Az emberek mindig is arról álmodtak, hogy az űrben utaznak, lenyűgözve az ismeretlen világok és a távoli galaxisok felfedezésének vágya által. Az űrutazás legnagyobb akadálya a hatalmas távolságok. Ebben a cikkben a térben található óriási távolságokat és a távoli csillagokhoz és objektumokhoz való eljutásra szükséges időt vizsgáljuk meg, különböző sebességgel közlekedő űrhajók segítségével. Annak illusztrálására, hogy mennyire hatalmas az űr, kiszámoltuk, mennyi időbe telne eljutni néhány égitesthez autóval és az emberiség által valaha épített leggyorsabb űrhajóval. Azt is kiszámoltuk, milyen messzire tudnánk utazni a fény sebességével. Bár a fény sebessége nem elegendő ahhoz, hogy messzire utazzunk az űrben, a tudományos-fantasztikus sorozatra, a Star Trek-re fordultunk, ahol az űrhajók a fiktív Warp meghajtó segítségével sokkal gyorsabb sebességet érnek el, mint a fény.
Autó, amely folyamatosan 130 km/h (80 mph) sebességgel halad
Képzeljük el, hogy autóval tudnánk utazni az űrben. A világ sok országában a maximálisan megengedett sebesség az autópályákon 130 km/h vagy 80 mph, ezért ezt a sebességet használtuk a számításainkhoz. Egy autó végül eljuthatna a Holdra, ami körülbelül 123 napot venne igénybe. A Marsra az utazás hosszú 48 évet venne igénybe, amikor a legközelebb van a Földhöz, és akár 352 évet, amikor a legtávolabb van. A New Horizons űrszonda 9,5 év alatt érte el a Plútót, a Naprendszer szélén található törpebolygót. Autóval ez az út legalább 3,750 évet venne igénybe. A Proxima Centauri a Földhöz legközelebbi csillag, amely 4,24 fényév távolságra van. Egy autóval 35 millió évbe telne eljutni ehhez a csillaghoz.
Plútó Színes Kompozíció. Köszönet: NASA/Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratórium/Délnyugati Kutatóintézet
Voyager 1 – A leggyorsabb ember által készített űrhajó az űrben
A Voyager 1, amelyet 1977-ben indítottak el, az emberiség által valaha létrehozott leggyorsabb űrhajó, amely körülbelül 61,000 km/h (kb. 38,000 mérföld/óra) sebességgel halad az űrben. Azonban a Voyager 1 nem a leggyorsabb űrhajó, amelyet valaha építettek. A Parker Solar Probe sebessége elérheti a 700,000 km/h-t (kb. 430,000 mérföld/óra), de ezt a sebességet csak akkor éri el, amikor a Naphoz legközelebb halad, a Nap gravitációját kihasználva gyorsul. Másrészt a Voyager 1 az űrben halad, és jelenleg a legmesszebb lévő ember által készített objektum.
Voyager 1 belép az intersztelláris térbe - Művészeti koncepció. Hitel: NASA/JPL-Caltech
Tehát, milyen gyors a Voyager 1, és mennyi időbe telne, hogy bejárja a hatalmas kozmikus távolságokat? A Voyager 1 körülbelül 6 óra alatt elérheti a Holdat jelenlegi sebességével. A Földtől a Marsig körülbelül 37 napig tartana, amikor a Mars a legközelebb van a Földhöz, míg a távoli Plútóhoz való utazás nyolc évet venne igénybe. A Proxima Centauri, a Földhöz legközelebbi csillag eléréséhez pedig megdöbbentő 75,000 évre lenne szükség. Ezekből a számításokból látható, hogy a jelenlegi technológiai képességeink alig elegendőek a Naprendszer felfedezéséhez, és csak emberi legénység nélkül. Talán a belátható jövőben tudunk legénységet küldeni a Marsra, a Földhöz legközelebbi bolygóra. Jelenleg a technológiánk nem elég fejlett ahhoz, hogy szondákat küldjünk a legközelebbi csillagokhoz.
Utazás a fénysebességgel
A fénysebesség vákuumban körülbelül 299,792 km/s (kb. 186,282 mérföld/s), ami körülbelül 1.08 milliárd km/h-nak (kb. 671 millió mérföld per órának) felel meg. A fizika törvényei szerint, ahogyan azt Einstein relativitáselmélete leírja, ez a legmagasabb lehetséges sebesség.
