בני אדם תמיד חלמו על נסיעות בחלל, מוקסמים מעולמות בלתי ידועים ורצון לחקור גלקסיות רחוקות. המכשול הגדול ביותר לנסיעות בחלל הוא המרחקים העצומים. במאמר זה, אנו עוסקים במרחקים העצומים בחלל ובזמן הנדרש להגיע לכוכבים ואובייקטים רחוקים באמצעות חלליות במהירויות שונות. כדי להדגים עד כמה החלל עצום, חישבנו כמה זמן ייקח להגיע לכמה אובייקטים שמימיים באמצעות רכב וכיצד החללית המהירה ביותר שבנתה האנושות. כמו כן, חישבנו עד כמה רחוק נוכל לנסוע במהירות האור. למרות שמהירות האור אינה מספיקה לנסוע רחוק בחלל, פנינו לסדרת המדע בדיוני מסע בין כוכבים, שבה חלליות מגיעות למהירויות הרבה יותר מהירות מהאור באמצעות מנוע ה-Warp הבדיוני.
רכב הנוסע במהירות קבועה של 130 קמ"ש (80 מייל לשעה)
נניח שיכולנו לנסוע בחלל ברכב. במדינות רבות ברחבי העולם, המהירות המקסימלית המותרת בכבישים מהירים היא 130 קמ"ש או 80 מייל לשעה, ולכן השתמשנו במהירות זו לחישובים שלנו. רכב יכול בסופו של דבר להגיע לירח, כאשר זה ייקח כ-123 ימים להגיע לשם. למאדים, הנסיעה תארך 48 שנים רבות כאשר הוא הקרוב ביותר לכדור הארץ ועד 352 שנים כאשר הוא במרחק הגדול ביותר. החללית ניו הוריזונס לקחה 9.5 שנים להגיע לפלוטו, כוכב לכת ננסי בקצה מערכת השמש. ברכב, הנסיעה הזו תארך לפחות 3,750 שנים. פרוקסימה קנטאורי היא הכוכב הקרוב ביותר לכדור הארץ, במרחק של 4.24 שנות אור. ייקח 35 מיליון שנים להגיע לכוכב הזה ברכב.
פלוטו: קומפוזיציה צבעונית. קרדיטים: נאס"א/מעבדת הפיזיקה היישומית של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס/המכון למחקר דרום-מערבי.
וויאג'ר 1 – החללית המהירה ביותר שנבנתה על ידי בני אדם הנוסעת בחלל
וויאג'ר 1, ששוגרה בשנת 1977, היא החללית המהירה ביותר שנוצרה על ידי האנושות, נוסעת בחלל במהירות של כ-61,000 קמ"ש (כ-38,000 מייל לשעה). עם זאת, וויאג'ר 1 אינה החללית המהירה ביותר שנבנתה אי פעם. החללית פארקר סולאר פרוב מגיעה למהירויות של 700,000 קמ"ש (כ-430,000 מייל לשעה), אך מהירות זו מושגת רק כאשר היא עוברת קרוב ביותר לשמש, תוך שימוש בכבידת השמש להאצה. מנגד, וויאג'ר 1 נוסעת בחלל וכיום היא האובייקט המלאכותי הרחוק ביותר.
וויאג'ר 1 נכנס לחלל הבין-כוכבי - קונספט אמנותי. קרדיט: נאס"א/JPL-קלטק
אז, כמה מהר נוסע וויאגר 1, וכמה זמן ייקח לו לכסות מרחקים קוסמיים עצומים? וויאגר 1 יכול להגיע לירח תוך כ-6 שעות במהירות הנוכחית שלו. מהארץ למאדים ייקח 37 ימים סבירים כאשר מאדים קרוב ביותר לארץ, והמסע לפלוטו הרחוק ייקח שמונה שנים. כדי להגיע לפרוקסימה קנטאורי, הכוכב הקרוב ביותר לארץ, יידרשו 75,000 שנים מדהימות. מהחישובים הללו, היכולות הטכנולוגיות הנוכחיות שלנו בקושי מספיקות לחקור את מערכת השמש ורק ללא צוות אנושי. אולי בעתיד הנראה לעין, נוכל לשלוח צוות למאדים, הכוכב הקרוב ביותר לארץ. לעת עתה, הטכנולוגיה שלנו לא מתקדמת מספיק כדי לשלוח חיישנים לכוכבים הקרובים ביותר.
נוסעים במהירות האור
מהירות האור בריק היא כ-299,792 ק"מ/שנייה (כ-186,282 מייל/שנייה), שווה ערך לכ-1.08 מיליארד ק"מ/שעה (כ-671 מיליון מייל לשעה). לפי חוקי הפיזיקה, כפי שמתואר בתיאוריה של איינשטין על יחסות, זו המהירות הגבוהה ביותר האפשרית.
