Svemirska putovanja - Procjena vremena putovanja kroz svemir

Ljudi su oduvijek sanjali o putovanju kroz svemir, fascinirani nepoznatim svjetovima i željom za istraživanjem udaljenih galaksija. Najveća prepreka putovanjima svemirom su ogromne udaljenosti. U ovom članku želimo vam ilustirati koliko je svemir golem pa smo izračunali koliko bi trajala putovanja do različitih objekata u svemiru kad različitim prijevoznim sredstvima i letjelicama. Kad bi mogli svemirom putovati autom, koliko bi nam vremena trebalo do obližnjih planeta ili najbliže zvijede? Koliko bi putnički avioni putovali do Mjeseca ili Marsa? Koliko je zapravo brza najbrža svemirska letjelica koju je čovječanstvo izgradilo? Kad bi mogli letjeti brzinom svjetlosti, koliko bi se skratilo vrijeme putovanja i koliko duboku u svemir bi smo mogli putovati? Koliko su brzi svemirski brodovi iz popularne SF franšice Star Trek? Koliko bi trajalo putovanje u Enteprise-u kapetana Picarda do najbliže zvijede? Odgovre na sva ova pitanja i više od toga potražite u ovom članku 

Putovanje svemirom u osobnom automobilu

Zamislimo da možemo putovati kroz svemir u automobilu. U mnogim zemljama širom svijeta, maksimalna dozvoljena brzina na autocestama je 130 km/h ili 80 mph, pa smo ovu brzinu koristili za naše izračune. Od dvih svemirskih destinacija, jedina destinacija do koje bi mogli automobilom je Mjesec. Putovanje bi trajalo otprilike 123 dana. Putovanje do Marsa trajalo dugih 48 godina i to kada je Mars najbliži Zemlji. Putovanje bi se moglo produžiti i do 352 godine kada je Mars najudeljeniji od zemlje. Svemirskoj sondi New Horizons trebalo je 9,5 godina da stigne do Plutona, patuljaste planete na rubu Sunčevog sustava. Automobilom bi ovo putovanje trajalo najmanje 3,750 godina. Proxima Centauri je najbliža zvijezda i udaljena je 4,24 svjetlosne godine od Zemlje. Automobilom bi do ove zvijede trabalo putovati 35 milijuna godina. 

Voyager 1 – Najbrža ljudska svemirska letjelica koja putuje kroz svemir

Voyager 1, lansiran davne 1977. godine, najbrža je svemirska letjelica koju je čovječanstvo ikada stvorilo i putuje kroz svemir brzinom od otprilike 61,000 km/h (oko 38,000 milja na sat). Međutim, Voyager 1 nije najbrža svemirska letjelica ikada izgrađena. Parker Solar Probe postiže brzine od 700,000 km/h (otprilike 430,000 milja na sat), ali ta brzina se postiže samo kada prolazi najbliže Suncu, koristeći Sunčevu gravitaciju za ubrzanje. S druge strane, Voyager 1 putuje kroz svemir i trenutno je najudaljeniji ljudski objekt.

Pa, koliko brzo putuje Voyager 1 i koliko bi vremena trebalo da proputuje golema kozmička prostranstva? Voyager 1 mogao od Zemlje do Mjeseca za otprilike 6 sati svojom trenutnom brzinom. Putovanje od Zemlje do Marsa trajalo bi prihvatljivih 37 dana kada je Mars najbliži Zemlji, a putovanje do udaljenog Plutona trajalo bi osam godina. Do Proxime Centauri, Zemlji najbliže zvijezde, trebalo bi nevjerojatnih 75.000 godina. Iz ovih izračuna, jasno je da su naše trenutne tehnološke mogućnosti jedva dovoljne za istraživanje Sunčevog sustava i to uglavnom bez ljudskih posada. Možda u bliskoj budućnosti uspijemo poslati ljude na Mars, planet najbliži Zemlji. Za sada, naša tehnologija nije dovoljno napredna da možemo poslati sonde do najbližih zvijezda.

Putovanje brzinom svjetlosti

Brzina svjetlosti u vakuumu iznosi približno 299.792 km/s (oko 186.282 milja/s), što odgovara otprilike 1,08 milijardi km/h (oko 671 milijun milja na sat). Prema zakonima fizike, kako ih opisuje Einsteinova teorija relativnosti, to je najveća moguća brzina.

