Medzvezdna potovanja

[vojko]

MEDZVEZDNA POTOVANJA

Že večkrat smo na tem forumu razpravljali o interstelarnih potovanjih. Pogosto sem imel občutek, da se ljudje ne zavedajo dovolj fantastičnih energetsko/tehnoloških težav in izzivov takšnih podjetij. Še posebej je to vidno in bode v oči pri nekaterih ZNANSTVENO-fantastičnih filmih, kje se pogovarjajo po radiu, kot da je sogovornik v Spodnjem Kašlju, ne pa na vesoljski »križarki«, na desetine svetlobnih let daleč. Iz »navadnega« preklapljajo v »warp« pogon, kot bi pilot vklopil forsažo, z medzvezdnimi tovornimi ladjami prevažajo rudo, ipd.

Mislim, da ste dobili splošno sliko.

Ker so med nami strokovnjaki za fiziko in matematiko (jaz žal nisem med njimi), mi bodo morda poskusili razčistiti nekatere dileme.

Ampak naj najprej postavim sceno.
Omejitve
-Ne spuščam se v motive, ki bi vodili civilizacijo tipa I ali II, da bi se sploh spustila v takšno potovanje in obiskala naš planet.
-Pri prikazu sem zanemaril dejavnik časovne dilatacije, ki seveda skrajšuje relativni čas potovanja za potnike vesoljskega vozila, ki potujejo skoraj s svetlobno hitrostjo. Razlog je v tem, da ta dilatacija postane pomembna šele, ko se povsem (recimo na 99,9% približamo c; morda nam bo shrink pojasnil relacijo med hitrostjo in dilatacijo časa). Po moje takšne hitrosti niso plavzibilne iz več razlogov, pa tudi energetska bilanca je katastrofalna.
-izpustil sem medgalaktična potovanja, saj so ta za nekaj deset velikostnih razredov težavnejša.

Še prej pa o velikosti Vesolja. Adam Douglas je v Štoparskem vodniku po galaksiji z ne malo humorja zapisal:
"Vesolje je veliko. Ne boste verjeli, kako širno, ogromno, strašljivo veliko je. Hočem reči, morda mislite, da je dolga pot dol po cesti do vaše trgovine, ampak to je samo drobec proti vesolju."

Tipična galaksija meri približno 30.000 svetlobnih let v premeru, Rimska cesta pa okoli 100.000 svetlobnih let. Razdalje med galaksijami so še bolj strašljivo ogromne; tipična razdalja med galaksijami je okoli 3 milijone svetlobnih let. Vidno vesolje ima radij okoli 93 milijard svetlobnih. (To je sedanja ocena na podlagi razširjanja samega prostora /commoving distance/, ne razdalja po času, ko je bila izsevana svetloba iz najbolj oddaljenih zvezd)

Nam najbližja zvezda Proxima Centauri je oddaljena približno 4,2 svetlobnih let, vendar Proxima Centauri ni dober kandidat za naseljene planete iz več razlogov. To je rdeča pritlikavka in to lahko predstavlja številne težave. Prav tako je spremenljivka, kar jo izključuje kot domovanje ET-ja.

V krogli s premerom cca 15 svetlobnih let je 64 znanih zvezd, tako da lahko predpostavimo, da recimo ET prihaja iz našega dvorišča, kakšnih 10 svetlobnih let stran, čeprav Nezemljani zelo verjetno niso tako blizu nas, razen če ni življenje zelo pogosto v vesolju. To pa nasprotuje Occamovemu načelu, pa še drugim predpostavkam.

Zato poglejmo, koliko energije bi bilo potrebno ET-ju, da pride k nam s planeta kakšnih 10 svetlobnih let stran. Če predpostavimo, da ET-ji niso pripravljeni porabiti 200 let ali več za krožni izlet na Zemljo, bodo morali potovati hitro, zelo hitro. Tudi 10% svetlobne hitrosti ne bo bistveno skrajšalo trajanja potovanja. Vzemimo 90% svetlobne hitrosti (c). Pri 0,90 c bi trajalo potovanje približno 11 let, pa še to pod (nerealno) predpostavko, da bi opravili pospešitev/pojemek skoraj v trenutku.

Torej, zdaj imamo ciljno hitrost, vendar moramo določiti še maso vozila. Objekt velikosti space shuttla (okoli 2.000t), se zdi malo majhen za 11 letno potovanje, tako da poskusimo nekaj malo večjega. Podmornica razreda 'Virginia' ima 8.000t in je namenjena za dolgotrajno plovbo v izolirani atmosferi. Predpostavimo, da ima plovilo ET-jev enako maso.

