Sijoita ihminen avaruuteen, kaukana maapallon gravitaatiosidoksista, ja hän tuntee painottomuutensa. Vaikka kaikki maailmankaikkeuden massat käyttävät häntä edelleen painovoimaa, ne houkuttelevat myös kaikkia avaruusaluksia, joissa ihminen on, joten hän kelluu. Ja silti televisiossa meille osoitettiin, että tietyn avaruusaluksen miehistö kulkee melko menestyksekkäästi jaloillaan lattialla missä tahansa olosuhteissa. Tätä varten käytetään keinotekoista painovoimaa, joka luodaan fantastisen aluksen asennuksilla. Kuinka lähellä tämä on todellista tiedettä?
Kapteeni Gabriel Lorca Discovery-sillassa simuloidussa taistelussa klingonien kanssa. Koko miehistöä houkuttelee keinotekoinen painovoima, ja tämä on ikään kuin kaanoni
Painovoiman suhteen Einsteinin suuri löytö oli ekvivalenssin periaate: tasaisen kiihtyvyyden avulla viitekehys on erottamaton gravitaatiokentästä. Jos olisit raketilla etkä pystynyt näkemään maailmankaikkeutta ikkunan läpi, sinulla ei olisi aavistustakaan, mitä tapahtuu: vedetäänkö sinut painopisteen tai raketin kiihtyvyyden kautta tiettyyn suuntaan? Tämä oli idea, joka johti yleiseen suhteellisuuteen. 100 vuotta myöhemmin, tämä on tarkin kuvaus tunnetusta painovoimasta ja kiihtyvyydestä.
Rakettia vastaan lattiaan iskevän pallon samanlainen käyttäytyminen lennossa (vasen) ja maapallolla (oikea) osoittaa Einsteinin vastaavuusperiaatteen
On toinenkin temppu, Ethan Siegel sanoo, jota voimme käyttää halutessamme: voimme saada avaruusaluksen pyörittämään. Lineaarisen kiihtyvyyden (kuten raketin työntövoiman) sijasta, pystysuuntainen kiihdytys voidaan saada toimimaan siten, että aluksella oleva henkilö voi tuntea avaruusaluksen ulkoreunan työntäen sitä kohti keskustaa. Tämä oli temppu, jota käytettiin vuonna 2001 A Space Odysseyssa, ja jos avaruusaluksesi olisi riittävän suuri, keinotekoinen painovoima olisi erotettavissa todellisesta painovoimasta.
Vain yksi mutta. Nämä kolme kiihdytystyyppiä - painovoimainen, lineaarinen ja kiertyvä - ovat ainoita, joita voimme käyttää simuloimaan painovoiman vaikutuksia. Ja tämä on valtava ongelma avaruusalukselle.
Vuoden 1969 aseman konsepti, joka oli tarkoitus koota kiertoradalle Apollon ohjelman käytetyistä vaiheista. Aseman piti pyöriä keskiakselillaan keinotekoisen painovoiman luomiseksi
Miksi? Koska jos haluat matkustaa toiseen tähtijärjestelmään, sinun on nopeutettava alustasi päästäksesi sinne ja hidastamaan sitä sitten saapuessaan. Jos et pysty eristämään itseäsi näiltä kiihdytyksiltä, katastrofi odottaa sinua. Esimerkiksi, jotta kiihdytetään täyteen impulssiin Star Trekissä, jopa muutaman prosentin valon nopeudesta, joudutaan kokemaan 4000 g: n kiihtyvyys. Tämä on sata kertaa kiihtyvyys, joka alkaa estää veren virtausta kehossa.
Mainosvideo:
Space Shuttle Columbian käynnistäminen vuonna 1992 osoitti kiihtyvyyttä pitkän ajanjakson aikana. Avaruusaluksen kiihtyvyys tulee olemaan monta kertaa suurempi, eikä ihmiskeho pysty selviytymään siitä.
