Člověk vždy snil o cestování vesmírem, fascinován neznámými světy a touhou prozkoumávat vzdálené galaxie. Největší překážkou pro cestování vesmírem jsou obrovské vzdálenosti. V tomto článku se zabýváme ohromnými vzdálenostmi ve vesmíru a časem potřebným k dosažení vzdálených hvězd a objektů pomocí kosmických lodí různými rychlostmi. Abychom ilustrovali, jak je vesmír obrovský, spočítali jsme, jak dlouho by trvalo dosáhnout některých nebeských objektů pomocí auta a nejrychlejší kosmické lodi, kterou lidstvo postavilo. Také jsme spočítali, jak daleko bychom mohli cestovat rychlostí světla. I když rychlost světla není dostatečná pro daleké cestování vesmírem, obrátili jsme se na sci-fi seriál Star Trek, kde kosmické lodě dosahují rychlostí mnohem vyšších než je rychlost světla díky fiktivnímu Warp pohonu.
Auto, které neustále cestuje rychlostí 130 km/h (80 mph)
Představme si, že bychom mohli cestovat vesmírem v autě. V mnoha zemích světa je maximální povolená rychlost na dálnicích 130 km/h nebo 80 mph, takže jsme tuto rychlost použili pro naše výpočty. Auto by nakonec mohlo dosáhnout Měsíce, cesta by trvala přibližně 123 dní. Na Mars by cesta trvala dlouhých 48 let, když je nejblíže Zemi, a až 352 let, když je na nejvzdálenější vzdálenosti. Kosmická sonda New Horizons potřebovala 9,5 roku k dosažení Pluta, trpasličí planety na okraji sluneční soustavy. V autě by tato cesta trvala alespoň 3 750 let. Proxima Centauri je nejbližší hvězda k Zemi, která je vzdálená 4,24 světelných let. Cesta k této hvězdě by trvala 35 milionů let v autě.
Pluto Barevná Kompozice. Zdroje: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Voyager 1 – Nejrychlejší lidská kosmická loď cestující vesmírem
Voyager 1, vypuštěný už v roce 1977, je nejrychlejší kosmická loď, kterou lidstvo kdy vytvořilo, cestující vesmírem rychlostí přibližně 61 000 km/h (asi 38 000 mil za hodinu). Nicméně Voyager 1 není nejrychlejší kosmická loď, která byla kdy postavena. Parker Solar Probe dosahuje rychlostí 700 000 km/h (přibližně 430 000 mil za hodinu), ale této rychlosti je dosaženo pouze při průletu nejblíže k Slunci, využívající Slunce k urychlení. Na druhou stranu Voyager 1 cestuje vesmírem a je v současnosti nejvzdálenějším lidským objektem.
Voyager 1 Vstup do mezihvězdného prostoru, umělecká představa. Zdroje: NASA/JPL-Caltech
Jak rychle tedy cestuje Voyager 1 a jak dlouho by mu trvalo překonat obrovské kosmické vzdálenosti? Voyager 1 by mohl dosáhnout Měsíce za přibližně 6 hodin při své aktuální rychlosti. Cesta ze Země na Mars by trvala přijatelných 37 dní, když je Mars nejblíže Zemi, a cesta k vzdálenému Plutu by trvala osm let. K dosažení Proximy Centauri, nejbližší hvězdy k Zemi, by bylo potřeba ohromujících 75 000 let. Z těchto výpočtů vyplývá, že naše současné technologické možnosti jsou sotva dostatečné pro prozkoumání sluneční soustavy a to pouze bez posádky. Možná v dohledné budoucnosti budeme moci poslat posádku na Mars, planetu nejbližší Zemi. Prozatím naše technologie není dostatečně pokročilá, abychom mohli posílat sondy k nejbližším hvězdám.
Cestování rychlostí světla
Rychlost světla ve vakuu je přibližně 299 792 km/s (asi 186 282 mil/s), což odpovídá přibližně 1,08 miliardy km/h (asi 671 milionů mil za hodinu). Podle zákonů fyziky, jak je popsáno Einsteinovou teorií relativity, je to nejvyšší možná rychlost.