Količina energije, potrebne za pospešitev objekta mase 8.000.000 kg na 0.90 c znaša strašljivih 7,45 9,32 x 10 * 23 joulov, (1 joule JE enak 0,000000278 kW),
kar je približno 180.000.000.000.000t, ali 180 Tera ton kemične energije! To je enakovredno 4,500.000 car bombam (50 megaton TNT), najmočnejšega jedrskega orožje, ki je kdaj eksplodirajo. Upam da nisem kaj »zašuštral« z mojo gimnazijsko matematiko!

Za primerjavo: leta 2008 je bila celotna produkcija energije na svetu reda velikosti 474 exajoulov (474×10*18 J=132,000 TWh! Pomeni, da bi samo za to potovanje porabili 100.000 letno globalno produkcijo energije!

Potrebovali bi več kot 5.000t antimaterije in enako količino materije za proizvodnjo toliko energije! Še slabše je, kot se zdi, saj morajo ET-ji upočasniti, ko prispejo na cilj, kar bi zahtevalo enako količino energije kot za pospeševanje, zato govorimo o ~ 450.000.000,000.000 ton energije samo za enosmerno potovanje. Ampak še slabše je. Zanemarjamo maso vira energije in predpostavljamo 100% izkoristek pri pretvorbi vira energije v hitrost vozila, kar ni realno. Zaradi teh in še drugih stvari je verjetno potrebno povečati maso goriva za faktor 10. Torej, summa summarum je ocena energetskih zahtev za potovanje pri 0,90 c 10*15t (ena Peta tona!).

Morda pa se bo v teku debate pojavila tudi ideja o superluminalnih potovanjih, ki jih bodo gotovo zahtevala intergalaktična potovanja (naša najbližja galaksija Andromeda je oddaljena 2.54 milijona svetlobnih let! Naj pri potovanjih s hitrostjo večjo od svetlobne samo omenim Alcubierrov pogon in potovanje skozi črvino. Tam pa so energetske zadeve še dosti bolj strašljive!

Ob takšnih kalkulacijah je skoraj zanemarljivo pričakovati, da bi neka civilizacija znotraj 10 svetlobnih let »napadla« naš planet in ga »izropala«, kot se to pogosto dogaja v space-operah. Kaj šele civilizacija iz središča naše galaksije, ki je cca 27.000 svetlobnih let daleč!

Zato lahko mirno spite vsi, ki vas je ponoči strah, da boste na svojem dvorišču zagledali leteči krožnik, iz katerega bodo izstopali ET-ji za namenom, da ugrabijo vašo ženo ali hči.

Če pa boste slišali nenavadne šume zadaj na vrtu, verjemite raje tejle stari kitajski modrosti: zaljubljena ženska, ki čaka svojega princa na konju v gluhi noči, mora zelo paziti, da ne zamenja bitja svojega srca s topotom kopit…

Pričakujem živahno debato, saj je tema po moje provokativna in zanimiva!

[Tommo]

Samo popravek: 1 J (joule) NI enak temu, kar si napisal, ampak velja 1 J = 1 Ws (vatsekunda oziroma W*s). Energijo si naračunal pravilno (čeprav je tudi tam po mojem tipkarska napaka, ampak rezultat 9,32*10^23 je pravilen), bi pa zaradi te zmede pri enotah sklepal, da so ostali računi verjetno napačni.

Drugače pa dobrodošla nova tema.

[vojko]

Samo popravek: 1 J (joule) NI enak temu, kar si napisal, ampak velja 1 J = 1 Ws (vatsekunda oziroma W*s). Energijo si naračunal pravilno (čeprav je tudi tam po mojem tipkarska napaka, ampak rezultat 9,32*10^23 je pravilen), bi pa zaradi te zmede pri enotah sklepal, da so ostali računi verjetno napačni.

Drugače pa dobrodošla nova tema.

Hvala za popravek, Tommo, pri matematiki sem "truba".

[problemi]

V račune se ne bom spuščal, ali so povsem pravilno ali ne izračunani mi je povsem nepomembno, gre za idejo in ta je zanimiva ... Vprašal bi zgolj, vojko, koliko pa jih vendarle spremeni, račune namreč, če bi predpostavili, da ET-ji potujejo že 100.000 ali milijon let. Seveda gre za predpostavko, vendar je Vesolje staro ccc. 13-14 milijard let, tako da bi to bilo konec koncev povsem možno.

[vojko]

V račune se ne bom spuščal, ali so povsem pravilno ali ne izračunani mi je povsem nepomembno, gre za idejo in ta je zanimiva ... Vprašal bi zgolj, vojko, koliko pa jih vendarle spremeni, račune namreč, če bi predpostavili, da ET-ji potujejo že 100.000 ali milijon let. Seveda gre za predpostavko, vendar je Vesolje staro ccc. 13-14 milijard let, tako da bi to bilo konec koncev povsem možno.

