mums būs nepieciešams, lai 900 gados aizsūtītu uz tuvāko zvaigzni vienu skolas autobusu.

Tātad... ja lietosim ķīmiskos raķešu dzinējus, kā Space Shuttle... piedodiet, šķiet, visā Visumā ir par maz matērijas, lai pabarotu šādus dzinējus.

Nākamais solis - raķetes, kas darbināmas ar kodoldegvielu. Tās varētu būt 10 līdz 20 reižu efektīgākas! Hm... joprojām neizskatās labi. Ja tā būs raķete, kas izmantos kodolu dalīšanos, kā kodolreaktoros, mums vajadzēs miljards supertankerus ar degvielu. Ja izmantosim kodolu saplūšanu, kā ITER, mums vienalga vajadzēs tūkstoš supertankerus ar degvielu.

Pat ja mēs apskatam labāko, ko šodien varam uzkonstruēt, balstoties uz mūsu zināšanām, piemēram, Jonu dzinēju vai antimatērijas raķeti, kuru efektivitāte ir 100 reižu labāka nekā Space Shuttle dzinējiem, mums joprojām vajadzēs 10 delzceļa sastāvus ar degvielu.

Tas nav slikts rādītājs, ja vien neņemam vērā, ka mums vajadzēs paņemt līdz vēl tik pat daudz degvielas, lai otrā galā varetu apstāties. Vai arī, ja gribam tur nokļūt ātrāk, nekā deviņos gadsimtos. Tiklīdz apsveram domu, ka gribēsim arī apstāties vai veikt ceļu ātrāk, mēs nonākam pie tiem pašiem supertankeriem, pat ar mūsu vislabākajiem raķešu dzinējiem.

Secinājums: mums nāksies izgudrot dzinēju, kuram nevajadzēs degvielu. Tas nozīmē, ka nepieciešams atrast veidu, kā iedarboties uz gravitāciju vai masu, vai arī, piemēram, uz telplaika struktūru.

Enerģija: vēl viens izaicinājums

Mums vajadzēs enerģiju. Arī tad, kad nonāksim līdz kādam ne-raķetes kosmiskajam dzinējam, kas pārvērš enerģiju pa tiešo kustībā, neizmantojot degvielu, tam joprojām būs nepieciešams milzum daudz enerģijas. Lai aizsūtītu Space Shuttle izmēra lidaparātu 50 gadu ceļojumā uz tuvāko zvaigzni, mums vajadzēs 7*10¹⁹ džoulus enerģijas. Tas ir apmēram tik pat cik Space Shuttle dzinēji patērētu, ja nepārtraukti darbotos visus šos 50 gadus. Lai pārvarētu enerģijas problēmu mums vajadzēs vai nu kādu radikālu atklājumu, kas ļautu izmantot vakuuma enerģiju, vai arī kādu radikālu atklājumu enerģijas ražošanas fizikā, vai radikālu atklājumu, kas ļaus ignorēt kinētisko enerģiju.

2. No iedvesmas līdz izgudrojumam

Retrospektīvs un nākotne

Patlaban mēs nezinām vai starpzvaigžņu ceļojumi praktiski maz ir iespējami. Tiesa, lai arī mēs nezinām kā kaut ko izdarīt šodien, tas nenozīmē, ka tas nav iespējams. Vēsture pazīst gana daudz piemēru, kad varenas vakardienas zinātniskās fantastiskas vīzijas iegūst pavisam reālu veidolu šodien. Varbūt tas pats notiks ar šodienas fantastiku.

Diezgan sen atpakaļ Žils Verns uzrakstīja stāstu par ceļojumu uz Mēnesi, kur ceļotāji tika izšauti no milzīga lielgabala. Šis stāsts iedvesmoja veselu raķešu inženieru paaudzi, kuri lauzīja galvas, kā šo ceļojumu pārvērst realitātē. Balstoties uz tā laika zinātni, viņiem izdevās radīt vīziju, kā to sasniegt. Lielgabalu gan nācās nomainīt ar raķeti. Nosacījumi izpildījās un vīzija pārvērtās realitātē. Šobrīd cilvēka ceļojums uz Mēnesi un atpakaļ ir vēsture.

Nākamais solis ir ikdienišķa nokļūšana kosmosā. Iedvesma nāca no Buck Rogers un Flash Gordon stāstiņiem, kuru raķetes kosmosā blandījās šurpu turpu, kā tā laika lidmašīnas uz Zemes. Šie stāsti iedvesmoja raķešu inženierus, tie radīja vīziju, kam sekoja reāla izgudrojuma ieviešana. Šai gadījumā Space Shuttle.