Kotlík hvězd v centru galaxie. Zdroj: NASA/JPL-Caltech
Podle relativity je teoreticky nemožné, aby objekty s hmotností, jako jsou kosmické lodě nebo lidé, cestovaly rychlostí světla. Jak se rychlost objektu zvyšuje, jeho hmotnost efektivně roste, což vyžaduje stále více energie k dalšímu zrychlování. Zrychlit masivní objekt na rychlost světla by vyžadovalo nekonečnou energii, což činí takové cestování nemožným podle současného vědeckého chápání.
Pojďme na chvíli ignorovat zákony fyziky a předpokládat, že cestování rychlostí světla je možné. Kdyby lidstvo mělo kosmickou loď schopnou cestovat rychlostí světla, jak daleko bychom mohli v prostoru dojít? Bylo by celé vesmír tedy v našem dosahu? Tady je to, co jsme vypočítali.
Při rychlosti světla by trvalo pouhých 1,28 sekundy dosáhnout Měsíce, 3 minuty dostat se na Mars a 4 hodiny dostat se na Pluto. Rychlost světla by byla ideální pro rychlé cestování v rámci sluneční soustavy. Ale je rychlost světla dostatečná pro mezihvězdné cestování? Proxima Centauri, nejbližší hvězda k nám, je vzdálena 4,24 světelných let. To znamená, že světlo potřebuje 4,24 let, aby dosáhlo Proximy Centauri, a zpáteční cesta by trvala stejnou dobu. Takové cesty by mohly být možné s lidskými posádkami, ale pasažéři na takové kosmické lodi by museli strávit významnou část svého života ve vesmíru.
Existuje přibližně 50 hvězd v okruhu asi 15 světelných let od Země. Kosmická loď schopná cestovat rychlostí světla by umožnila prozkoumání této části prostoru, pravděpodobně s bezpilotními sondami. Můžeme uzavřít, že rychlost světla je dostatečná pro cestování k nejbližším hvězdám, ale cestování do vzdálených koutů naší Mléčné dráhy nebo jiných galaxií by bylo nemožné kvůli času, který by takové cesty vyžadovaly.
Například nejbližší černá díra, V616 Monocerotis, je vzdálena 3 300 světelných let od Země, takže by nám trvalo stejně dlouho, abychom se k ní dostali rychlostí světla. Je jasné, že taková cesta není proveditelná ani rozumná.
Na dosažení centra naší galaxie by nám to trvalo 26 000 let a cesta do Andromedy, nejbližší spirální galaxie, by trvala ohromujících 2,537 milionu let.
Cestování rychleji než světlo
Ve světově proslulé sci-fi franšíze Star Trek létají vesmírné lodě rychlostmi mnohem rychlejšími než rychlost světla. Toho je dosaženo díky fiktivnímu warp pohonu. Warp pohon v Star Trek umožňuje hvězdným lodím cestovat rychleji než světlo tím, že vytváří "bublinu", která deformuje prostor-čas kolem lodi. Tímto způsobem loď neporušuje zákon o cestování rychleji než světlo v rámci prostoru, ale pohybuje prostor-časem kolem sebe. I když je tento pohon fiktivní, vědci vyvinuli teoretický model pohonu založený na podobné myšlence.
Alcubierreho pohon je teoretický koncept, který navrhuje metodu pro cestování rychleji než světlo deformací prostor-času. Podle této myšlenky by vesmírná loď ve skutečnosti necestovala rychleji než světlo, ale vytvořila by kolem sebe "bublinu", která by zkracovala prostor-čas před lodí a rozšiřovala ho za ní. Tímto způsobem by loď efektivně procházela prostor-časem, zatímco by zůstávala v klidu vzhledem k prostoru uvnitř bubliny. Aby to fungovalo, teorie naznačuje potřebu exotické hmoty s negativní energií, kterou vědci dosud nenašli ani nevytvořili. Více informací o Alcubierreho pohonu si můžete přečíst zde.
Star Trek a warp pohon
Zatímco vědci dosud nevyřešili všechny překážky k vybudování Alcubierreho pohonu, vraťme se k Star Trek a cestování rychlostí warp. V Star Trek cestovaly hvězdné lodě pomocí warp pohonů. Jak technologie pokročila, warp rychlosti se staly rychlejšími. Warp 1 odpovídá rychlosti světla, Warp 2 je desetkrát rychlejší než rychlost světla, Warp 3 je 39krát rychlejší, a tak dále. Vybrali jsme tři slavné hvězdné lodě z Star Trek, pro které jsou k dispozici údaje o jejich maximální rychlosti. I když hvězdné lodě v sérii nemohly nepřetržitě cestovat na maximální warp, pro účely našich výpočtů použijeme maximální rychlosti, kterých jsou schopny.
