Ar galime naudoti galingas šviesas erdvėlaiviams varyti šviesos greičiu?

Keliauti per erdvę šviesos greičiu reikia daugiau nei tik trečiojo Niutono dėsnio. Pixabay

Redaktoriaus pastaba 10/28 : Pirminis atsakymas į šioje istorijoje pateiktą klausimą buvo neteisingas. Apgailestaujame dėl klaidos ir atitinkamai atnaujinome atsakymą.

Kiekvieną savaitę mūsų kosmoso naujienlaiškio skaitytojai, Oro šliuzas , atsiųskite savo klausimus, kad į juos atsakytų kosmoso reporteris Neel V. Patelis. Šią savaitę: kelionės lengvu greičiu.

Klausimas skaitytojui

Štai toks klausimas man kilo nuo vaikystės. Kodėl mums nepasinaudojus Trečiuoju Niutono judėjimo dėsniu (kiekvienas veiksmas turi vienodą ir priešingą reakciją), kad galėtume keliauti erdvėje šviesos greičiu? Tiesiog naudokite galingas šviesas kaip mūsų raketų varomąją sistemą – kadangi fotonai juda šviesos greičiu, mes turime būti stumiami priešinga kryptimi tuo pačiu greičiu. Kodėl tai neveikia? –– Kiranas

Neelio atsakymas

Norėdami atsakyti į šį klausimą, žengkime žingsnį atgal. Jūs teisingai sakote, kad trečiasis Niutono dėsnis teigia, kad kiekvienas veiksmas turi vienodą ir priešingą reakciją. Kitas būdas tai išreikšti yra tai pasakyti pagreitis išsaugomas . Niutono mechanikoje impulsas yra masės ir greičio sandauga. Lėtai judantis sunkus objektas turi didelį pagreitį, taip pat lengvas objektas, judantis greitai. Tačiau tai nereiškia, kad visi susiję greičiai panaikinami. Pavyzdžiui, kai šauna ginklas, atsiranda atatranka, tačiau kadangi pistoletas yra masyvesnis už kulką, atatranka yra daug lėtesnė už kulkos greitį.

Fotonai, šviesos dalelės, neturi masės, bet paradoksalu, bet jie vis tiek turi impulsą. Fotono impulsas yra atvirkščiai proporcingas jo bangos ilgiui. Ilgesnės bangos fotonai, kaip ir radijo bangos, turi mažesnį impulsą, o trumpesnio bangos ilgio fotonai, pavyzdžiui, matoma šviesa ar rentgeno spinduliai, turi didesnį impulsą.

Taigi taip, iš principo, jūs galite varyti erdvėlaivį, šaudydami galinga šviesa iš galo.

Bet kiekvieno fotono impulsas yra labai labai mažas. (Tai skaičius, vadinamas Planko konstanta, kuris yra mažas, padalytas iš fotono bangos ilgio.) Jums reikės daug fotonų.

Tai nesutrukdė fizikų ir inžinierių svarstyti apie tokios fotonų raketos dizainą. Tai 1960 metų laikraštis yra seniausia santrauka, kurią galėjome rasti. Paul Glister pateikia gerą šios istorijos apžvalgą čia . Idėja būtų neštis antimateriją savo erdvėlaivyje. Kai medžiaga ir antimedžiaga susijungia, fotonų pavidalu išsiskiria didžiulis energijos kiekis. Jei galėtumėte nukreipti šiuos fotonus viena kryptimi, turėtumėte fotonų raketą, kuri iš tiesų būtų puikus būdas judėti erdvėje. Jūs nekeliautumėte šviesos greičiu, bet galėtumėte labai greitai pasiekti didelį greitį.

Tačiau su šia idėja yra keletas problemų: pirmiausia labai sunku sukurti ir saugoti antimedžiagą. Buvo sukurti tik nedideli kiekiai, ir šiuo metu nėra praktiško būdo jį laikyti erdvėlaivyje. Ir net jei galėtumėte sugalvoti daugybę antimedžiagų, naudojant šiuolaikines technologijas, vis tiek būtų beveik neįmanoma nukreipti sukuriamų fotonų tam tikra kryptimi. Tikėtina, kad tiesiog nusižudysite nuo radiacijos liepsnos.

Tai nereiškia, kad šviesos naudojimas varikliui erdvėje yra iš piršto laužtas. Tačiau norint pasinaudoti šviesos sukuriamu impulsu, reikia permąstyti savo erdvėlaivio dizainą. Užuot patys kurkite šviesą, atspindėkite šviesą, kuri šviečia į jūsų erdvėlaivį, tiek iš saulės, tiek iš dirbtinio šaltinio, kaip lazeris, nukreiptas į jūsų erdvėlaivį iš Žemės.

Tai yra saulės burių, kurios priklauso nuo atsispindėjusios saulės šviesos, principas. Triukas yra naudoti medžiagą, kuri yra ypač lengva ir atspindi. Kai šviesa patenka ir atsimuša į šią medžiagą, ji suteikia jai pagreitį. Jei šviesa nėra labai ryški, tai sukuria tik nedidelę jėgą. Tačiau kadangi jums nereikia nešiotis kuro, šios jėgos sukeltas pagreitis laikui bėgant gali kauptis. Dėl to saulės burės (ir lazerinės ar mazerinės burės) yra itin patrauklios.

Sauja saulės burės kosmose išbandė NASA, Japonijos kosmoso agentūra ir Planetų draugija, privati ​​grupė. Jei galite sukurti labai atspindinčias medžiagas, savo bures galite paveikti didesne energija, išskleidę jas arti saulės arba apšviesdami į jas labai galingus lazerius. (Jei medžiaga nėra labai atspindinti, ryški šviesa, nesvarbu, ar ji būtų natūrali, ar dirbtinė, ją tiesiog ištirpdytų.) Tokia yra ambicingų projektų, tokių kaip „Starshot“, idėja, kuria siekiama panaudoti lazerį Žemėje, kad paspartintų mažyčius, lengvus, atspindinčius erdvėlaivius. net dešimt procentų šviesos greičio.

Taigi jūs nesate visiškai neteisūs, galvodami apie šviesą kaip apie galimą varomąją jėgą. Tik ko gero, nesugeneruotumėte šviesos pačiame erdvėlaivyje.

Norėdami pirmiausia pamatyti mūsų skaitytojų klausimus, būtinai užsiregistruokite „The Airlock“ čia. Tai nemokama ir siunčiama kiekvieną trečiadienį.

paslėpti