Tagad šī raksta iedvesma – ceļojums uz zvaigznēm. ”Warp drive” un ”Hyper Space” idejas 1930tajos izvirzīja John Campbell. 1956. gada filma "Forbidden Planet" sākas ar pareģojumu, ka cilvēki pakļauj gravitāciju un atklāj kā pārvietoties ātrāk par gaismu. Citi plaši pazīstams piemēri, ”Star Trek”, ”Star Wars”, utt.

Taču šodien mums vēl nav zinātniski pamatotu principu no kuriem radīt vīziju. Vispirms mums nāksies radīt zinātni, kas pēc tam veidos vīzijas un pārvērtīs tās realitātē.

Iecere un iedvesma

”Star Trek” ir labi atpazīstams zinātniskās fantastikas darbs, tāpēc balstīsim savu vīziju uz ”Star Trek”.

Gribētos atzīmēt, ka, lai arī šādi un līdzīgi zinātniskās fantastikas transpota līdzekļi ir iedvesmojoši, tie tomēr ir zinātniskā fantastika, nevis pētījumu objekts reālai zinātnei. Aiz tiem neslēpjas nekas reāls un tu nevarēsi uz tiem balstīt savu zinātniskās izpētes programmu. Tomēr, tie ir iedvesmojoši, tie rada mentālu noskaņu par ieceri, kuru vēlamies sasniegt. Iedvesma norāda uz vairākām īpašībām, kuras būs nepieciešamas mūsu zvaigžņu kuģim.

Virsgaismas ātruma dzinējs

Dažkārt saukts par ”Warp Drive”, ”Hyperspace drive” u.c.

Lietas būtība slēpjas faktā, ka mēs gribam nokļūt galamērķī sakarīgā laikā. Arīdzan ņemam vērā, ka šim dzinējam nav nepieciešama degviela. Tā ir būtiska īpašība.

Gravitācijas kontrole

”Star Trek” kosmosa kuģim ir virkne īpašību, kas paredz, ka mēs varam kontrolēt gravitāciju. ”Inerces amortizatori” palīdz apkalpei palikt savās vietās, nevis aizlidot pa gaisu, kad kuģis manevrē. ”Deflektori” novirza objektus no kuģa trajektorijas, lai tie ar briesmīgu ātrumu neietriektos tieši komandtiltiņā. ”Mākslīgā gravitācija” palīdz apkalpei staigāt apkārt pa kuģi visnotaļ ierastā gaitā. Šī īpašība nudien ir varens izgudrojums, jo palīdz ļoti būtiski samazināt specefektu budžetu.

Gravitācijas spēku kontrole ļaus radīt transporta līdzekļus, kuriem nav vajadzīgas raķetes. Šai ziņā gravitācijas kontrole būs patiesi grandiozs ieguvums. Ja mums kādreiz izdosies, vai labāk teiksim, kad mēs pakļausim gravitāciju, tas būs milzīgs izrāviens kosmisko lidojumu jomā un zinātnes un tehnoloģisko iespēju kontekstā vispār. Tas būs aizraujoša laikmeta sākums visai cilvēcei.

Enerģijas ražošana

Lai pabarotu dzinēju, mums vajadzēs kādā nebūt veidā ražot enerģiju. Star Trekā tas tiek panākts ar antimatērijas palīdzību. Arī šo ideju apskatīsim tuvāk. Bet visu pēc kārtas.

Starp citu, vai atceries Impērijas TIE iznīcinātājus no Zvaigžņu Kariem? Un TIE nozīmē... pareizi, Twin Ion Engine (dažkārt Tripple Ion Engine). Ka tik ne to pašu, kas 20 gadus pēc Star Wars iznākšanas uz ekrāniem, tika uzmontēts Deep Space 1 zondei - pirmais praktiski lietojamais Jonu dzinējs cilvēces vēturē. Tas par iedvesmu.

1926. gadā 16 gadu vecais Wernher von Braun uzskicēja šo kosmosa kuģi. Kad 40 gadus vēlāk šī paša Vernera Apollo sasniedza Mēnesi, tie izskatījās manāmi savādāk. Tas par ieceri.

Progresa lineāls, vai kur mēs esam šodien?

Ar šo lineālu mērisim, cik tuvu mūsu ikdienai ir tā vai cita ideja.