Hvězdná loď kapitána Jonathana Archera z Star Trek: Enterprise
Tato loď nese označení NX-01. Je to první loď v sérii Enterprise, která je klíčová pro zkoumání vesmíru a položení základů pro budoucí Federaci. Její maximální rychlost je Warp 5, což je 214krát rychleji než rychlost světla. S touto Enterprise by cesta z Země na Pluto trvala pouze jednu a půl minuty. Cesta k nejbližší hvězdě, Proxima Centauri, by trvala sedm dní a k nejbližší černé díře, V616, 15 let. Cesta do centra naší galaxie by trvala ohromujících 121 let a cesta do Andromedy by trvala neuvěřitelných 11 853 271 let.
Tato loď by při maximální rychlosti ušla asi 17 světelných let za 30 dní. V okruhu 17 světelných let od Země se nachází přibližně 50–60 hvězdných systémů s asi 100 hvězdami.
Hvězdná loď kapitána Jean-Luca Picarda z Star Trek: Nová generace
Hvězdná loď kapitána Jean-Luca Picarda z Star Trek: Nová generace se nazývá USS Enterprise (NCC-1701-D). Byla to pátá loď v řadě, která nese jméno Enterprise, a je jednou z nejslavnějších lodí v Star Trek franšíze. Její maximální rychlost je Warp 9.6, což je 1 909krát rychleji než rychlost světla.
Picardova Enterprise by dosáhla Proxima Centauri za pouhých 19 hodin a 28 minut, a cesta k černé díře V616 Monocerotis by trvala přibližně jeden rok a devět měsíců. Cesta do centra naší galaxie by trvala 13 let a sedm měsíců, a cesta do Andromedy by trvala 1 328 let.
Za 30 dní by tato loď mohla ujet 156 světelných let. V okruhu 156 světelných let od Země se nachází přibližně 40 000 až 60 000 hvězd.
Hvězdná loď kapitána Kathryn Janeway z Star Trek: Voyager
Hvězdná loď kapitána Kathryn Janeway z Star Trek: Voyager se nazývá USS Voyager (NCC-74656). Je to loď třídy Intrepid, známá svou misí v Delta kvadrantu. Její maximální rychlost je Warp 9.975, což je 5 126krát rychleji než rychlost světla. Voyager by dosáhl Proxima Centauri za pouhých 7 hodin. Cesta k černé díře V616 by trvala sedm měsíců a cesta do centra naší galaxie by trvala pět let. Andromeda je stále mimo dosah, a této hvězdné lodi by trvalo 495 let, než se tam dostane.
Při maximální rychlosti by tato hvězdná loď za 30 dní mohla ujet 421 světelných let. V okruhu 421 světelných let od Země se nachází přibližně 1,25 milionu hvězd.
Budoucnost vesmírného cestování
Rozlehlost vesmíru je omezujícím faktorem pro vesmírné cestování. Kosmické lodě, které v současnosti stavíme, mohou dosáhnout vzdálených částí sluneční soustavy a objektů jako Pluto za 10 a více let. Mezi hvězdami je cestování v současnosti neproveditelné, protože by našim nejrychlejším kosmickým lodím trvalo 150 000 let, než by dosáhly nejbližší hvězdy a vrátily se zpět. Prozatím jsme omezeni na cestování v rámci naší sluneční soustavy. Pro mezihvězdné cestování by naše technologie musela dosáhnout alespoň 20 % rychlosti světla, aby sonda mohla dosáhnout nejbližší hvězdy za přibližně 20 let. Existují plány na stavbu takové kosmické lodě, která by se zrychlovala pomocí výkonných laserů ze Země, ale museli bychom čekat další čtyři roky na data, která by taková sonda shromáždila.
