В предыдущей статье было показано, что такое скорость передачи сигнала, или собственная скорость его (сигнала) носителя. В отличие от любой относительной скорости, или скорости «вообще», которая ничем не ограничена, скорость передачи сигнала, или, шире — скорость распространения информации, имеет известное фундаментальное ограничение.
Выполняя обещание, рассмотрим трудности, с которыми мы столкнемся уже на начальном, чисто теоретическом, этапе планирования межзвездного перелета.
Сразу договоримся об упрощениях.
Во-первых, будем оперировать в рамках классической механики, не выходя за тот объем знаний, который дает неполная средняя школа, пренебрегая релятивистскими эффектами. Мы не рассматриваем реальные траектории полета, так называемые геодезические — обусловленные локальной гравитационной структурой пространства, а также начальные и заключительные маневры нашего корабля, и т. п. более тонкие детали. То есть, наш анализ — это наложение неких ограничений снизу, а перечисленное, понятно, только добавляет сложности в реализации задачи.
Во вторых, с точки зрения состояния сегодняшних технологий, мы не будем рассматривать вообще какие либо инженерные решения как в части общей конструкции корабля, так и его пропульсивной установки.
Во-третьих, мы не будем рассматривать численность и обеспечение жизнедеятельности экипажа, материальные запасы и т. п., полагая, что это все обеспечено стартовой массой (дедвейтом) корабля.
Выберем минимальный по протяженности маршрут. Ближайшая к нам звездная система — это альфа из созвездия Центавра, удаленная от Солнечной системы на расстояние четырех световых лет.
Вспомним о суждении коллеги Muller (упоминалось в предыдущей статье):
«Корабль поколений, разгоняющийся до 2-3 процентов скорости света (больше - опасно) - теоретически возможен уже на существующем уровне понимания физики и если не на существующих, то на перспективных в ближайшее столетие технологиях, к которым уже реально начинать подступаться».
Примем в качестве максимальной скорости (v), развиваемой нашим кораблем, указанную величину 0.02c (в системе единиц СИ: 6E+06 м/с). Умножив 4 года на 50 раз - во сколько раз скорость света больше скорости нашего корабля — получим 200 лет. Это минимум миниморум продолжительности полета.
Поскольку речь идет об очень длительном перелете, то корабль по своим массо-габаритным характеристикам должен быть никак не меньше современного океанского круизного лайнера. Оценим массу корабля (m) в 100 тыс. тонн (СИ: 1.0E+8 кг).
После разгона корабля до выбранной скорости, его кинетическая энергия (E=mv2/2) составит 1.8E+21 Дж. Предположим, что первую половину полета, то есть время (t) 100 лет (СИ: 3.15E+9 c), мы потратим на непрерывный разгон корабля. Тогда средняя мощность пропульсивной установки корабля на стадии ускорения (N=E/t) должна быть около 570 ГВт (СИ: 5.70E+11 вт). Это чудовищно много – вдвое превосходит установленную мощность всех электростанций России.
Кратко, но вряд ли дальнейшие оценки имеют смысл.
Совсем не случайно, что в окружающей нас природе (доступном нам для наблюдения космическом пространстве) не встречаются тела макроскопических размеров, которые имели бы собственные скорости (не путать с относительными!) даже близко по порядку к 1% световой. А в целом ощущается своего рода фундаментальный барьер, или табу, на межзвездные перелеты разумных существ.
Видимо, поэтому так безмолвна Вселенная.
Комментарии
Проксима Центавра ближе. Но близкие по параметрам к Солнцу звезды - Тау Кита и 82 Эридана находятся в 12 и 20 световых годах соответственно.
Эксцентриситет орбиты Бунгула равен 0.52 при своем обращении вокруг Ригиля максимально сближается с ней на 11.2 а.е., а каждые 80 лет. Столь близкое прохождение не даст существовать планете с круговым эксцентриситетом орбиты..Второй компонент этой звездной системы подавляет аккреацию крупных объектов на расстоянии большем 0.75 астрономической единицы от Ригиля и 0,5 астрономической единицы от Бунгула. Поскольку обитаемые зоны находятся за пределами этих орбит. Сам Ригиль в 1,6 ярче солнца и обитаемая зона его дальше одной астрономической единицы 1,3 а.е а у Бунгулы в 0,9 а.е. То планет в обитаемых зонах там нет.