• Minējums (Conjecture) – Pats sākums jautājumam par zināšanām. Kad mums rodas nojauta par to, ko vēlamies sasniegt, bet mums nav ne jausmas vai tas maz ir iespējams.
• Spekulācijas (Speculation) – Kad mēs esam sapratuši, ko mēs zinām un ko mēs nezinām konkrētās idejas realizācijas sakarā.
• Zinātne (Science) – Kad mēs esam ieguvuši priekštatu par to kā parādība darbojas. Mēs zinām, ka tas ir iespējams un zinām, kas ir nepieciešams.
• Tehnoloģijas (Technology) – Šai līmenī mēs varam sākt izstrādāt reālas iekārtas, kas strādās saskaņā ar izzināto parādību un palīdzēs sasniegt mērķi.
• Pielietojums (Application) – Pēdējais solis, kad tehnoloģijas ir pietiekami atstrādātas, lai varētu tās pielietot ikdienā. Automobīļi, lidmašīnas, mikroviļņu krāsnis – tas viss ietilpst šai kategorijā.

2a. ”Warp drive” status

”Warp drive”, ”Hyperspace drive” un citi termini, kas raksturo pārvietošanos ātrāk par gaismu, atrodas spekulāciju stadijā, ar dažiem mājieniem uz zinātni. Mēs zinām, ko mēs zinām, zinām, ko mēs nezinām, bet mums vēl tā īsti nav pārliecība, vai tas vispār ir iespējams.

Sliktā ziņa, ka lielākā daļa zināšanu ko esam iekrājuši līdz šodienai, saka, ka pārvietoties ātrāk par gaismu nav iespējams. Tas ir Einšteina Speciālās Relativitātes Teorijas artifakts. Tiesa, ir dažas perspektīvas: tachyons, wormholes, inflationary universe, spacetime warping, quantum paradoxes... Šīs idejas ir piemērotas zinātniskajai literatūrai, taču ir par agru spriest, vai tās var noderēt.

Viena no problēmām, kas rodas ceļojot ātrāk par gaismu, ir laika paradoksi: cēloņsakarību pārkāpumi un to sekas ceļojot laikā. Ja tev šķiet, ka pārvietoties ātrāk par gaismu nav pietiekami grūts uzdevums, ir diezgan viegli konstruēt scenārijus, kur pārvietošanās ātrāk par gaismu novedīs pie ceļojuma laikā. Ceļojums laikā patreiz tiek uzskatīts par krietni vairāk neiespējamu, nekā ceļojums ar virsgaismas ātrumu.

Kopš tika pārvarēts skaņas ātrums, cilvēki sāka jautāt ”Kāpēc gan nevarētu pārvarēt arī gaismas ātrumu? Kāda starpība?” Pāragri spriest, vai gaismas barjeru izdosies pārvarēt. Vienu var droši apgalvot, ka šī ir pavisam cita problēma. Skaņas ātrums tika pārvarēts ar objektu, kas ir veidotas no matērijas, nevis no skaņas. Atomus un molekulas, kas veido matēriju, kopā satur elektromagnētiskie spēki, tie paši, no kuriem ir uzbūvēta gaisma. Gaismas ātruma barjeras gadījumā, objekts, kas mēģinās kustēties ātrāk par gaismu, būs būvēts no tā paša ”materiāla” no kura būvēta pati gaismas barjera. Kā gan objekts varēs kustēties ātrāk par spēkiem no kuriem tas ir būvēts? Nudien, pavisam cita problēma.

Šis grafiks norāda uz Speciālās Relativitātes Teorijas būtību. Īstenībā Speciālās Relativitātes Teorijas būtība ir gana vienkārša... Divi noteikumi:

• Attālums, ko tu veic, ir atkarīgs no ātruma ar kādu tu ceļo un laika, cik ilgi tu ceļo. Braucot ar 100 kmh vienu stundu, tu nobrauksi 100 km. Vienkārši.
• Šis ir āķīgāks. Neatkarīgi no tā cik ātri tu ceļo, gaismas ātrums tev vienmēr izskatīsies vienlīdz ātrs.

Kad apvienojam abus šos nosacījumus un salīdzinām, ko redzēs viens ceļotājs attiecībā pret citu ceļotāju, kurš pārvietojas ar atšķirīgu ātrumu, sāk izpausties relativitāte. Šai vietā varētu apstāties un izlasīt Dažus Interesantus Faktus par relativitāti.

Speciālās Relativitātes Teorijas sekas ir gaismas ātruma barjera. Varam uz to paskatīties no citas puses. Lai kustētos atrāk, jāpatērē vairāk enerģijas. Kad tuvojamies gaismas ātrumam, enerģijas patēriņš pieaug dramatiski un tiecas uz bezgalību. Lai pārvietotu masu ar gaismas ātrumu jāpatērē bezgalīgi daudz enerģijas. Šķiet, te patiesi ir barjera.

Ja nevaram tai pārkāpt, varbūt varam to apiet? Vai Speciālajai Relativitātei ir kāds apkārtceļš? Varbūt.