קלחת של כוכבים במרכז הגלקסיה. קרדיט: נאס"א/JPL-Caltech
לפי יחסות, תיאורטית בלתי אפשרי עבור אובייקטים עם מסה, כמו חלליות או בני אדם, לנסוע במהירות האור. כאשר מהירותו של אובייקט גדלה, מסתו גדלה באופן אפקטיבי, ודורשת יותר ויותר אנרגיה להאיץ עוד. להאיץ אובייקט מסיבי למהירות האור ידרוש אנרגיה אינסופית, מה שהופך נסיעות כאלה לבלתי אפשריות לפי ההבנה המדעית הנוכחית.
נניח לרגע שנזניח את חוקי הפיזיקה ונניח שנסיעה במהירות האור אפשרית. אם לאנושות הייתה חללית המסוגלת לנסוע במהירות האור, עד כמה רחוק נוכל להגיע בחלל? האם כל היקום יהיה אז בהישג ידנו? הנה מה שחישבנו.
ישנם כ-50 כוכבים בתוך רדיוס של כ-15 שנות אור מהארץ. חללית המסוגלת לנסוע במהירות האור תאפשר חקר של חלק זה בחלל, ככל הנראה עם חיישנים בלתי מאוישים. אנו יכולים להסיק כי מהירות האור מספיקה לנסיעה לכוכבים הקרובים ביותר, אך נסיעות למרחקים הרחוקים של גלקסיית שביל החלב שלנו או גלקסיות אחרות יהיו בלתי אפשריות בשל הזמן שייקח למסעות כאלה.
למשל, החור השחור הקרוב ביותר, V616 מונוסרוטיס, נמצא במרחק של 3,300 שנות אור מכדור הארץ, כך שלקח לנו בדיוק את אותם השנים להגיע אליו במהירות האור. ברור, שנסיעה כזו אינה אפשרית או הגיונית.
כדי להגיע למרכז הגלקסיה שלנו, יידרשו לנו 26,000 שנה, ונסיעה לאנדרומדה, הגלקסיה הספירלית הקרובה ביותר, תדרוש לא פחות מ-2.537 מיליון שנה.
נסיעות מהירות יותר מהאור
במותחן המדע הבדיוני המפורסם מסע בין כוכבים, חלליות נוסעות במהירויות הרבה יותר מהירות ממהירות האור. זה מתאפשר בזכות המנוע הבדיוני של עיוות. המנוע בעיוות במסע בין כוכבים מאפשר לחלליות לנוע מהר יותר ממהירות האור על ידי יצירת "בועה" שעוותה את הזמן-חלל סביב הספינה. בדרך זו, הספינה לא מפרה את החוק של נסיעה יותר מהר מהאור בתוך החלל אלא זזה את הזמן-חלל סביבה. למרות שמנוע זה הוא בדיוני, מדענים פיתחו מודל תיאורטי של מנוע המבוסס על רעיון דומה.
המנוע אלקובייר הוא מושג תיאורטי המציע שיטה לנסיעה מהירה יותר מהאור על ידי עיוות הזמן-חלל. לפי רעיון זה, חללית לא תנוע בפועל מהר יותר מהאור, אלא תיצור "בועה" סביב עצמה שמכווצת את הזמן-חלל מול הספינה ומתרחבת מאחור. בדרך זו, הספינה תנוע ביעילות דרך הזמן-חלל תוך שהיא נשארת נייחת ביחס לחלל שבתוך הבועה. כדי שזה יעבוד, התיאוריה מציעה צורך בחומר אקזוטי עם אנרגיה שלילית, שעדיין לא נמצא או נוצר על ידי מדענים. ניתן לקרוא עוד על מנוע אלקובייר כאן.
מסע בין כוכבים ומנוע עיוות
בעוד שהמדענים עדיין לא פתרו את כל המכשולים לבניית מנוע אלקובייר, נחזור למסע בין כוכבים ולנסיעות במהירות עיוות. במסע בין כוכבים, חלליות נסעו באמצעות מנועי עיוות. ככל שהטכנולוגיה התקדמה, מהירויות העיוות הפכו למהירות יותר גבוהה. עיוות 1 שווה למהירות האור, עיוות 2 מהיר פי עשרה ממהירות האור, עיוות 3 מהיר פי 39, וכן הלאה. בחרנו שלוש חלליות מפורסמות ממסע בין כוכבים שזמינים נתונים על מהירותן המרבית. למרות שהחלליות בסדרה לא יכלו לנסוע ברציפות במהירות עיוות מקסימלית, למען החישובים שלנו, נשתמש במהירויות המקסימליות שהן מסוגלות להן.