Csillagok Katlanja a Galaxis Központjában. Forrás: NASA/JPL-Caltech
A relativitáselmélet szerint elméletileg lehetetlen, hogy tömeggel rendelkező objektumok, mint például űrhajók vagy emberek, a fénysebességgel utazzanak. Ahogy egy objektum sebessége nő, a tömege is hatékonyan növekszik, ami egyre több energiát igényel a további gyorsuláshoz. Egy nagy tömegű objektum fénysebességre gyorsítása végtelen energiát igényelne, ami a jelenlegi tudományos megértés szerint lehetetlenné teszi az ilyen utazást.
Most egy pillanatra hagyjuk figyelmen kívül a fizika törvényeit, és tegyük fel, hogy lehetséges a fénysebességgel utazni. Ha az emberiség rendelkezne egy olyan űrhajóval, amely képes a fénysebességgel utazni, meddig juthatnánk el az űrben? Akkor az egész univerzum elérhető lenne számunkra? Íme, amit kiszámoltunk.
A fénysebességgel mindössze 1.28 másodperc alatt elérnénk a Holdat, 3 perc alatt a Marsot, és 4 óra alatt a Plútót. A fénysebesség ideális lenne a gyors utazáshoz a Naprendszeren belül. De elegendő-e a fénysebesség az csillagközi utazáshoz? A Proxima Centauri, a legközelebbi csillagunk, 4.24 fényévnyire található. Ez azt jelenti, hogy a fénynek 4.24 évbe telik elérni a Proxima Centaurit, és a visszaút is ugyanennyi időt venne igénybe. Az ilyen utazások emberi legénységgel talán lehetségesek, de az ilyen űrhajón utazó utasoknak az életük jelentős részét az űrben kellene tölteniük.
Körülbelül 50 csillag található körülbelül 15 fényévnyi távolságra a Földtől. Egy fénysebességgel utazó űrhajó lehetővé tenné ennek a térségnek a felfedezését, legvalószínűbb, hogy pilóta nélküli szondákkal. Összefoglalva, a fénysebesség elegendő a legközelebbi csillagokhoz való utazáshoz, de a Tejútrendszerünk vagy más galaxisok távoli részeire való utazás lehetetlen lenne a szükséges idő miatt.
Például a legközelebbi fekete lyuk, a V616 Monocerotis, 3,300 fényévnyire van a Földtől, így éppen annyi évbe telne elérni, mint amennyi fényév. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen utazás nem megvalósítható vagy értelmes.
A galaxisunk középpontjához 26,000 év szükséges, míg az Androméda, a legközelebbi spirális galaxis elérése megdöbbentő 2.537 millió évet venne igénybe.
Fénysebességnél Gyorsabb Utazás
A világszerte híres tudományos-fantasztikus franchise, a Star Trek űrhajói a fénysebességnél sokkal gyorsabb sebességgel utaznak. Ezt a kitalált warp meghajtó teszi lehetővé. A Star Trek warp meghajtója lehetővé teszi, hogy a csillaghajók gyorsabban utazzanak a fénysebességnél, úgy, hogy egy „buborékot” hoznak létre, amely eltorzítja a téridőt a hajó körül. Így a hajó nem sérti meg a fénysebességnél gyorsabb utazás törvényét, hanem a téridőt mozgatja maga körül. Bár ez a meghajtó kitalált, a tudósok kidolgoztak egy elméleti modellt egy hasonló ötlet alapján.
A Alcubierre meghajtó egy elméleti fogalom, amely egy módszert javasol a fénysebességnél gyorsabb utazásra a téridő eltorzításával. E szerint az elképzelés szerint egy űrhajó nem utazna ténylegesen gyorsabban a fénysebességnél, de létrehozná a saját körül egy „buborékot”, amely összehúzza a téridőt a hajó előtt és kitágítja mögötte. Így a hajó hatékonyan mozogna a téridőben, miközben mozdulatlan maradna a buborékon belüli térhez képest. Ennek működéséhez a teória exotikus anyagok negatív energiával való létezését javasolja, amelyeket a tudósok még nem találtak meg vagy hoztak létre. További információt az Alcubierre meghajtóról itt olvashat.
Star Trek és Warp Meghajtó
Bár a tudósok még nem oldották meg az Alcubierre meghajtó megépítésének összes akadályát, térjünk vissza a Star Trek-hez és a warp sebességű utazáshoz. A Star Trek-ben a csillaghajók warp meghajtókkal utaztak. Ahogy a technológia fejlődött, a warp sebességek egyre gyorsabbá váltak. A Warp 1 a fénysebességnek felel meg, a Warp 2 tízszer gyorsabb a fénysebességnél, a Warp 3 pedig 39-szer gyorsabb, és így tovább. Három híres csillaghajót választottunk ki a Star Trek sorozatból, amelyek maximális sebességéről adataink vannak. Bár a sorozatban a csillaghajók nem tudtak folyamatosan maximális warp sebességgel utazni, számításaink kedvéért a maximális sebességeiket fogjuk figyelembe venni.