2b. Gravitācijas kontroles status

Ja mēs varētu kontrolēt gravitāciju, tas būtu grūti novērtējams izrāviens kosmisko lidojumu kontekstā. Mēs varētu izveidot mākslīgo gravitāciju kosmisko kuģu apkalpēm. Mēs varētu izveidot bezsvara stāvokli uz Zemes. Mēs varētu veikt veselu virkni šodien vēl neiespējamu lietu.

Līdzīgi kā ”Warp Drive” gadījumā, arī Gravitācijas kontrole ir spekulāciju stadijā, kur tikai daži aspekti robežojas ar zinātni. Mēs zinām, ko mēs zinām un zinām, ko mēs nezinām. Un mēs nezinām daudz. Labā ziņa - neviena zinātne neapgalvo, ka nebūtu iespējams kontrolēt gravitāciju.

Pirmkārt, mēs zinām, ka gravitācija un elektromagnētisms ir saistītas parādības. Mēs diezgan prasmīgi kontrolējam elektromagnētismu. Tāpēc varētu pieņemt, ka, kontrolējot elektromagnētismu, mēs ar laiku varētu iemācīties kontrolēt arī gravitāciju. Viens veids kā izskaidrot šīs saistības ir Einšteina Vispārīgā Relativitātes Teorija. Citas iespējas slēpjas jaunās teorijās, sākot ar kvantu mehāniku un beidzot ar to, ko saucam par ”vakuuma fluktuācijām”.

Vai tas tiek pētīts?

Vēsturiski jau no Ņūtona laikiem gravitācija ir aprakstīta vispārīgi, taču ļoti maz tā ir pētīta, lai izgudrotu kardināli jauna principa dzinēju. Pēdējā laikā gan šādi pētījumi notiek.

2c. Antimatērijas status

Antimatērija ir reāla lieta, tā nav nekāda zinātniskā fantastika. Tā ir konkrēta zinātne, kas ar dažiem aspektiem ielaužas tehnoloģiju līmenī. Ir daudz spekulāciju, ko gan mēs varētu iesākt ar antimatēriju.

Kas ir antimatērija?

Antimatērija ir matērija ar pretēju elektrisko lādiņu. Anti-elektroni, saukti par ”pozitroniem”, ir elektroni ar pozitīvu lādiņu. Anti-protoni ir kā protoni ar negatīvu lādiņu. Pozitronus un antiprotonus var itin vienkārši radīt daļiņu paātrinātājos, tādos kā CERN. Tos pat var sagūstīt un noglabāt uz vairākām dienām vai nedēļām. Ir izdevies radīt anti-ūdeņradi. Tas neizdzīvoja ilgi, bet tas tika radīts. Tomēr antimatērija nav antigravitācija. Lai arī eksperimentāli tas vēl nav pārbaudīts, teorijas paredz, ka attiecībā uz gravitāciju antimatērija uzvedas tāpat kā matērija.

Šobrīd tiek pētītas un meklētas tehnoloģijas, kā antimatēriju varētu ilgstoši uzglabāt, lai to varētu pielietot, piemēram, medicīnā, antimatērijas raķešdzinējos, u.c.

Kur ir āķis?

Šodien viena miligrama antimatērijas saražošana izmaksātu apmēram 100 miljardus dolāru. Viens miligrams ir daudz vairāk nekā nepieciešams antimatērijas pētniecības nolūkiem, taču tas būs daudz par maz, lai sāktu tās reālu pielietošanu. Lai antimatērijas pielietošana kļūtu komerciāli izdevīga, tās izmaksas jāsamazina desmitiem tūkstošu reižu.

Kā būtu ar antimatērijas pielietojumu enerģijas ražošanā? – Ne visai.

Antimatērijas ražošanā patērētā enerģija ir daudz lielāka, nekā tā ko iegūsim no antimatērijas reakcijas ar matēriju. Gan patreizējie, gan nākotnes kodolreaktori ir krietni daudzsolološāki enerģijas ražošanā nekā antimatērija. Turklāt jāņem vērā, ka antimatērijai saduroties ar matēriju un atbrīvojot milzīgo enerģijas daudzumu, būs jārēķinās ar būtiskiem drošības pasākumiem.

2d. Teleportācijas status

Teleportācijai nav tieša sakara ar jaunu superdzinēju radīšanu, tomēr to varētu klasificēt kā transporta veidu. Teleportācija pilnīgi noteikti atrodas tikai un vienīgi minējuma stadijā. Mums ir ideja, ko mēs vēlamies sasniegt, bet mums nav ne jausmas, kāda fizika būtu jāpēta šai sakarā. Vai teleportācija pārvietos mūs ātrāk par gaismu? Pat ja varēsim teleportēt materiālu objektu, vai varēsim teleportēt arī saprātu? Kvantu mehānikas principi uzliek vairāk ierobežojumus, nekā risina šo problēmu. Nolasot objekta visu kvantu stāvokli mēs to iznīcināsim. Vai to maz iespējams restaurēt citā telpas punktā? Varbūt var restaurēt n kopijas? Kvantu mehānika apgalvo, ka drīzāk nē. Katrā ziņā, šai lauciņā ir veikts ļoti maz pētījumu un pagaidām tas šķiet krietni neiespējamāk par gravitācijas kontroli vai kādu superdzinēju.