Спектр Тау Кита показывает ее низкую металличность. Наблюдения выявили наличие пыли в системе Тау Кита в количествах, десятикратно превышающих количество пыли в Солнечной системе. В декабре 2012 года группа астрономов из Британии, Чили, США и Австралии объявила об обнаружении 5 экзопланет у тау Кита. Периодические колебания лучевой скорости звезды, свидетельствуют о присутствии планет на стабильных орбитах, близких к круговым, с периодами обращения в 13,9, 35,4, 94, 168 и 640 дней, и минимальными массами в 2, 3,1, 3,6, 4,3 и 6,6 масс Земли соответственно. Планета с массой 4,3 массы Земли, находится в так называемой зоне обитаемости — на её поверхности вода может находится в жидком состоянии, а значит, есть условия для существования живых организмов, возможно даже разумных. Но низкая металичность, и большая масса указывают на большой обьем планеты. Скорее это газовый гигант. Искать жизнь там бесполезно.
В пределах 13 световых лет вообще некуда лететь
82 эридана тоже 2 поколения с низкой металичностью, а значит с отствием металлических ядер у планет и отсутствием у них магнитного поля
Разве что объекты в непосредственной близости от чёрных дыр. Но как-то сомневаюсь в их обитаемости.
https://kiri2ll.livejournal.com/1145344.html
Вблизи черной дыры материя вообще размазывается, и существование твердых тел там не возможно. Мы не можем использовать черную дыру в качестве пращи (у нас нет ее в наличии :)).
По некоторым оценкам звёзды, ещё не размазанные, вращаются вокруг черных дыр со скоростью порядка 2% от световой.
Пока :)). Была недавно истерика в инете - остановите БАК (коллайдер), а то в результате опытов появится микрочёрная дыра, которая поглотит Землю.
Тут другое. Микрочорная дыра весом с атом ураниума, например, будет иметь Шварцшильдовский радиус, меньше электрона или чо у нас самое маленькое есть. Т.е. она просвистит сквозь Землю и, если повезёт, сожрёт с сотню протонов-нейтронов.
От британских учоных:
Ужасы нашего БАКа: краткая история
1. Черные дыры засосут
Еще в 1970-е годы теоретики предсказали появление микроскопических черных дыр в гигантских ускорителях - сравнимых по размеру с БАК. В 2001 году появились расчеты, из которых следовало: столкновения частиц высоких энергий способны порождать производить по одной дыре в секунду. В 2008 году на сайте CERN было по сути признано, что такое возможно.
Моделирование на компьютере, которое вскоре провели канадские и американские физики, показало: микроскопические черные дыры могут появляться в результате гравитационных эффектов, возникающих при столкновениях частиц.
- Черные дыры породят частицы, испустят их и рассосутся, - успокаивал знаменитый британский астрофизик Стивен Хокинг, пока был жив. С ним спорил немецкий химик Отто Ресслер, профессор из Университета Тюбингена (Германия) — утверждал, что образовавшаяся микроскопическая черная дыра, наоборот, станет расти, захватывая частицы со стороны. Например, электроны. Гравитация притянет ее к центру Земли. Оттуда дыра и начнет пожирать нашу планету. Уничтожит примерно за 2 года.
- Может появиться черная дыра и всосать все вокруг себя (Maybe a black hole could form, and then suck in everything around it), - вторит коллегам Мартин Рис в своей новой книге.
Черные дыры, по мнению физиков, могут появиться в результате столкновений частиц в БАК.
Пока, не смотря на многочисленные угрозы, проносило— то ли черные дыры не образовывались вовсе, то ли вели себя, как им велел Хокинг.
2. Истинный вакуум поглотит
Более всего, как полагал Стивен Хокинг и полагает примкнувший к этим его идеям Мартин Рис, БАК страшен дальнейшими экспериментами, энергии которых все увеличиваются и увеличиваются.
С одной стороны, как раз благодаря мощнейшим экспериментам, и был обнаружен легендарный бозон Хиггса — частица, которая наделяет массой все другие частицы во Вселенной. Чтобы ее обнаружить, физики все быстрее и быстрее разгоняли протоны, несущиеся друг на друга, сталкивали их, разбивали вдребезги. Тем самым сотрясали так называемое поле Хиггса, квантами которого являются те самые бозоны Хиггса. Пока не вытрясли их.
