Človeka postavite v prostor, stran od gravitacijskih vezi zemeljskega površja in ta bo čutil breztežnost. Čeprav bodo vse mase Vesolja še vedno gravitacijsko vplivale nanj, bodo pritegnile tudi vsa vesoljska plovila, v katerih je oseba, zato bo lebdel. In vendar so nam na TV pokazali, da posadka določenega vesoljskega plovila pod nobenimi pogoji precej uspešno hodi po tleh. Za to se uporablja umetna gravitacija, ki jo ustvarijo instalacije na krovu fantastične ladje. Kako blizu je realne znanosti?
Kapitan Gabriel Lorca na mostu Discovery med simulirano bitko s Klingoni. Celotno posadko privlači umetna gravitacija in to je, kot kaže, kanon
Glede gravitacije je bilo Einsteinovo veliko odkritje načelo enakovrednosti: z enakomernim pospeševanjem se referenčni okvir ne razlikuje od gravitacijskega polja. Če bi bili na raketi in vesolja ne bi mogli videti skozi okno, ne bi imeli pojma, kaj se dogaja: vas s silo gravitacije potegne navzdol ali gre za pospeševanje rakete v določeni smeri? To je bila ideja, ki je privedla do splošne relativnosti. 100 let pozneje je to najbolj natančen opis gravitacije in pospeška, ki ga poznamo.
Enako vedenje žoge, ki v raketi (levo) in na Zemlji (desno) udarja ob tla v raketo, dokazuje Einsteinov princip enakovrednosti
Še en trik, pravi Ethan Siegel, ki ga lahko uporabimo, če želimo: lahko naredimo, da se vesoljska ladja zavrti. Namesto linearnega pospeška (kot potisk rakete) lahko centripetalni pospešek deluje tako, da lahko oseba na krovu začuti zunanji trup vesoljskega plovila, ki ga potiska proti sredini. To je bil trik, uporabljen leta 2001 v vesoljski odiseji, in če bi bilo vaše vesoljsko plovilo dovolj veliko, bi bila umetna gravitacija neločljiva od resnične gravitacije.
Samo eno, vendar. Te tri vrste pospeška - gravitacijski, linearni in rotacijski - so edine, ki jih lahko uporabimo za simulacijo gravitacijskih učinkov. In to je za vesoljsko plovilo velik problem.
Koncept postaje iz leta 1969, ki naj bi jo v orbiti sestavili iz iztrošenih faz programa Apollo. Postaja se je morala vrteti na svoji osrednji osi, da je ustvarila umetno težo
Zakaj? Ker če želite potovati v drug zvezdasti sistem, boste morali pospešiti svojo ladjo, da bi prišli tja, in jo ob prihodu upočasnili. Če se ne morete izolirati pred temi pospeški, vas čaka katastrofa. Na primer, da bi v Star Trek pospešili do popolnega impulza do nekaj odstotkov hitrosti svetlobe, bi človek moral doživeti pospešek 4000 g. To je 100-krat večji od pospeška, ki začne ovirati pretok krvi v telesu.
Promocijski video:
Zagon Space Shuttle Columbia leta 1992 je pokazal pospešek v daljšem obdobju. Pospeški vesoljskega plovila bodo mnogokrat večji, človeško telo pa se ne bo moglo spoprijeti z njim.
Če na dolgi poti ne želite biti breztežni - da se ne boste izpostavljali grozljivim biološkim obrabam, na primer izgubi mišične in kostne mase - mora biti telo nenehno podvrženo sili. Za vsako drugo silo je to povsem enostavno. Na primer, pri elektromagnetizmu bi lahko posadko postavili v prevodni kokpit in veliko zunanjih električnih polj bi preprosto izginilo. V notranjosti bi bilo mogoče razporediti dve vzporedni plošči in dobiti konstantno električno polje, ki potisne naboje v določeno smer.
Če bi gravitacija delovala na enak način.
Tak koncept kot gravitacijski prevodnik preprosto ne obstaja, pa tudi sposobnost, da se zaščitimo pred gravitacijsko silo. Nemogoče je ustvariti enakomernega gravitacijskega polja v območju prostora, na primer med dvema ploščama. Zakaj? Ker za razliko od električne sile, ustvarjene s pozitivnimi in negativnimi naboji, obstaja samo ena vrsta gravitacijskega naboja in to je masna energija. Gravitacijska sila vedno privlači in pred njo se nikjer skriti. Uporabljate lahko le tri vrste pospeška - gravitacijski, linearni in rotacijski.
Velika večina kvarkov in leptonov v vesolju je sestavljena iz snovi, vendar vsak od njih ima tudi anti delce antimaterije, katerih gravitacijske mase niso določene
Edini način, da bi lahko ustvarili umetno gravitacijo, ki bi vas zaščitila pred učinki pospeška vaše ladje in vam zagotovila stalen potisk navzdol brez pospeška, bi bili na voljo, če bi odkrili delce negativne gravitacijske mase. Vsi delci in anti delci, ki smo jih doslej našli, imajo pozitivno maso, vendar so te mase inercialne, to je, da jih lahko presojamo šele, ko se delček ustvari ali pospeši. Inercialna masa in gravitacijska masa sta enaki za vse delce, ki jih poznamo, vendar svoje ideje nikoli nismo preizkusili proti antimateriji ali proti delcem.
Trenutno se na tem delu izvajajo poskusi. Preizkus ALPHA v CERN-u je ustvaril antihidrogen: stabilno obliko nevtralne antimaterije in si prizadeva za izolacijo pred vsemi drugimi delci. Če je poskus dovolj občutljiv, lahko izmerimo, kako proti delcem zadene gravitacijsko polje. Če pade navzdol, kot navadna snov, potem ima pozitivno gravitacijsko maso in se lahko uporablja za gradnjo gravitacijskega prevodnika. Če pade v gravitacijsko polje, spremeni vse. En rezultat in umetna gravitacija lahko nenadoma postane mogoča.
Možnost pridobivanja umetne gravitacije nas neverjetno privlači, vendar temelji na obstoju negativne gravitacijske mase. Antimaterija je morda tako množična, vendar je še nismo dokazali
Če ima antimaterija negativno gravitacijsko maso, bi z ustvarjanjem polja navadne snovi in stropa antimaterije lahko ustvarili umetno gravitacijsko polje, ki bi vas vedno potegnilo navzdol. Z ustvarjanjem gravitacijsko prevodne lupine v obliki trupa našega vesoljskega plovila bi zaščitili posadko pred ultra hitrimi pospeševalnimi silami, ki bi sicer postale smrtonosne. In najboljše od tega, da ljudje v vesolju ne bi več doživljali negativnih fizioloških učinkov, ki jih danes kugajo astronavti. A dokler ne najdemo delca z negativno gravitacijsko maso, bomo umetno gravitacijo dobili le s pospeševanjem.
Ilya Khel