3. Idejas, kas bāzētas uz tā ko jau zinām

Project Orion

Projekts Orion tika piedāvāts 1950tajos-60tajos. Tas paredzēja lietot kodolbumbas konkrētam mērķim – kosmiskajam ceļojumam.

Apmēram 5 kodolbumbas sekundē tiek izmestas aiz kosmosa kuģa un detonētas. Sprādziena viļņi dzen uz priekšu kosmosa kuģi. Kuģa pamatni veido milzīga triecienviļņus uzņemoša un absorbējoša plāksne. Eksperimetos tika lietotas parastas sprāgstvielas un tie pierādīja šīs idejas dzīvotspēju. Iesākumam bija plānots šādu kuģi izmantot apkalpes nogādāšanai uz Marsu, taču tika arī paredzēts sūtīt mazākas zondes uz citām zvaigžņu sistēmām. Projektu pārtauca 1960to beigās, kad stājās spēkā kodolizmēģinājumu aizliegums.

Project Daedalus

1970tajos British Interplanetary Society pārskatīja Orion konceptu, tikai mazākā mērogā un lietojamu tikai kosmosā. Daedalus bija izpētes projekts par zondes nosūtīšanu uz Bārnarda zvaigzni 50 gadu ilgā ceļojumā. (Bārnarda zvaigzne atrodas apmēram 6 gaismas gadu attālumā). Projekts saturēja virkni āķīgu elementu, tai skaitā He3 iegūšanu pa ceļam lidojot garām Jupiteram. Mja. Tomēr lidojuma laikā bija paredzēts sasniegt 0,12c ātrumu.

Bussard Interstellar Ramjet

Tā vietā, lai ņemtu līdz daudz, ļoti daudz degvielas, kāpēc gan to nesavākt pa ceļam? 1960tajos izstrādātais Bussard Interstellar Ramjet koncepts paredzēja savākt starpzvaigžņu vidē klīstošus atsevišķus protonus un likt tiem kādā nebūt veidā veikt kodolreakcijas, tādējādi veidojot kodolraķeti. Šim konceptam bija daudz trūkumu. Piemēram, tā arī netapa skaidrs, cik daudz protonus izdotos savākt, vai to vākšana nebremzēs kustību, nemaz neminot izaicinājumu kā likt šiem protoniem veikt kodolreakcijas.

Robert Forward’s interstellar laser sails

Gaismas buras (līdzīgs pavisam reālam Saules buras konceptam) ir vēl viena iespēja. Kāpēc gan neizmantot gaismu, tā vietā lai izmantotu raķetes. Gaismai ietriecoties objektā, tā to pagrūž, lai arī pavisam nedaudz. Ņemam daudz gaismas lielā laukumā un spēks kļūst acīmredzams. Tā ir laba ideja. Robert Forward piedāvāja izmantot 10 miljonu gigavatu lāzeru, spīdināt to caur tūkstoš kilometru Frensela lēcu uz tūkstoš kilometru buru. Šādu izmēru dzinējs 10 gadu laikā nogādātu tūkstoš tonnu smagu kuģi ar visu apkalpi līdz tuvākai zvaigznei.

Kur ir āķis? 10 miljonu gigavatu lāzers. Tas ir 10 tūkstoš reižu vairāk, nekā visa šodien uz Zemes patērējamā enerģija kopā.

Tāpēc Forwards samazināja projektu. Šoreiz ir nepieciešamts tikai 10 gigavatu mikroviļņu lāzers (joprojām milzīgs izaicinājums), un kuģis ir sarucis līdz smieklīgam 16 gramu vadu mudžeklim kilometra izmēros. Tā arī ir bura ar visiem sensoriem.

Šobrīd līdzīgi projekti, kas balstīti uz Saules vēja izmantošanu, ir pavisam reāli. Tiesa, pagaidām vēl ne starpzvaigžņu trasēs. Bet ceļojumam uz Saules sistēmas nomali tie derēs pat ļoti labi.

4. Idejas, kas bāzētas uz tā ko vēlamies sasniegt

”Worm Hole” transports

Tev šķiet gana dīvaini, ka fiziķi nāk klajā ar visām šīm ārišķīgajām idejām par ”Worm Hole”?