Mléčná dráha a sousední galaxie Andromeda. Zdroj: NASA Goddard
Pro úspěšné prozkoumání nejbližších hvězd bychom potřebovali rychlost blízkou rychlosti světla. To by umožnilo přístup k přibližně 50 hvězdám v okruhu 15 světelných let od Země pro vědecký výzkum, i když takové cesty by byly velmi dlouhé a trvalo by několik desetiletí, než bychom obdrželi data ze sond. Vesmír je tak obrovský, že i kosmické lodě schopné cestovat rychlostí světla by nám umožnily prozkoumat pouze nejbližší hvězdy.
Pokud je dosažení rychlosti světla nemožné a cestování rychleji než světlo není proveditelné, pravděpodobnost, že někdy narazíme na pokročilou mimozemskou civilizaci, je extrémně nízká. Vesmír může být plný života, ale obrovské vzdálenosti ve vesmíru činí kontakt mezi civilizacemi téměř nemožným, alespoň v naší části vesmíru. Výjimkou by mohly být hvězdy v hvězdných klastrech, jako jsou kulové hvězdokupy, kde mohou být hvězdy vzdálené pouhých 0,1 světelného roku. I taková malá vzdálenost je však pro civilizaci, jako je ta naše, neuvěřitelně velká. Voyager 1 by potřeboval přibližně 1 769 let, aby dosáhl hvězdy, která je 0,1 světelného roku daleko.
Jsou cesty rychlejší než světlo možné?
Teoreticky je cestování rychleji než světlo fascinující, ale podle současných vědeckých zákonů, zejména Einsteinovy teorie relativity, je nemožné, aby objekty s hmotností pohybovaly rychleji než světlo. Nicméně několik teoretických myšlenek naznačuje možnost "obejití" tohoto omezení:
Alcubierreho pohon
Tento koncept, navržený fyzikem Miguelem Alcubierrem v roce 1994, je založen na vytvoření "bubliny" kolem kosmické lodi, uvnitř které zůstává prostor-čas nedotčený. Bublina by zkrátila prostor před lodí a rozšířila ho za ní, což by efektivně umožnilo cestování rychleji než světlo. Kosmická loď by se ve skutečnosti nepohybovala prostorem rychleji než světlo, ale prostor kolem ní by byl zakřivený. Problém je v tom, že by to vyžadovalo použití exotické hmoty s negativní energií, která dosud nebyla prokázána ani objevena.
Červí díry
Červí díry jsou hypotetické tunely prostorem a časem, které by mohly spojovat vzdálené body v univerzu. Cestování červí dírou by mohlo umožnit efektivní "zkratku" prostorem, což znamená, že cestovatel by nemusel překonávat celou vzdálenost mezi dvěma body.
Ačkoli jsou červí díry matematicky možné v rámci obecné relativity, neexistují důkazy o tom, že by existovaly nebo že by zůstaly stabilní dostatečně dlouho pro praktické využití. Navíc by jejich údržba mohla vyžadovat exotickou hmotu.
Tachyony
Podle teorie jsou tachyony hypotetické částice, které se vždy pohybují rychleji než světlo. Jejich existence však nebyla prokázána. Pokud by tachyony existovaly, porušovaly by některé základní zákony fyziky, jako je kauzalita, což by mohlo vést k paradoxům, jako je cestování zpět v čase.
Warp pohon
Ve Star Treku warp pohon používá koncept podobný Alcubierreho pohonu, kde kosmická loď necestuje rychleji než světlo v tradičním smyslu, ale místo toho deformuje prostor a čas kolem sebe. Ačkoli je to fiktivní, tato myšlenka inspirovala skutečné fyziky k prozkoumání možností deformace prostoru a času.
Kvazikrystalové prostory nebo vyšší dimenze
V některých teoriích, jako je teorie strun, má vesmír více dimenzí, než jsme schopni vnímat. Cestování vyššími dimenzemi by mohlo umožnit "zkratky" v trojrozměrném prostoru. Tato myšlenka je stále vysoce spekulativní, ale teoreticky fascinující.
Ačkoli jsou tyto myšlenky zajímavé, většina z nich je stále v oblasti teorie a science fiction. V současnosti nemáme technologii ani materiály potřebné k realizaci cestování rychleji než světlo, ale probíhající výzkum exotické hmoty, prostoru a času a kvantové fyziky stále nabízí nové možnosti pro budoucnost.