To seveda spremeni vse. Tvoja domneva je kar verjatna. To bi bila tipična civilizacija tipa III, ki bi razpolagala z energijami reda velikost 10*46W, torej toliko kot je energetski output poprečne galaksije. S takimi energijami (samo energija je problem!) pa se da narediti vse, kar dopuščajo naravni zakoni. Torej tudi ustvariti in držati odprto črvino z eksotično materijo, ki ima negativno maso/energijo dovolj veliko in dovolj dolgo, da skoznjo potuje medzvezdna ladja. Ali pa nekaj podobnega (ali pa še bolj fantastičnega!) Alcubierrovem pogonu. Zanjo so meja resnično samo naravni zakoni...ali so res?

[problemi]

Zanjo so meja resnično samo naravni zakoni...ali so res?

Meja so definitivno naravni fizikalni zakoni. Te meje ni moč preseči. Obstaja pa možnost, kar pravzaprav je realnost, da jih do pikice natančno ne (s)poznamo.

Mene pri Alcubierrovem pogonu (Alcubierrovi metriki) zanima kaj je z informacijo? Vemo, da se informacije ne more prenašati hitrejo od \(c\). Kako je v tem primeru?

[bargo]

Recimo, da so ti naši ET malce starejši. Recimo tako za kakšnih milion let, računano po Darwinu. Potem si domišljam, da bi Vojkovi izračuni, tudi če so povsem natančni, bili nepotrebni. Zakaj ?
Predstavljam si, da bi lahko bilo podobno,če bi mi današnje vedenje, razlagali Aristotlu v njegovem času. Recimo, vse do kvantne fizike.
Verjetno bi veliko tega razumel, samo pomagati si s tem ne bi mogel kaj veliko. Pot do lune bi zanj in njegove naslednike bile enako nedosegljiva, kot je danes za nas Alpha centauri.
Analogno temu, bi lahko rekel, da so naši predniki nedolgo tega, bili mnenja, da nič kar je težje od zraka, ne more leteti. Danes leti Antonov An-225, ki je verjetno največje leteče letalo na svetu z nosilnostjo 600 ton. Podobno razmišljam, da za nepredstavljive vesoljske razdalje. Obstoječa tehnologija, nas kvečemu pripeplje do Marsa.

Bo treba še kakšno pravilo/zakon odkriti, da bomo lahko o tem začeli razmišljati. Do takrat pa je domišljija, edina stvar, ki bo nam omogočila, pot po vesolju.
Druga možnost je, da okrijemo kakšen komet, ki je dovolj blizu nam, ki bi vseboval zanimive materiale. Potem bi razvoj zagotovo dobil krila.
Nenazadanje pa nam lahko kdo prišepne in nam malce pomaga.

[bargo]

Ja, mogoče še tole. Z klasično Newtonovo fiziko, sem osebno prepričan, da z potovanji po Vesolju (ven iz osončja z človeško posadko), ne bo nič. Tudi, če imamo brisačo.

[shrink]

Samo popravek: 1 J (joule) NI enak temu, kar si napisal, ampak velja 1 J = 1 Ws (vatsekunda oziroma W*s). Energijo si naračunal pravilno (čeprav je tudi tam po mojem tipkarska napaka, ampak rezultat 9,32*10^23 je pravilen), bi pa zaradi te zmede pri enotah sklepal, da so ostali računi verjetno napačni.

Nisem kontroliral samega izračuna, ampak glede enot si tudi sam verjetno malo zmeden, kajti kasneje vojko J pravilno izraža s TWh, iz česar bi lahko sklepal, da je šlo za tiskarski škrat in da pravzaprav manjka samo h, tako da je nezmedenemu takoj jasno, kaj je bilo v resnici mišljeno:

"1 joule JE enak 0,000000278 kWh".

[vojko]

Samo popravek: 1 J (joule) NI enak temu, kar si napisal, ampak velja 1 J = 1 Ws (vatsekunda oziroma W*s). Energijo si naračunal pravilno (čeprav je tudi tam po mojem tipkarska napaka, ampak rezultat 9,32*10^23 je pravilen), bi pa zaradi te zmede pri enotah sklepal, da so ostali računi verjetno napačni.

Nisem kontroliral samega izračuna, ampak glede enot si tudi sam verjetno malo zmeden, kajti kasneje vojko J pravilno izraža s TWh, iz česar bi lahko sklepal, da je šlo za tiskarski škrat in da pravzaprav manjka samo h, tako da je nezmedenemu takoj jasno, kaj je bilo v resnici mišljeno:

"1 joule JE enak 0,000000278 kWh".