Prema relativnosti, teoretski nije moguće da objekti koji imaju masu, poput svemirskih letjelica ili ljudi, putuju brzinom svjetlosti. Kako brzina objekta raste, njegova masa se učinkovito povećava, zahtijevajući sve više energije za daljnje ubrzanje. Ubrzanje masivnog objekta do brzine svjetlosti zahtijevalo bi beskonačnu energiju, što čini takvo putovanje nemogućim prema trenutnim znanstvenim spoznajama.

Ignorirajmo zakone fizike na trenutak i pretpostavimo da je putovanje brzinom svjetlosti ipak moguće. Ako bi čovječanstvo imalo svemirsku letjelicu sposobnu za putovanje brzinom svjetlosti, koliko daleko bismo mogli putovati u svemir? Bi li nam cijeli svemir tada bio na dohvat ruke? Evo što smo izračunali.

Putujući brzinom svjetlosti, trebalo bi samo 1,28 sekundi do Mjeseca, 3 minute do Marsa i 4 sata do Plutona. Brzina svjetlosti bila bi idealna za brza putovanja unutar Sunčevog sustava. No, je li brzina svjetlosti dovoljna za međuzvjezdana putovanja? Proxima Centauri, nama najbliža zvijezda, udaljena je 4,24 svjetlosne godine. To znači da svjetlost treba 4,24 godine do Proxime Centauri, a povratno putovanje trajalo bi isto toliko. Takva putovanja možda bi mogla imati ljudsku posadu, ali bi putnici na takvoj svemirskoj letjelici morali provesti značajan dio svog života u svemiru.

Postoji otprilike 50 zvijezda unutar radijusa od oko 15 svjetlosnih godina od Zemlje. Svemirska letjelica sposobna za putovanje brzinom svjetlosti omogućila bi istraživanje ovog dijela svemira, najvjerojatnije s bespilotnim sondama. Možemo zaključiti da je brzina svjetlosti dovoljna za putovanje do najbližih zvijezda, ali putovanja do udaljenih dijelova naše Mliječne staze ili drugih galaksija bila bi i dalje nemoguća zbog vremena koje takva putovanja zahtijevaju.

Na primjer, najbliža crna rupa, V616 Monocerotis, udaljena je 3.300 svjetlosnih godina od Zemlje. Trebalo bi nam isto toliko godina do nje putujući brzinom svjetlosti. Očigledno, takvo putovanje nije izvedivo niti razborito.

Do središta naše galaksije, trebalo bi nam 26.000 godina, a putovanje do Andromede, najbliže spiralne galaksije, trajalo bi nevjerojatnih 2.537.000 godina.

Putovanje brže od brzine svjetlosti

U globalno popularnom znanstveno-fantastičnom serijalu Star Trek, svemirski brodovi putuju brzinama mnogo većim od brzine svjetlosti. To im omogućava fiktivni warp pogon. Warp pogon u Star Treku omogućava svemirskim brodovima da putuju brže od svjetlosti stvaranjem "mjehura" koji izobličava prostor-vrijeme oko broda. Na taj način, brod ne krši zakone fizike o putovanju bržem od svjetlosti unutar prostora, već pomiče prostor-vrijeme oko sebe. Iako je ovaj pogon fiktivan, znanstvenici su razvili teorijski model pogona temeljen na sličnoj ideji.

Alcubierreov pogon je teorijski koncept koji predlaže metodu za putovanje brže od svjetlosti izobličavanjem prostor-vremena. Prema ovoj ideji, svemirski brod ne bi zapravo putovao brže od svjetlosti, već bi stvorio "mjehur" oko sebe koji kontrahira prostor-vrijeme ispred broda i širi ga iza. Na taj način, brod bi učinkovito prolazio kroz prostor-vrijeme dok ostaje stacionaran u odnosu na prostor unutar mjehura. Da bi to funkcioniralo, teorija sugerira potrebu za egzotičnom materijom s negativnom energijom, koju znanstvenici još nisu pronašli ili stvorili. Više o Alcubierreovom pogonu možete pročitati ovdje.

Star Trek i Warp pogon

Dok znanstvenici rješavaju sve prepreke za izgradnju Alcubierreovog pogona, vratimo se Star Treku i putovanju warp brzinama. U Star Treku, svemirski brodovi su putovali koristeći warp pogone. Kako je tehnologija napredovala, warp brzine su postajale sve veće. Warp 1 jednako je brzini svjetlosti, Warp 2 je deset puta brži od brzine svjetlosti, Warp 3 je 39 puta brži, i tako dalje. Odabrali smo tri poznata svemirska broda iz Star Treka za koja su dostupni podaci o njihovoj maksimalnoj brzini. Iako svemirski brodovi u seriji nisu mogli neprekidno putovati maksimalnim warpom, u svrhu naših proračuna, koristit ćemo maksimalne brzine koje su sposobni postići.