Relativitāte liedz objektiem telplaikā pārvietoties ātrāk par gaismu, tomēr ir zināms, ka pats telplaiks var tikt liekts un kropļots. Lai izliektu telplaiku, nepieciešams milzīgs masas vai enerģijas daudzums, taču to var izdarīt. Vismaz teorētiski. Telpu var izliekt tā, lai divi punkti, kuriem būtu jāatrodas tālu vienam no otra, būtu pieejami blakus – līdzīgi kā pārlokot papīra loksni. Pagaidām šīs teorijas ir pārāk zaļas, lai tās varētu apgāzt vai apstiprināt. Turklāt – sveiki, laika paradoksi, esam klāt.

Vai testam varam uzbūvēt vienu ”Worm Hole”? Protams, sīkums.

Ņemam labi daudz superblīvas matērijas, tādas, kas atrodama neitronu zvaigznēs. Cik daudz? Pietiekami daudz, lai varētu uzkonstruēt gredzenu, kura izmēri atbilst Zemes orbītai ap Sauli. Tad būvējam vēl vienu tādu pašu mūsu ”Worm Hole” otrā galā. Tad uzlādējam abus ar bezjēgā milzīgu elektrisko lādiņu un iegriežam līdz gaismas ātrumam. Abus.

Nekādu problēmu? Ja reiz tev izdevās to visu uzbūvēt un tu esi nonācis tur, kur vēlējies, esmu pārliecināts, varēji izdomāt arī labākus veidus kā ceļot. Neceri, ka inženieri drīzumā uzbūvēs kādu ”Worm Hole”. Ir arī citas idejas, piemēram, pielietot ”negatīvo enerģiju”, lai izveidotu un noturētu ”Worm Hole” atvērtu.

Alcubierre’s "Warp Drive"

Arī Alcubierre "warp drive" ir ideja. Lai arī Speciālā Relativitāte joprojām liedz objektiem telplaikā pārvietoties ātrāk par gaismu, tomēr nav zināms, cik ātri telplaiks pats var pārvietoties. Ņemsim talkā analoģiju ar kustīgajiem celiņiem, kādi sastopami dažās lidostās. Alcubierre Warp Drive līdzinās šādam celiņam. Ātrums ar kādu tu vari pārvietoties blakus kustīgajam celiņam ir ierobežots (līdzīgi kā gaismas ātrums telpā), bet ja nu tu atrodies uz kustīgā celiņa un pārvietojies ātrāk nekā vari paiet (līdzīgi kā kustīga telplaika daļa)? Alcubierre Warp Drive gadījumā kustīgo telplaika daļu mēs radam izplešot telplaiku aiz kuģa (līdzīgi, kā celiņš izlien no pagrīdes), un saspiežot telplaiku kuģa priekšā (līdzīgi kā celiņš pazūd atpakaļ pagrīdē). Telplaika izplešanas ideja nav jauna. Mēs zinām, ka telplaiks izplešas. Vadošās teorijas arī paredz, ka Visuma pirmsākumos, tūlīt pēc Lielā Sprādziena, Visums izpletās daudz straujāk par gaismas ātrumu. Ja reiz telplaiks to varēja, kāpēc gan tas nevarētu to darīt arī mūsu Warp dzinējam? Arī šo pieņēmumu pagaidām nevaram ne apstiprināt ne apgāzt.

Vai te ir vēl kāds knifs?

Jā... Pirmkārt, mums vajadzēs iepaidīgu izmēru ”negatīvās enerģijas” gredzenu ap mūsu kuģi. Fiziķiem pagaidām vēl nav vienprātības, vai ”negatīva enerģija” maz var pastāvēt. Klasiskās fizikas pārstāvji vairāk tā kā sliecas teikt ”Nē”, kamēr kvantu fiziķi saka ”Varbūt jā”. Otrkārt, nāksies iemācīties šo parādību kontrolēt. Ieslēgt un izslēgt pēc vēlēšanās. Tas var izrādīties gana izaicinoši, jo warp effektam ap kuģi jābūt nodalītam no telplaika uz kuģa. Treškārt, tas viss ņemot vērā, ka mūsu ”warp” tiešām spēs izplatīties ātrāk par gaismu. Tas ir liels nezināmais. Un ceturtkārt, arī ja viss iepriekš minētais ir taisnība, līdzīgi kā ”Worm Hole” konceptā, atkal atgriežamies pie laika paradoksiem.