ספינת החלל של קפטן ג'ונתן ארצ'ר מסטאר טרק: אנטרפרייז
ספינה זו נושאת את הסימון NX-01. זו הספינה הראשונה בסדרת אנטרפרייז, שהיא קריטית בחקר החלל וביסוד הפדרציה העתידית. מהירותה המקסימלית היא וורפ 5, שהיא 214 פעמים מהירות האור. עם ספינת אנטרפרייז זו, הגעה לפלוטו מכדור הארץ תיקח רק דקה וחצי. יידרשו שבעה ימים להגיע לכוכב הקרוב ביותר, פרוקסימה קנטאורי, ו-15 שנים להגיע לחור השחור הקרוב ביותר, V616. הגעה למרכז הגלקסיה שלנו תיקח לא פחות מ-121 שנים, ויידרשו 11,853,271 שנים כדי לנסוע לאנדומדה.
ספינה זו תכסה כ-17 שנות אור במהירות המקסימלית תוך 30 ימים. בתוך 17 שנות אור מכדור הארץ, ישנם כ-50–60 מערכות כוכבים עם כ-100 כוכבים.
ספינת החלל של קפטן ז'אן-לוק פיקארד מסטאר טרק: הדור הבא
ספינת החלל של קפטן ז'אן-לוק פיקארד מסטאר טרק: הדור הבא נקראת USS Enterprise (NCC-1701-D). זו הספינה החמישית בקו שנושאת את השם אנטרפרייז והיא אחת מהספינות המפורסמות ביותר בזיכיון סטאר טרק. מהירותה המקסימלית היא וורפ 9.6, שהיא 1,909 פעמים מהירות האור.
אנטרפרייז של פיקארד תגיע לפרוקסימה קנטאורי תוך 19 שעות ו-28 דקות, ויידרשו כעבור שנה ותשעה חודשים להגיע לחור השחור V616 מונוסרוטיס. הגעה למרכז הגלקסיה שלנו תיקח 13 שנים ושבעה חודשים, והנסיעה לאנדומדה תיקח 1,328 שנים.
במשך 30 ימים, ספינה זו יכולה לכסות 156 שנות אור. בתוך רדיוס של 156 שנות אור מכדור הארץ, ישנם כ-40,000 עד 60,000 כוכבים.
ספינת החלל של קפטן קתרין ג'יינווי מסטאר טרק: וויאג'ר
ספינת החלל של קפטן קתרין ג'יינווי מסטאר טרק: וויאג'ר נקראת USS Voyager (NCC-74656). זו ספינת מחלקת אינטרפיד הידועה בשל משימתה במכונת הדלתא. מהירותה המקסימלית היא וורפ 9.975, שהיא 5,126 פעמים מהירות האור. וויאג'ר תגיע לפרוקסימה קנטאורי תוך 7 שעות. יידרשו שבעה חודשים להגיע לחור השחור V616 וחמש שנים להגיע למרכז הגלקסיה שלנו. אנדומדה עדיין מחוץ להישג יד, ויידרשו לספינת חלל זו 495 שנים להגיע לשם.
במהירות המקסימלית, במשך 30 ימים, ספינה זו יכולה לכסות 421 שנות אור. בתוך רדיוס של 421 שנות אור מכדור הארץ, ישנם כ-1.25 מיליון כוכבים.
עתיד הנסיעות בחלל
המרחב העצום של החלל הוא גורם מגביל לנסיעות בחלל. החלליות שאנו בונים כיום יכולות להגיע לחלקים רחוקים במערכת השמש ולגופים כמו פלוטו תוך 10 שנים או יותר. נסיעות בין-כוכביות אינן אפשריות כיום, שכן זה ידרוש מהחללית המהירה ביותר שלנו 150,000 שנה להגיע לכוכב הקרוב ביותר ולחזור. לעת עתה, אנו מוגבלים לנסיעה בתוך מערכת השמש שלנו. כדי לנסוע בין-כוכבית, הטכנולוגיה שלנו תצטרך להגיע לפחות ל-20% ממהירות האור, כך שהפרוב יכולה להגיע לכוכב הקרוב ביותר תוך כ-20 שנה. קיימות תוכניות לבניית חללית כזו שתאיץ באמצעות לייזרים רבי עוצמה מכדור הארץ, אך נצטרך לחכות עוד ארבע שנים עבור הנתונים שהפרוב כזו תאסוף.
