Interestelar. Ciencia detrás de escena "- un libro para aquellos que no están satisfechos con la película

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 03:53

Lifehacker publica un extracto de un libro de Kip Thorne, un físico teórico estadounidense, autor de la idea de la película Interstellar. Muchas teorías e ideas físicas modernas están entretejidas en la trama de la imagen, cuya explicación en su mayor parte resultó estar detrás de escena. Por lo tanto, estamos seguros de que el libro atraerá tanto a los fanáticos del cine como a los interesados en la física.

Vuelo interestelar

En la primera reunión, el profesor Brand le cuenta a Cooper sobre las expediciones de Lazarus para encontrar un nuevo hogar para la humanidad. Cooper responde: “No hay planetas habitables en el sistema solar y la estrella más cercana está a mil años de distancia. Esto es, por decirlo suavemente, inútil. Entonces, ¿a dónde los envió, profesor? Por qué esto no tiene sentido (si no hay un agujero de gusano a mano), está claro si piensa en cuán grandes son las distancias a las estrellas más cercanas.

Distancias a las estrellas más cercanas

La estrella más cercana (sin contar el Sol) en el sistema del cual se puede encontrar un planeta adecuado para la vida es Tau Ceti. Está a 11,9 años luz de la Tierra; es decir, viajando a la velocidad de la luz, será posible llegar a ella en 11, 9 años. Teóricamente, puede haber planetas aptos para la vida, que estén más cerca de nosotros, pero no por mucho.

Para evaluar qué tan lejos está Tau Ceti de nosotros, usemos una analogía en una escala mucho más pequeña. Imagínese que esta es la distancia de Nueva York a Perth en Australia, aproximadamente la mitad de la circunferencia de la tierra. La estrella más cercana a nosotros (nuevamente, sin contar el Sol) es Proxima Centauri, a 4, 24 años luz de la Tierra, pero no hay evidencia de que pueda haber planetas habitables cerca de ella. Si la distancia a Tau Ceti es Nueva York - Perth, entonces la distancia a Proxima Centauri es Nueva York - Berlín. ¡Un poco más cerca que Tau Ceti! De todas las naves espaciales no tripuladas lanzadas por humanos al espacio interestelar, la Voyager 1, que ahora se encuentra a 18 horas luz de la Tierra, llegó más lejos. Su viaje duró 37 años. Si la distancia a Tau Ceti es la distancia de Nueva York a Perth, entonces la distancia de la Tierra a la Voyager 1 es de solo tres kilómetros: desde el Empire State Building hasta el extremo sur de Greenwich Village. Esto es mucho menos que de Nueva York a Perth.

Está aún más cerca de Saturno desde la Tierra: 200 metros, dos cuadras desde el Empire State Building hasta Park Avenue. De la Tierra a Marte - 20 metros, y de la Tierra a la Luna (la mayor distancia que la gente ha viajado hasta ahora) - ¡solo siete centímetros! ¡Compara siete centímetros con medio viaje alrededor del mundo! ¿Entiendes ahora qué salto debe darse en la tecnología para que la humanidad pueda conquistar planetas fuera del sistema solar?

Velocidad de vuelo en el siglo XXI

La Voyager 1 (acelerada con eslingas gravitacionales alrededor de Júpiter y Saturno) se aleja del sistema solar a una velocidad de 17 kilómetros por segundo. En Interstellar, la nave espacial Endurance viaja desde la Tierra a Saturno en dos años, a una velocidad promedio de unos 20 kilómetros por segundo. La velocidad más alta alcanzable en el siglo XXI cuando se utilizan motores de cohetes en combinación con tirachinas gravitacionales será, en mi opinión, de unos 300 kilómetros por segundo. Si viajamos a Proxima Centauri a 300 kilómetros por segundo, el vuelo durará 5.000 años y el vuelo a Tau Ceti, 13.000 años. Algo demasiado largo. Para llegar a tal distancia más rápido con las tecnologías del siglo XXI, necesitas algo así como un agujero de gusano.

Tecnologías del futuro lejano

Los científicos e ingenieros dudosos han hecho todo lo posible para desarrollar los principios de las tecnologías futuras que harían realidad el vuelo casi ligero. Encontrará suficiente información sobre este tipo de proyectos en Internet. Pero me temo que pasarán más de cien años antes de que la gente pueda darles vida. Sin embargo, en mi opinión, convencen de que para las civilizaciones superdesarrolladas viajar con velocidades de una décima parte de la velocidad de la luz y superiores es bastante posible.

Aquí hay tres opciones de viaje casi livianas que encuentro particularmente interesantes *.

Fusión termonuclear

Fusion es la más popular de estas tres opciones. El trabajo de investigación y desarrollo para la creación de centrales eléctricas basadas en la fusión termonuclear controlada comenzó en 1950, y estos proyectos no se verán coronados con pleno éxito hasta 2050. ¡Un siglo de investigación y desarrollo!

Eso dice algo sobre la escala de la complejidad. Dejemos que las plantas de energía termonuclear aparezcan en la Tierra para el año 2050, pero ¿qué se puede decir sobre los vuelos espaciales con empuje termonuclear? Los motores de los diseños más exitosos podrán proporcionar velocidades de aproximadamente 100 kilómetros por segundo y, para fines de este siglo, presumiblemente hasta 300 kilómetros por segundo. Sin embargo, para velocidades cercanas a la luz, se requerirá un principio completamente nuevo de uso de reacciones termonucleares. Las posibilidades de fusión termonuclear se pueden evaluar mediante cálculos sencillos. Cuando dos átomos de deuterio (hidrógeno pesado) se fusionan para formar un átomo de helio, aproximadamente 0,0064 de su masa (aproximadamente el uno por ciento) se convierte en energía. Si lo convierte en energía cinética (energía de movimiento) de un átomo de helio, entonces el átomo adquirirá una velocidad de una décima parte de la velocidad de la luz **.

Por tanto, si podemos convertir toda la energía obtenida de la fusión del combustible nuclear (deuterio) en el movimiento direccional de la nave espacial, entonces alcanzaremos una velocidad de aproximadamente c / 10, y si somos inteligentes, incluso un poco más. En 1968, Freeman Dyson, un físico notable, describió e investigó una nave espacial primitiva propulsada por fusión capaz, en manos de una civilización suficientemente avanzada, de proporcionar velocidades de este orden de magnitud. Las bombas termonucleares (bombas de "hidrógeno") explotan inmediatamente detrás del amortiguador hemisférico, cuyo diámetro es de 20 kilómetros. Las explosiones empujan la nave hacia adelante, acelerándola, según las estimaciones más atrevidas de Dyson, a una trigésima parte de la velocidad de la luz. Un diseño más avanzado puede ser capaz de hacer más. En 1968, Dyson llegó a la conclusión de que no sería posible utilizar un motor de este tipo antes de finales del siglo XXII, dentro de 150 años. Creo que esta evaluación es demasiado optimista.

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Por muy atractivas que puedan parecer todas estas tecnologías del futuro, la palabra “futuro” es clave aquí. Con la tecnología del siglo XXI, no podemos llegar a otros sistemas estelares en menos de miles de años. Nuestra única esperanza fantasmal para un vuelo interestelar es un agujero de gusano, como en Interstellar, o alguna otra forma extrema de curvatura del espacio-tiempo.