До полусмерти пугает же вот что. Одна из теорий гласит, что поле Хиггса, а стало быть, и вакуум, в котором оно действует, придавая массу всему сущему, может пребывать в разных состояниях. Подобно тому, как вещество может быть жидким, твердым или газообразным.
Ныне у поля Хиггса низкий, но не нулевой энергетический уровень. Оно словно бы расстилается по равнине, которую физики называют «ложным вакуумом». В нем и находится наша Вселенная. Благодаря чему, собственно, и существует в весьма удобном для нас виде.
Хокинг уверял: нынешнее положение не незыблемое. Поле может занять как более высокий энергетический уровень, так и более низкий. В обоих случаях это грозит коллапсом, поскольку изменится весь баланс сил.
Более вероятен переход на более низкий энергетический уровень. А именно падение в некую «впадину» с минимальной энергией — в тот самый «истинный вакуум». А это, полный конец. Всем.
Провал может быть вызван какой-нибудь квантовой флуктуацией в нашем «ложном вакууме» или сильным энергетическим воздействием, созданным, например, опасными экспериментами. Результатом их может стать появление нестабильного бозона Хиггса. Он проделает квантовый тоннель, сквозь который Вселенную засосет в «истинный вакуум». «Ложный» при этом распадется.
В вольном переводе слова физика звучат примерно так: "У бозона Хиггса есть черта, вызывающая опасение. Он может стать крайне нестабильным при энергиях порядка 100 миллиардов гигаэлектронвольт (ГэВ)… Если такое произойдет, то во Вселенной начнется распад вакуума. И появится пузырь «истинного вакуума», который будет раздуваться со скоростью света. Подобное может случиться в любое время».
3. Обычная материя переродится в странную
Эксперименты с высокими энергиями могут спровоцировать цепную реакцию, в результате которой наша обычная материя превратится в так называемую странную — невероятно плотную, сотканную из экзотических частиц страпелек (strangelet).
Страпельки в основном состоят из странных кварков. Сталкиваясь с ядрами «нормальных» атомов они обращают их в себе подобные. Словно вампиры. Процесс сопровождается выделением энергии и появлением роя новых страпелек.
Цепная реакция, начавшаяся в БАКе со случайного столкновения с какой-нибудь залетной страпелькой, может привести к тому, что странным станет все вещество Земли. Наша планета превратится в плотный шар диаметром в 100 метров.
https://www.kp.ru/daily/26888.5/3933088/
Небольшое уточнение. Ещё не удалось "разбить вдребезги" ни один протон. Недаром протон является самой стабильной частицей во Вселенной.
Когда в БАКе сталкиваются встречные пучки, протоны просто пролетают сквозь друг друга. Изредка во время этих столкновений из протона начинает бить адронная струя. Это значит, что произошло лобовое столкновение кварков, из которых состоят протоны.
Один кварк не может покинуть протон, как бы далеко вы его не оттянули. В конце-концов глюонная нить вернёт кварк обратно в протон. А вот 2 кварка уже могут сделать это. Собсна говоря, эта струя потому и называется адронной, что в результате столкновения образовался адрон, - частица, состоящая из 2 кварков. Протоны и нейтроны состоят из 3 кварков и называются барионами.
При этом не надо думать, что число кварков в протоне равно трём. Их там больше. Где-то порядка 1040, но это не точно. Впрочем, не стоит воспринимать буквально и само изображение частиц в виде разноцветных кружочков. Как так? Да вот так.
Ядерная физика это вам не пуп чесать грязной рукавицей. Впрочем, как и квантовая механика, ага, вкупе с релятивистской. И да, не надо бояться человека с ружьём... ой, бр-р... то ись, с Большим адронным коллайдером. Разгоняли, разгоняем и будем разгонять!
И если сейчас мы достигли скорости, всего на 3 метра меньше скорости света, то в наших ближайших планах достичь скорости, всего на 3 сантиметра меньше скорости света!)
Также вполне вероятно что мы просто-напросто остались жить в тех версиях вселенной, где чёрная дыра путём случайных столкновений протонов и наблюдений за этим процессом - в БАКе не образовалась.
В остальных же вселенных сейчас попросту некому рассуждать, почему черная дыра в БАКе не поглотила Землю )
да, но она так и буде туда-сюда. И постепенно нарастет
Есть предел на массу ЧД. В смысле, нижний предел.