Jos et halua olla painoton pitkällä matkalla - jotta et altistuisi itsesi kauhistuttavalle biologiselle kulumiselle, kuten lihaksen ja luumassan menetykselle -, vartalo on jatkuvasti altistettava voimalle. Kaikille muille voimille tämä on melko helppo tehdä. Esimerkiksi sähkömagnetiikassa voitaisiin sijoittaa miehistö johtavaan ohjaamoon ja paljon ulkoisia sähkökenttiä katoaisi yksinkertaisesti. Olisi mahdollista järjestää kaksi yhdensuuntaista levyä sisälle ja saada vakio sähkökenttä työntämällä varaukset tiettyyn suuntaan.
Jos painovoima toimi samalla tavalla.
Sellaista käsitettä kuin painovoimajohdin yksinkertaisesti ei ole, samoin kuin kykyä suojautua gravitaatiovoimalta. On mahdotonta luoda yhtenäistä painovoimakenttää avaruusalueelle, esimerkiksi kahden levyn väliin. Miksi? Koska toisin kuin positiivisten ja negatiivisten varausten tuottama sähkövoima, painovoimavarauksia on vain yksi tyyppi, ja se on massaenergia. Painovoima houkuttelee aina, eikä siitä ole missään piilossa. Voit käyttää vain kolmen tyyppisiä kiihtyvyyksiä - painovoimaista, lineaarista ja kiertyvää.
Valtaosa kvarkeista ja leptoneista maailmankaikkeudessa koostuu aineesta, mutta jokaisella niistä on myös antimateriaalin vastaisia hiukkasia, joiden painovoimamassaa ei määritetä
Ainoa tapa luoda keinotekoinen painovoima, joka suojaa aluksen kiihtyvyyden vaikutuksilta ja antaa jatkuvan laskusuuntaisen työntövoiman ilman kiihtyvyyttä, on, jos havaitset negatiivisen painovoimamassan hiukkasia. Kaikilla tähän mennessä löydetyillä hiukkasilla ja antihiukkasilla on positiivinen massa, mutta nämä massat ovat inertioita, ts. Niitä voidaan arvioida vain hiukkasten luomisen tai kiihdytyksen yhteydessä. Inertiaalinen massa ja painovoima massa ovat samat kaikille tuntemillemme hiukkasille, mutta emme ole koskaan testanneet ideaamme antimateriaalista tai hiukkasista.
Tällä erityisellä osalla tehdään parhaillaan kokeita. CERN: n ALPHA-kokeilu on luonut antivetyä: vakaan muodon neutraalin antimateriaalin, ja pyrkii eristämään sen kaikista muista hiukkasista. Jos koe on riittävän herkkä, voimme mitata kuinka hiukkasen vastainen osuma painovoimakenttään. Jos se putoaa, kuten tavallinen aine, niin sillä on positiivinen painovoimamassa ja sitä voidaan käyttää rakentamaan painovoimajohdin. Jos se putoaa painovoimakenttään, se muuttaa kaiken. Yksi tulos ja keinotekoinen painovoima voi yhtäkkiä tulla mahdolliseksi.
Mahdollisuus saada keinotekoinen painovoima kutsuu meitä uskomattoman, mutta se perustuu negatiivisen painovoima massan olemassaoloon. Antimateria voi olla niin massiivinen, mutta emme ole vielä todistaneet sitä
Jos antimateriaalilla on negatiivinen painovoimamassa, luomalla tavallisen aineen kentän ja antimateriaalin katon, voisimme luoda keinotekoisen painovoimakentän, joka vetää sinut aina alas. Luomalla gravitaatiota johtava kuori avaruusaluksen rungon muodossa, suojaamme miehistöä erittäin nopeilta kiihdytysvoimilta, jotka muuten muuttuvat tappaviksi. Ja mikä parasta, avaruudessa toimivat ihmiset eivät enää koe negatiivisia fysiologisia vaikutuksia, joita koskettavat tähtitieteilijät tänään. Mutta kunnes löydämme hiukkasen, jolla on negatiivinen painovoimamassa, keinotekoinen painovoima saavutetaan vain kiihdytyksen avulla.
Ilja Khel