Shrink, kar malo potoložail si me. Mislil sem že, da sem vse zapesnil. Upam, da se boš oglasil s kakšnim vsebinskim postom!

[vojko]

Zanjo so meja resnično samo naravni zakoni...ali so res?

Meja so definitivno naravni fizikalni zakoni. Te meje ni moč preseči. Obstaja pa možnost, kar pravzaprav je realnost, da jih do pikice natančno ne (s)poznamo.

Mene pri Alcubierrovem pogonu (Alcubierrovi metriki) zanima kaj je z informacijo? Vemo, da se informacije ne more prenašati hitrejo od \(c\). Kako je v tem primeru?

Vem, da poznaš princip delovanja Alcubierrovega pogona, zato veš, da pri njem NI kršena PTR. Ne gre namreč za gibanje SKOZI PROSTOR, ampak za GIBANJE PROSTORA samega (krčenje pred in "napihovanje" za vesoljsko ladjo, ki jo potiska naprej), zato menim, da ni problema s prenašanjem informacij. Situacija je čisto v subluminalnem režimu. Tako vsaj jaz kot laik sklepam.

[bargo]

Da se še malo osmešim. Informacije lahko potujejo s svetlobno hitrostjo ali vsaj zelo blizu. Svetloba je tudi energija v obliki paketov (kvantov) in ima lastnost, da lahko vpliva na strukture. S pomočjo superpozicije in prepletanjem lahko dosežemo, da informacije prispejo na cilj takoj, ko so bile oddane. Ne glede na to kakšna je oddaljenost med oddajnikom in sprejemnikom.
Praktično bi to pomenilo, da prenos informacij med Marsom in Zemljo ne bi trajal grozljivih 8 minut, temveč bi bil sočasen.

[qg]

Da se še malo osmešim. Informacije lahko potujejo s svetlobno hitrostjo ali vsaj zelo blizu. Svetloba je tudi energija v obliki paketov (kvantov) in ima lastnost, da lahko vpliva na strukture. S pomočjo superpozicije in prepletanjem lahko dosežemo, da informacije prispejo na cilj takoj, ko so bile oddane. Ne glede na to kakšna je oddaljenost med oddajnikom in sprejemnikom.
Praktično bi to pomenilo, da prenos informacij med Marsom in Zemljo ne bi trajal grozljivih 8 minut, temveč bi bil sočasen.

Govoriš o teleportaciji, samo pri teleportaciji informacija še vedno potuje s svetlobno hitrostjo.

[bargo]

Da se še malo osmešim. Informacije lahko potujejo s svetlobno hitrostjo ali vsaj zelo blizu. Svetloba je tudi energija v obliki paketov (kvantov) in ima lastnost, da lahko vpliva na strukture. S pomočjo superpozicije in prepletanjem lahko dosežemo, da informacije prispejo na cilj takoj, ko so bile oddane. Ne glede na to kakšna je oddaljenost med oddajnikom in sprejemnikom.
Praktično bi to pomenilo, da prenos informacij med Marsom in Zemljo ne bi trajal grozljivih 8 minut, temveč bi bil sočasen.

Govoriš o teleportaciji, samo pri teleportaciji informacija še vedno potuje s svetlobno hitrostjo.

Ja, na nek način. Informacija ne more priti hitreje od svetlobne hitrosti, to drži.
Bistvo je, da moraš vedeti kam imaš namen poslati sporočilo. Ko to veš, pošlješ tja enega od prepletenih parov. Ta lahko potuje s svetlobno hitrostjo in prispe na cilj.
Nato lahko sporočiš informacijo v trenutku tako, da uporabiš drugi par. Navidezno bi tako komuniciral sočasno! Realno moraš počakati, da prvi par sprva prispe do cilja, preden lahko uporabiš tako sočasno komunikacijo.

Analogija z baterijo. Energijo iz baterije uporabiš takrat, ko jo potrebuješ. Seveda, če se prej ne sprazni sama.
Teleportacija je veliko bolj komplicirana, princip je podoben.

[bargo]

Tako mimogrede. Če ima naša Rimska cesta premer 100.000 svetlobnih let in vemo, da v vesolju obstaja prazen prostor, ki je tako velik, da je v njega mogoče postaviti 2.500 rimskih cest, bi bilo tako potovanje zelo dolgočasno.

Postavi se torej vprašanje: ZAKAJ čutimo potrebo po potovanju v vesolju ? Sebičen odgovor je, da ne izumremo. Da nas ne uniči komet ali pa se celo uničimo sami. Kot pravi Stephen: "Ni pametno imeti vseh jajc v eni košari." To razumem in Mars je blizu. Malce tveganja z jederskimi pogoni in smo tam, kot bi trenil.

Ima še kdo kakšen drug razlog ?