גלקסיית שביל החלב וגלקסיית אנדרומדה השכנה. קרדיט: נאס"א גודרד
כדי לחקור בהצלחה את הכוכבים הקרובים ביותר, נצטרך מהירות קרובה למהירות האור. זה היה מאפשר גישה לכ-50 כוכבים בטווח של 15 שנות אור מכדור הארץ עבור מחקר מדעי, אם כי מסעות כאלה יהיו מאוד ארוכים, וייקח כמה עשורים לקבל נתונים מהפרובים. החלל כה עצום שכ even חלליות שיכולות לנסוע במהירות האור יאפשרו לנו לחקור רק את הכוכבים הקרובים ביותר.
אם מהירות האור היא בלתי אפשרית להשגה ונסיעות מהירות יותר מהאור אינן ברות קיימא, הסבירות להיתקל אי פעם בציוויליזציה חוץ-ארצית מתקדמת היא נמוכה מאוד. היקום עשוי להיות מלא חיים, אך המרחקים העצומים בחלל מקשים על קשר בין ציוויליזציות כמעט בלתי אפשרי, לפחות בחלק שלנו של היקום. החריג יכול להיות כוכבים בתוך צבירי כוכבים, כמו צבירי כדור, שבהם כוכבים יכולים להיות קרובים עד 0.1 שנות אור זה מזה. עם זאת, אפילו מרחק קטן כזה הוא עצום עבור ציוויליזציה כמונו. וויאגר 1 תצטרך כ-1,769 שנה להגיע לכוכב שנמצא 0.1 שנות אור משם.
האם נסיעות מהירות יותר מהאור אפשריות?
תיאורטית, נסיעות מהירות יותר מהאור הן מרתקות, אך על פי חוקי המדע הנוכחיים, במיוחד תיאוריית היחסות של איינשטין, זה בלתי אפשרי עבור אובייקטים עם מסה לנוע מהר יותר מהאור. עם זאת, מספר רעיונות תיאורטיים מציעים את האפשרות של "עקיפת" מגבלה זו:
מנוע אלקובייר
מושג זה, שהוצע על ידי הפיזיקאי מיגל אלקובייר בשנת 1994, מבוסס על יצירת "בועה" סביב חללית, שבתוכה המרחב-זמן נשאר שלם. הבועה הייתה מקטינה את המרחב לפני הספינה ומרחיבה אותו מאחור, ובכך מאפשרת נסיעות מהירות יותר מהאור. החללית לא תנוע בעצם במרחב מהר יותר מהאור, אלא שהמרחב סביבה יהיה מעוות. הבעיה היא שזה ידרוש שימוש בחומר אקזוטי עם אנרגיה שלילית, שעדיין לא הוכחה או נתגלתה.
חור שחור
חור שחור הוא מנהרה היפותטית דרך מרחב-זמן שיכולה לחבר נקודות מרוחקות ביקום. נסיעה דרך חור שחור עשויה לאפשר "קיצור דרך" אפקטיבי במרחב, מה שאומר שהמטייל לא יצטרך לעבור את כל המרחק בין שתי נקודות.
למרות שחורים שחורים הם אפשריים מתמטית בתוך תורת היחסות הכללית, אין ראיות לכך שהם קיימים או שישמרו יציבים מספיק זמן לשימוש מעשי. בנוסף, תחזוקתם עשויה לדרוש חומר אקזוטי.
טכיון
על פי התיאוריה, טכיון הוא חלקיק היפותטי שתמיד נע מהר יותר מהאור. עם זאת, קיומם לא הוכח. אם טכיון היה קיים, הוא היה מפר את כמה חוקים בסיסיים של הפיזיקה, כגון סיבתיות, מה שיכול להוביל לפרדוקסים, כמו נסיעה לאחור בזמן.
מנוע עיקום
במסע בין כוכבים, מנוע העיקום משתמש במושג דומה למנוע אלקובייר, שבו החללית לא נעה מהר יותר מהאור במובן המסורתי אלא מעקמת את מרחב-הזמן סביבה. למרות שזה בדיוני, רעיון זה השראה פיזיקאים בעולם האמיתי לחקור את האפשרויות של עיקום מרחב-זמן.
מרחבי קווזי-קריסטל או ממדיים גבוהים
בחלק מהתיאוריות, כמו תיאוריית המיתרים, היקום מכיל יותר ממדים ממה שאנחנו יכולים לתפוס. נסיעה בממדים גבוהים עשויה לאפשר "קיצורי דרך" במרחב תלת-ממדי. רעיון זה עדיין ספקולטיבי מאוד אך תיאורטית מעניין.
למרות שהרעיונות הללו מעניינים, רובם עדיין בתחום התיאוריה והמדע הבדיוני. נכון לעכשיו, אין לנו את הטכנולוגיה או החומרים הנדרשים כדי להגשים נסיעה מהירה יותר מהאור, אך מחקר מתמשך על חומר אקזוטי, מרחב-זמן ופיזיקה קוונטית ממשיך להציע אפשרויות חדשות לעתיד.