Negatīvās masas dzinējs

Teorētiski būtu iespējams radīt nepārtrauktas darbības effektu, pretstatot negatīvu un pozitīvu masu. Šī shēma nepārkāpj zināmos fizikas likumus. Tiesa, mums nāksies pieņemt ka negatīvai masai ir negatīva inerce. Abu masu mijiedarbība nodrošinās paātrinājumu. Šo konceptu 1957. gadā izvirzīja Bondi, analizējot hipotētiskās negatīvās masas īpašības. Vēlreiz to caurskatīja Winterberg un Forward 1980. gadā.

Attiecībā uz negatīvu masu nav zināms, vai tā eksistē. Nav pat līdz galam izprasts, vai tā maz teorētiski var pastāvēt. Bet ir ieteiktas metodes praktiskiem negatīvās masas meklējumiem sakarā ar astronomiskiem pētījumiem un pierādījumu meklējumiem, vai kaut kur Visumā eksistē wormholes.

Millis’s hypothetical "Space Drives"

Space drive ir idealizēts dzinējs, kas izmato fundamentālas matērijas un telplaika īpašības un rada dzinējspēku jebkurā vietā telpā, neņemot līdzi degvielu un neizmantojot reakcijas masu. Šāds dzinējs revolucionizētu kosmiskos lidojumus. Lai noskaidrotu problēmu loku, Millis izveidoja un izanalizēja virkni hipotētisku space draivu. Pirms jebkuru no space draivu konceptiem pārvērst realitātē, nāksies atklāt metodes kā izveidot un vadīt ārējus asimetriskus spēkus un iedarboties ar tiem uz kuģi – vai kā nu mēs šo transportu sauksim. Millis apskatītie space draivu koncepti ir:

• Hypothetical Differential Sail
• Hypothetical Diode Sail
• Hypothetical Induction Sail
• Hypothetical Diametric Drive
• Hypothetical Pitch Drive
• Hypothetical Bias Drive
• Hypothetical Disjunction Drive

(šī raksta autors nebija gana spics, lai aprakstītu katru no tiem. Bet gadījumā, ja tu esi... spied te :)

5. Vēl dažas jaunas iespējas

"Zero Point Energy"

Zero Point Energy, vai vakuuma fluktuāciju enerģija, ir jēdzieni, lai izskaidrotu enerģiju, kas paliek vakuumā pēc tam, kad no tā ir aizvākta visa enerģija. Ja no telpas aizvācam visu enerģiju, visu matēriju, siltumu, gaismu... visu – tur tomēr paliek kaut kāda enerģija. To var izskaidrot ar kvantu mehānikas nenoteiktības principu, kas saka, ka absolūts nulles enerģijas stāvoklis nav iespējams. Tas pats attiecas uz gaismas viļņiem telpā. Visiem! Saskaitot to visu kopā un novērtējot iegūto enerģijas daudzumu konkrētā telpas daļā, iegūstam pavisam fantastisku skaitli, kaut kur no 10³⁶ līdz pat 10⁷⁰ džouli uz katru telpas m³.

Vienkāršiem vārdiem, vienā kafijas tasītē ir pietiekami daudz enerģijas, lai uzvārītu visus Zemes okeānus. Viena varen stipra kafija. Sākotnēji fiziķiem bija grūti akceptēt šādu enerģijas konceptu, taču šodien vakuuma enerģijas eksistence pārsvarā tiek atbalstīta.

Vai tam ir pierādījumi?

Vakuuma enerģijas koncepts tika piedāvāts 1948. gadā. Kopš tā laika Vakuuma enerģija netieši ir novērota virknē eksperimentu, piemēram: Casimir effekts, Van der Wall spēki, Lamb-Retherford nobīde, Planka melnā ķermeņa starojuma skaidrojumi, u.c.

The Casimir Effect

Casimir effekts, iespējams, ir tiešākais pierādījums vakuuma enerģijai. Novietojam divas metāla plāksnes vakuumā pietiekami tuvu vienu otrai (apmēram mikrometru) un vakuuma enerģija tās saspiedīs kopā. Tas tāpēc, ka attālums starp plāksnēm būs mazāks par gaismas viļņa garumu un galu galā plāksnes no ārpuses saņems lielāku gaismas spiedienu nekā no iekšpuses. Šis effekts ir eksperimentāli pārbaudīts. Tiesa, tas darbojas ļoti mazos attālumos.

Vai varam iegūt šo enerģiju?

Maz ticams. Pat ja kādu dienu varēsim, pagaidām nav zināms, kādas tam varētu būt sekas. Ņem vērā, šis ir mūsu zemākais enerģijas līmenis, lai iegūtu šo enerģiju, mums nāksies nostāties vēl zemāk. Teorētiski tiek piedāvāts izmantot Casimir effektu enerģijas iegūšanai, jo varam pieņemt, ka reģions Casimir dobumā atrodas zemākā enerģijas līmenī. Taču pagaidām tie ir tikai teorētiski spriedumi.