Svemirski brod kapetana Jonathana Archera iz Star Trek: Enterprise

Ovaj brod ima oznaku NX-01. To je prvi brod u seriji Enterprise, ključan za istraživanje svemira i postavljanje temelja za buduću Federaciju. Njegova maksimalna brzina je Warp 5, što je 214 puta brže od brzine svjetlosti. S ovim Enterpriseom, putovanje od Zemlje do Plutona trajalo bi samo minutu i pol. Trebalo bi mu sedam dana do najbliže zvijezde, Proxime Centauri te 15 godina do najbliže crne rupe, V616. Putovanje do središta naše galaksije trajalo bi 121 godinu, a putovanje do Andromede trajalo bi nevjerojatnih 11,853,271 godina.

Ovaj brod bi u 30 dana mogao prevaliti otprilike 17 svjetlosnih godina. U radijusu od 17 svjetlosnih godina od Zemlje, postoji otprilike 50–60 zvjezdanih sustava s oko 100 zvijezda.

Svemirski brod kapetana Jean-Luca Picarda iz Star Trek: The Next Generation

Svemirski brod kapetana Jean-Luca Picarda iz Star Trek: The Next Generation zvao se USS Enterprise (NCC-1701-D). To je bio peti brod u redu koji nosi ime Enterprise i jedan je od najpoznatijih brodova u Star Trek franšizi. Njegova maksimalna brzina je Warp 9.6, što je 1,909 puta brže od brzine svjetlosti.

Picardov Enterprise trebao bi do Proxime Centauri za samo 19 sati i 28 minuta, a trebalo bi mu otprilike jednu godinu i devet mjeseci do crne rupe V616 Monocerotis. Putovanje do središta naše galaksije trajalo bi 13 godina i sedam mjeseci, a putovanje do Andromede trajalo bi 1,328 godina.

U 30 dana, ovaj brod mogao bi prevaliti 156 svjetlosnih godina. Unutar radijusa od 156 svjetlosnih godina od Zemlje, postoji otprilike 40,000 do 60,000 zvijezda. 

Svemirski brod kapetanice Kathryn Janeway iz Star Trek: Voyager

Svemirski brod kapetanice Kathryn Janeway iz Star Trek: Voyager zove se USS Voyager (NCC-74656). To je brod klase Intrepid poznat po svojoj misiji u Delta kvadrantu. Njegova maksimalna brzina je Warp 9.975, što je 5,126 puta brže od brzine svjetlosti. Voyager bi putovao do Proxime Centauri samo 7 sati. Trebalo bi mu sedam mjeseci do crne rupe V616 i pet godina do središta naše galaksije. Andromeda je još uvijek izvan dosega, a ovom svemirskom brodu trebalo bi 495 godina da stigne tamo.

Pri maksimalnoj brzini, u 30 dana, ovaj svemirski brod mogao bi prevaliti 421 svjetlosnu godinu. Unutar radijusa od 421 svjetlosne godine od Zemlje, postoji otprilike 1.25 milijuna zvijezda.

Budućnost putovanja svemirom

Golemo prostranstvo svemira predstavlja ograničavajući faktor za putovanja svemirom. Letjelice koje trenutno gradimo mogu doseći udaljene dijelove Sunčevog sustava i objekte poput Plutona za 10 ili više godina. Međuzvjezdanana putovanja trenutno nisu izvediva jer bi Voyageru 1, našoj najbržoj svemirskoj letjelici, trebalo 150 tisuća godina do najbliže zvijezde i natrag. Za sada smo ograničeni samo na svemirska putovanje unutar našeg Sunčevog sustava. Za međuzvjezdana putovanja, naša tehnologija bi trebala dosegnuti barem 20% brzine svjetlosti kako bi sonda mogla doputovati do najbliže zvijezde za otprilike 20 godina. Postoje planovi za izgradnju takve svemirske letjelice koja bi se ubrzavala korištenjem snažnih lasera s Zemlje. Podatke koje bi takva sonda prikupila trebali bi smo čekati još 4 godine. 