кроме того, в космосе происходят такие эпические события, по сравнению с которыми, БАК и всё, что он там наускорял и наускоряет в будущем, пыль на ботинках.
В таком варианте есть вариант, что улететь у нее может не хватить силенок улететь и она начнет колупать Землю на постоянной основе, превращая в швейцарский сыр:)
Ага, вибраниума.
Вы знаете, то что я начитался последние два года о мироздании, дает мне предположить, что путь к звездам и галактикам будет проходить не через межзвездное пространство, а через массивные объекты, крупные планеты типа Юпитера, Урана., через их центр масс, - попадая в иное измерение, и из него уже в любую точку вселенной.
Звучит весьма глупо, но....
Вселенной 13 млрд лет. При таких скоростях, они уже давно улетели. Далеко, далеко. На край Вселенной.
А если серьёзно, то мы обитаем в виртуальном мире, с огромным количеством уровней. Так что будет Вам и варпскорость и телепортация, и много всего интересного.
Получается без термоядерного реактора ничего не выйдет.
С термоядерным - тоже. Если не будут открыты новые принципы перемещения (гипер и прочие драйвы), то человечество зависнет в Солнечной. Если только действительно, корабль поколений или замороженные эмбрионы.
Хм. А если построить мегарельсотрон? Для начального ускорения
Тогда все внутри корабля мягче металла превратится в желе
Первые корабли должны лететь без людей. Для исследования и выяснения, есть ли у данной звезды планеты для колонизации. Пускать людей наобум глупо.
всё равно - 50-100 лет туда и 4 года на сигнал от туда - в общем-то Бессмысленно - тк мы развиваемся куда Быстрее - разумнее дождаться прорывов в физике/биологии/кибернетике(скорость/срок жизни/плотность упаковки цифровых личностей выше)
Все равно для развития технологий пуски необходимы. При возможности оцифровки личности нужна приемная станция у звезды. Потом выращивается тело, устанавливается личность и колонизатор готов. Unit ready)
Цифровой личности Жизнеобеспечение нужно минимальное, а виртуальные миры Обеспечат привычный и комфортный уровень ожидания в практический вечной жизни. насчет трансферта Личности я вот сомневаюсь что это удасться реализовать сохранив Весь потенциал - я не спорю теоретический можно полностью подменить "Биологическую машинерию" на "Электронику" и даже сохранить при этом Целостность и стабильность личности субъекта, но вот считать тем же субъектом По сути копию "сознания"? Технический то она(копия) будет - копией, точным "Клоном" со всеми особенностями и тонкостями - это достижимо пусть и пока теоретический.....
Это если не учитывать понятие - душа. Может она есть и не делится на копии. Тогда перенос личности с душой в новое тело будет считаться полноценным человеком.
Ну зачем 50-100, можно быстрее. Был же проект (он вроде и сейчас есть, давно не интересовался) запуска микрозондов весом в 1 грамм с парусом 16 кв. метров с разгоном блоком лазеров с Земли. По расчетам получалось достичь скорости 0.2 от скорости света, 20 лет к ближайшей звезде и 4 года на передачу данных. Вполне приемлемый срок.
Толку с такого Зонда маловато будет тк обратной связи мы от него не получим НИКАК. при доступности Такого уровня технологий которые позволят Создать адекватные нано-машины которые смогут построить Довольно развитую инфраструктуру Автономно - опять же вопрос колонизации отпадает просто берем и Строим.... это Технологический уровень одного порядка с Мегасооружениями.
А вот и нет, проект был неплохо проработан. Парус состоит из сверхотражающего материала и для передачи данных использовался как антенна. Мощности источника в один ватт было достаточно для передачи данных. Данные передавались в оптическом диапазоне. Планировалось запустить цепочку таких зондов друг за другом, возможно, они и данные по цепочке передавали, не помню точно. Чувствительности приемника на земле вполне хватало, чтобы принять сигнал.
Кхм.... 4,447e+13 км...
Триллионымиллиарды зондов?Вы физик? Не поленился, поискал: "Столь же нетривиальной задачей является затем рассмотреть этот сигнал на фоне гораздо более мощного (на 13-14 порядков!) излучения звезды.