Ja reiz šī enerģija ir tik milzīga, kāpēc to tik grūti novērot?

Iedomājies, ka tu dzīvo uz milzīga plato, 1000 metrus virs jūras līmeņa. Tik liela, ka tu nemaz nezini, ka tas ir plato. No tava viedokļa tu atrodies nulles līmenī. Kamer tu nepieiesi pie plato malas, tev nebūs ne jausmas, ka tava nulle īstenībā ir 1000. Līdzīgi ar vakuuma enerģiju. Būtībā, tā ir mūsu nulles līmenis.

Vai varētu to izmantot dzinējam?

Pastāv teorētiski apsvērumi par vakuuma enerģijas ietekmi uz gravitāciju un masu. Taču šīs gravitācijas teorijas joprojām tiek diskutētas. Pat ja kāda izrādīsies patiesa, to patreizējā formā šīs teorijas nepiedāvā elektromagnētiskos spēkus pārvērst dzinējspēkā. Tiesa, Millis uzskata, ka jebkura asimetriska iedarbība uz vakuuma enerģiju var tikt pielietota vilkmes radīšanai.

6. Tātad, vai mēs to varam?

Piedod,... bet nav paredzams, ka tas varētu notikt tuvākajā nākotnē. :(

Nepieciešams atrisināt 3 lietas.

1. Atklāt metodes kā iztikt bez vai dramatiski samazināt nepieciešamās degvielas patēriņu. Tas ietver fundamentālus atklājumus gravitācijas kontroles jomā vai spēju kādā citā veidā ietekmēt masu un telplaiku.
2. Atklāt kā sasniegt milzīgus ātrumus, lai nonāktu galamērķī sakarīgā laikā. Tas ietver atklāt iespējas pārvietoties ar tuvu maksimālam ātrumam telpā vai iespējas ietekmēt pašu telplaiku.
3. Atklāt fundamentāli jaunus enerģijas ražošanas veidus ar ko pabarot dzinējus. Mēs nevarēsim apmierināt pirmos divus punktus bez jaunām enerģijas ražošanas metodēm, jo tie visticamāk prasīs ļoti daudz enerģijas.

Fundamentāls atklājums ir, kad esošas tehnoloģijas vai metodes robežas pārspēj kāds principiāli savādāks izgudrojums. Attīstoties tehnoloģijai, ar laiku pienāk brīdis, kad koncepts sevi ir izsmēlis, vairāk to uzlabot nav iespējams un tā vietā stājas cita tehnoloģija. Piemēram: buru kuģu ātrumu pārspēja tvaikoņi; propelleru lidmašīnu ātrumu pārspēja reaktīvās lidmašīnas; lidmašīnu augstuma rekordus pārspēja raķetes; raķetes pārspēs ..... Tomēr, ņem vērā: tvaikoņi netika uzbūvēti uzlabojot buru kuģus; reaktīvā lidmašīna netika radīta uzlabojot propelleru lidmašīnu; tranzistori netika izgudroti uzlabojot radiolampas; kopētāji netika izgudroti uzlabojot fotopapīru; arī space draivi netiks radīti uzlabojot raķetes. Šie piemēri ir fundamentāli izgudrojumi, kas stājās iepriekšējo vietā.

Jaunu izgudrojumu ceļš līdz pielietojumam nav viegls. Ir daudz vieglāk attīstīt labi zināmu un esošu tehnoloģiju, nevis riskēt un investēt nezināmajā, kas varbūt kādreiz atmaksāsies, bet varbūt arī nē. Tuklāt tam nepieciešams radīšanas gars, iedvesma, iztēle, spēja ieraudzīt jaunu nezināmo un paskatīties uz to no citas puses, radīt jaunu zināšanu bāzi. Un tad... tad mēs nonāksim līdz zvaigznēm.

Rakstu sagatavoja Ints pēc NASA materiāliem

Komentāri

Lūdzu ievērot!

• www.starspace.lv redaktori ir tiesīgi administrēt Jūsu ievietoto komentāru, ja tas neatbilst vispārcilvēciskām normām, ir aizskarošs individuālā un valstiskā mērogā.
• Neizmantojiet šos laukus reklāmai, savstarpēju rēķinu kārtošanai, jebkāda veida citu cilvēku pazemošanai un nelikumīgām darbībām.
• Savas domas pastiprināšanai ļauts izmanot - <b>, <i>,<u>. Neaizmirstiet tos attiecīgi noslēgt.
• Ja ir kādas neskaidrības vai jautājumi, lūdzu spiest uz zemāk redzamo uzrakstu Kontakti un savu sāpi redaktoriem nodot šādi.