Da bi mogli uspješno istraživati najbliže zvijezde, trebali bismo postići brzinu blisku brzini svjetlosti. To bi dohvatljivim učinilo oko 50 zvijezda unutar 15 svjetlosnih godina od Zemlje. Takva bi putovanja bila vrlo duga, a trebalo bi i nekoliko desetljeća da primimo podatke od sondi. Svemir je toliko prostran da nam letjelica sposobne putovati brzinom svjetlosti omoguću istraživanje samo najbližih zvijezda.

U slučaju da brzinu svjetlosti nije moguće postići, a putovanja brža od svjetlosti nisu izvediva, vjerojatnost da sretnemo naprednu izvanzemaljsku civilizaciju izuzetno je mala. Svemir može biti pun života, ali ogromne udaljenosti u svemiru čine kontakt među civilizacijama gotovo nemogućim, barem u našem dijelu svemira. Iznimka bi mogle biti zvijezde unutar zvjezdanih skupina, poput kuglastih skupina, gdje zvijezde mogu biti udaljene samo 0,1 svjetlosne godine. Međutim, čak i takva mala udaljenost je nevjerojatno velika za civilizaciju poput naše. Voyager-u 1 bi trebao oko 1.769 godina do zvijezde koja je udaljena 0,1 svjetlosne godine.

Jesu li putovanja brža od brzine svjetlosti moguća?

Teoretski, putovanje brže od brzine svjetlosti je fascinantno, ali prema trenutnim znanstvenim zakonima, posebno Einsteinovoj teoriji relativnosti, objekti s masom ne mogu putovati brže od svjetlosti. Međutim, nekoliko teorijskih ideja sugerira mogućnost "zaobilaženja" ovog ograničenja:

Alcubierreov pogon

Ova koncepcija, koju je predložio fizičar Miguel Alcubierre 1994. godine, temelji se na stvaranju "mjehura" oko svemirskog broda, unutar kojeg prostor-vrijeme ostaje netaknuto. Mjehur bi kontrahirao prostor ispred broda i širio ga iza, omogućujući tako putovanje brže od svjetlosti. Svemirski brod zapravo ne bi putovao kroz prostor brže od svjetlosti, već bi prostor oko njega bio izobličen. Problem je što bi to zahtijevalo korištenje egzotične tvari s negativnom energijom, koja još nije dokazana ili otkrivena.

Crvotočine

Crvotočine su hipotetski tuneli kroz prostor-vrijeme koji bi mogli povezati udaljene točke u svemiru. Putovanje kroz crvotočinu moglo bi omogućiti učinkovitu "prečicu" kroz prostor, što znači da putnik ne bi trebao prolaziti cijelu udaljenost između dviju točaka.

Iako su crvotočine matematički moguće unutar opće relativnosti, ne postoje dokazi da one postoje ili da bi ostale stabilne dovoljno dugo za praktičnu upotrebu. Dodatno, njihovo održavanje moglo bi zahtijevati egzotičnu tvar.

Tahioni

Prema teoriji, tahioni su hipotetske čestice koje se uvijek kreću brže od svjetlosti. Međutim, njihovo postojanje nije dokazano. Ako bi tahioni postojali, kršili bi neka temeljna pravila fizike, poput uzročnosti, što bi moglo dovesti do paradoksa, kao što je putovanje unatrag u vremenu.

Warp pogon

U Star Treku, warp pogon koristi koncept sličan Alcubierreovom pogonu, gdje svemirski brod ne putuje brže od svjetlosti u tradicionalnom smislu, već iskrivljuje prostor-vrijeme oko sebe. Iako je fikcija, ova ideja inspirirala je fizičare u stvarnom svijetu da istraže mogućnosti iskrivljavanja prostor-vremena.

Kvazikristalne prostore ili više dimenzije

U nekim teorijama, poput teorije struna, svemir ima više dimenzija nego što možemo percipirati. Putovanje kroz više dimenzije moglo bi omogućiti "prečice" u trodimenzionalnom prostoru. Ova ideja je još uvijek vrlo spekulativna, ali teoretski intrigantna.

Iako su ove ideje zanimljive, većina njih još uvijek je u području teorije i znanstvene fantastike. Trenutno nemamo tehnologiju ili materijale potrebne za ostvarivanje putovanja bržeg od svjetlosti, ali kontinuirano istraživanje egzotične tvari, prostor-vremena i kvantne fizike nastavlja nuditi nove mogućnosti za budućnost.