С такого расстояния парус размером 4×4 м, который планируется использовать как антенну, фокусируется в пятно размером 1⋅10^7 км, следовательно,
массив принимающих устройств размером в 1 км (наиболее естественным видится использование в этом качестве той же лазерной установки, что и для
разгона нанофлота) будет улавливать сигнал на 14 порядков слабее передаваемого. Однако современные технологии, например,
Lunar Laser Com Demo (LLCD) на базе сверхпроводящих нанотрубок, позволяют регистрировать даже отдельные фотоны лазерного излучения
с очень больших расстояний. Между тем и указанные параметры соответствуют дифракционному пределу, на котором работают радиотелескопы,
но пока ещё (на сегодняшний день) не лазерные системы. Для приближения разрешения к дифракционному пределу предлагается сигнал от
зондов пропускать через линзу Френеля, в которую по достижении пункта назначения преобразуется парус."
Насколько я понимаю, проблема есть, но она принципиально решаема, хотя готового решения пока нет.
".
да я как-то принципиального противоречия тоже не вижу вопрос в том что таких зондов нужны минимум Миллионы, с учетом надежности и отсутствия управляющих систем и т.п. десятки возможно сотни миллионов и Я склоняюсь к оценке в миллиарды единиц для разумных расстояний между зондами, в еще вопрос датчиков и Энергетики - те как мне видится сначала отправляются 1Е5-1Е6 Зондов с датчиками потом 5Е8-1Е9 зондов линии связи.... проблема в том что они пройдут на пролетных скоростях сквозь систему цель и это позволит собрать крайне мало данных, да и еще с учетом размерностей зондов.....
Я же написал выше, что отдельные зонды связи не нужны, связь возможна от самой звезды. А насчет надежности - нужны эксперименты.
А я про что писал неделю назад?
если дышать жидкостью/газом(например ксенон с кислородом) с плотностью близкой к плотности тела, достижимы ускорения в десятки G, потенциально в сотни.....
а что нам даст большее ускорение, пусть даже и на порядки? продолжительность межзвёздного полёта изменится на проценты...
ну а энергии на этом не сэкономишь
с количеством Энергии вопрос куда как проще чем с плотностью, т.к. реально долго хранить по космическим меркам ощутимые запасы энергии мы сейчас не умеем. и это в целом включая целостность и работоспособность Энергетических установок и целостность Социума способного ими Управлять.
если мы сможем осуществить разгон быстрее Мы сможем гораздо Быстрее выполнить миссию речь идет о 2-3 столетиях разницы - разница между бессмысленностью экспедиции такого рода в Общем, и в целом понятным и реальным вариантом.
Вода? Расщепляем на водород и кислород. Водород в термоядерную реакцию - чем не вариант?
Берем комфортное ускорение в 8 м/c и желательную скорость - 10% световой.
300000000м/c / 8 / 60 / 60 / 24 = 434 суток
а солнечный парус ?
и что светить в него лет 50 лазером? а как тормозить? разогнаться это даже не половина задачи....
его надо сделать большим. Может быть десятки квадратных километров (да, я не знаю из чего такое сделать). Светить и разгонять его будет Солнце, тормозить звезда к которой летим.
"на звездной тяге" не взлетит - физика против, да и размерности будут Просто фантастические.....
Паставьте на два противоположных берега озера два вентилятора, напротив друг другу, и в штиль попробуйте запустить кораблик.
Если максимальная скорость 0,02с, а разгоняться корабль будет половину пути (а вторую половину соответственно тормозить), то средняя будет много меньше 0.02с, а время в пути - много больше 200 лет.
Да, я и написал, что 200 лет - это ограничение снизу.
А чем будет тормозить?
Тем же самым двигателем, что разгонялся до этого. Только развернувшись предварительно на 180 градусов.
где горючку для двигла брать? На ближайшей заправке? Или с собой везти. Разогнать массу, чтобы ею тормознуть? Чёт, не складывается пазл...
На космическом водороде.
Или заранее запускать по маршруту полета звездолеты - дозаправщики.
Фантастику читать надо...
Ну тогда проблема решена.
А как заправлять то? Скорости то разные, а тормозится, заправляется, и опять разгоняться, это потеря рабочего тела.
И так за полет много раз, тогда путешествие продлится не 200 лет на несколько тыщ.
А какая разница? Всё равно полбака разгонять...
Страницы