Jonathan Archer kapitány csillaghajója a Star Trek: Enterprise
Ez a hajó NX-01-es megnevezést kapta. Ez az első hajó az Enterprise sorozatban, amely kulcsszerepet játszik a világűr felfedezésében és a jövőbeli Szövetség alapjainak lerakásában. Maximális sebessége Warp 5, ami 214-szer gyorsabb, mint a fény sebessége. Ezzel az Enterprise-zal a Plútóra való eljutás a Földről mindössze másfél percet venne igénybe. A legközelebbi csillag, a Proxima Centauri elérése hét napot venne igénybe, és 15 évbe telne eljutni a legközelebbi fekete lyukhoz, a V616-hoz. A galaxisunk középpontjába való eljutás 121 évet venne igénybe, míg az Andromedába való utazás hihetetlen 11,853,271 évet venne igénybe.
Ez a hajó maximális sebességgel körülbelül 17 fényévet tudna megtenni 30 nap alatt. A Földtől 17 fényévnyi távolságon belül körülbelül 50–60 csillagrendszer található, körülbelül 100 csillaggal.
Jean-Luc Picard kapitány csillaghajója a Star Trek: The Next Generation
Jean-Luc Picard kapitány csillaghajója az Star Trek: The Next Generation-ben USS Enterprise (NCC-1701-D) néven ismert. Ez volt az ötödik hajó, amely viselte az Enterprise nevet, és az egyik legismertebb hajó a Star Trek franchise-ban. Maximális sebessége Warp 9.6, ami 1,909-szer gyorsabb, mint a fény sebessége.
Picard Enterprise-ja mindössze 19 óra és 28 perc alatt elérné a Proxima Centaurit, és körülbelül egy év és kilenc hónap alatt érné el a V616 Monocerotis fekete lyukat. A galaxisunk középpontjába való eljutás 13 évet és hét hónapot venne igénybe, míg Andromedába való utazás 1,328 évet venne igénybe.
30 nap alatt ez a hajó 156 fényévet tudna megtenni. A Földtől 156 fényévnyi távolságon belül körülbelül 40,000-60,000 csillag található.
Kathryn Janeway kapitány csillaghajója a Star Trek: Voyager
Kathryn Janeway kapitány csillaghajója az Star Trek: Voyager-ben USS Voyager (NCC-74656) néven ismert. Ez egy Intrepid-osztályú hajó, amely híres a Delta Kvadránsban végzett küldetéséről. Maximális sebessége Warp 9.975, ami 5,126-szor gyorsabb, mint a fény sebessége. A Voyager mindössze 7 óra alatt elérné a Proxima Centaurit. Hét hónapba telne eljutni a V616 fekete lyukhoz és öt évbe a galaxisunk középpontjához. Andromeda még mindig elérhetetlen, és ennek a csillaghajónak 495 évbe telne eljutni oda.
Maximális sebességgel, 30 nap alatt ez a csillaghajó 421 fényévet tudna megtenni. A Földtől 421 fényévnyi távolságon belül körülbelül 1,25 millió csillag található.
A Űrutazás Jövője
Az űr hatalmas volta korlátozó tényező az űrutazás számára. Azok a űrhajók, amelyeket jelenleg építünk, 10 vagy annál több év alatt képesek elérni a Naprendszer távoli részeit és olyan objektumokat, mint Plútó. Az intersztelláris utazás jelenleg megvalósíthatatlan, mivel a leggyorsabb űrhajónknak 150 000 évre lenne szüksége, hogy elérje a legközelebbi csillagot és visszatérjen. Jelenleg tehát csak a Naprendszeren belüli utazásra vagyunk korlátozva. Az intersztelláris utazáshoz a technológiánknak legalább a fénysebesség 20%-át kellene elérnie, hogy egy szonda körülbelül 20 év alatt elérje a legközelebbi csillagot. Léteznek tervek egy ilyen űrhajó építésére, amely erős lézereket használna a Földről való gyorsításhoz, de még négy évet kellene várnunk arra az adatra, amelyet egy ilyen szonda gyűjtene.
Tejútrendszer és a szomszédos Androméda galaxis. Forrás: NASA Goddard
A legközelebbi csillagok sikeres felfedezéséhez a fénysebességhez közeli sebességre lenne szükség. Ez lehetővé tenné, hogy körülbelül 50 csillag hozzáférhetővé váljon a Földtől 15 fényév távolságra tudományos kutatás céljából, bár az ilyen utazások nagyon hosszúak lennének, és évtizedekbe telne, amíg az adatokat megkapnánk a szondáktól. Az űr olyan hatalmas, hogy még a fénysebességgel utazni képes űrhajók is csak a legközelebbi csillagok felfedezésére tennék lehetővé.
Ha a fénysebesség elérése lehetetlen, és a fénysebességnél gyorsabb utazás nem kivitelezhető, akkor a valószínűsége annak, hogy valaha is találkozzunk egy fejlett földönkívüli civilizációval, rendkívül alacsony. Az univerzum lehet, hogy tele van élettel, de az űr hatalmas távolságai szinte lehetetlenné teszik a civilizációk közötti kapcsolatfelvételt, legalábbis az univerzumnak a mi részünkön. A kivétel lehetnek a csillaghalmazokban lévő csillagok, például a gömbhalmazok, ahol a csillagok akár 0,1 fényév távolságra is lehetnek egymástól. Azonban még egy ilyen kicsi távolság is hihetetlenül nagy egy olyan civilizáció számára, mint a miénk. A Voyager 1 körülbelül 1 769 év alatt érne el egy csillagot, amely 0,1 fényév távolságra van.
Lehetségesek a Fénysebességnél Gyorsabb Utazások?
Elméletileg a fénysebességnél gyorsabb utazás lenyűgöző, de a jelenlegi tudományos törvények, különösen Einstein relativitáselmélete szerint, lehetetlen, hogy a tömeggel rendelkező objektumok gyorsabban mozogjanak a fény sebességénél. Azonban több elméleti ötlet is felveti a lehetőségét a "kikerülésnek" ennek a korlátozásnak:
Alcubierre Meghajtó
Ez a koncepció, amelyet Miguel Alcubierre fizikus javasolt 1994-ben, azon alapul, hogy egy "buborékot" hozzunk létre egy űrhajó körül, amelyen belül az idő- és térszerkezet érintetlen marad. A buborék a hajó előtt összenyomná a teret, míg mögötte kitágítaná, lehetővé téve a fénysebességnél gyorsabb utazást. Az űrhajó valójában nem mozogna a térben gyorsabban, mint a fény, de a körülötte lévő tér eltorzulna. A probléma az, hogy ez egzotikus anyag használatát igényelné negatív energiával, amelyet még nem bizonyítottak be vagy fedeztek fel.
Fekete lyukak
A fekete lyukak hipotetikus alagútak az űr-időben, amelyek távoli pontokat köthetnek össze az univerzumban. Az fekete lyukon való utazás lehetővé teheti a hatékony "átjárót" az űrben, ami azt jelenti, hogy az utazónak nem kellene megtennie az egész távolságot két pont között.
Bár a fekete lyukak matematikailag lehetségesek az általános relativitáselmélet keretein belül, nincs bizonyíték arra, hogy léteznek, vagy hogy elég stabilak lennének a gyakorlati használathoz. Ezenkívül a karbantartásuk különleges anyagokat igényelhet.
Tachyonok
A teória szerint a tachyonok hipotetikus részecskék, amelyek mindig gyorsabban mozognak a fény sebességénél. Azonban létezésük nem bizonyított. Ha léteznének tachyonok, akkor megsértenék a fizika néhány alapvető törvényét, például az ok-okozati összefüggést, ami paradoxonokhoz vezethet, például az időben való visszautazáshoz.
Hajlító meghajtó
A Star Trek című sorozatban a hajlító meghajtó egy olyan koncepciót használ, amely hasonló az Alcubierre-meghajtóhoz, ahol az űrhajó nem utazik gyorsabban a fény sebességénél a hagyományos értelemben, hanem az űr-időt hajlítja meg maga körül. Bár fiktív, ez az ötlet inspirálta a valóságbeli fizikákat, hogy felfedezzék az űr-idő hajlításának lehetőségeit.
Kvázikristály terek vagy magasabb dimenziók
Néhány elmélet, például a húr-elmélet szerint, az univerzumnak több dimenziója van, mint amit észlelni tudunk. Az magasabb dimenziókon való utazás lehetővé teheti a "átjárókat" a háromdimenziós térben. Ez az ötlet még mindig rendkívül spekulatív, de elméletileg érdekes.
Bár ezek az ötletek érdekesek, legtöbbjük még mindig a teória és a tudományos-fantasztikus irodalom területén van. Jelenleg nincs meg a technológia vagy az anyagok, amelyek szükségesek lennének a fénysebességnél gyorsabb utazás megvalósításához, de a különleges anyagok, az űr-idő és a kvantumfizika iránti folyamatos kutatás új lehetőségeket kínál a jövő számára.