Mennesker har alltid drømt om å reise gjennom rommet, fascinert av ukjente verdener og ønsket om å utforske fjerne galakser. Den største hindringen for romreiser er de enorme avstandene. I denne artikkelen tar vi for oss de enorme avstandene i rommet og tiden som kreves for å nå fjerne stjerner og objekter ved hjelp av romfartøy med ulike hastigheter. For å illustrere hvor stort rommet er, har vi beregnet hvor lang tid det ville ta å nå noen himmellegemer med bil og det raskeste romfartøyet menneskeheten har bygget. Vi har også beregnet hvor langt vi kunne reise med lysets hastighet. Selv om lysets hastighet ikke er tilstrekkelig for å reise langt ut i rommet, vendte vi oss til science fiction-serien Star Trek, hvor romfartøy oppnår hastigheter mye raskere enn lyset ved hjelp av den fiktive Warp-driften.
En bil som konstant reiser med 130 km/t (80 mph)
La oss forestille oss at vi kunne reise gjennom rommet i en bil. I mange land rundt om i verden er den maksimalt tillatte hastigheten på motorveiene 130 km/t eller 80 mph, så vi brukte denne hastigheten i våre beregninger. En bil kunne til slutt nå Månen, og det ville ta omtrent 123 dager å komme dit. Til Mars ville reisen ta lange 48 år når den er nærmest Jorden og opptil 352 år når den er på sitt fjerneste. New Horizons romsonde brukte 9,5 år på å nå Pluto, en dvergplanet på kanten av solsystemet. I en bil ville denne turen ta minst 3.750 år. Proxima Centauri er den nærmeste stjernen til Jorden, som er 4,24 lysår unna. Det ville ta 35 millioner år å nå denne stjernen i en bil.
Pluto Fargerik Komposisjon. Kreditering: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Voyager 1 – Det raskeste menneskeskapte romfartøyet som reiser gjennom rommet
Voyager 1, som ble sendt opp allerede i 1977, er det raskeste romfartøyet som noen gang er laget av menneskeheten, og reiser gjennom rommet med en hastighet på omtrent 61.000 km/t (omtrent 38.000 miles per hour). Imidlertid er ikke Voyager 1 det raskeste romfartøyet som noen gang er bygget. Parker Solar Probe oppnår hastigheter på 700.000 km/t (omtrent 430.000 miles per hour), men den hastigheten oppnås kun når den passerer nærmest Solen, ved å bruke Solens tyngdekraft til å akselerere. På den annen side reiser Voyager 1 gjennom rommet og er for øyeblikket det mest fjerne menneskeskapte objektet.
Voyager 1 går inn i interstellar rom. Kunstnerisk konsept. Kreditering: NASA/JPL-Caltech
Så, hvor raskt er Voyager 1, og hvor lang tid vil det ta å dekke enorme kosmiske avstander? Voyager 1 kunne nå Månen på omtrent 6 timer med sin nåværende hastighet. Fra Jorden til Mars ville ta en akseptabel 37 dager når Mars er nærmest Jorden, og reisen til den fjerne Pluto ville ta åtte år. For å nå Proxima Centauri, den nærmeste stjernen til Jorden, ville ta en svimlende 75 000 år. Ut fra disse beregningene er våre nåværende teknologiske kapabiliteter knapt tilstrekkelige for å utforske solsystemet, og da kun uten en menneskelig besetning. Kanskje i den nærmeste fremtid kan vi sende en besetning til Mars, planeten nærmest Jorden. For nå er teknologien vår ikke avansert nok til å sende sonder til de nærmeste stjernene.
Reise med lysets hastighet
Lysets hastighet i vakuum er omtrent 299 792 km/s (omtrent 186 282 miles/s), som tilsvarer omtrent 1,08 milliarder km/t (omtrent 671 millioner miles per time). I henhold til fysikkens lover, som beskrevet av Einsteins relativitetsteori, er dette den høyeste mulige hastigheten.
En kjele av stjerner i galaksens sentrum. Kreditt: NASA/JPL-Caltech
I henhold til relativitet er det teoretisk umulig for objekter med masse, som romfartøy eller mennesker, å reise med lysets hastighet. Når et objekts hastighet øker, vokser massen effektivt, noe som krever stadig mer energi for å akselerere videre. Å akselerere et massivt objekt til lysets hastighet ville kreve uendelig energi, noe som gjør slik reise umulig i henhold til dagens vitenskapelige forståelse.
La oss se bort fra fysikkens lover et øyeblikk og anta at det er mulig å reise med lysets hastighet. Hvis menneskeheten hadde et romfartøy i stand til å reise med lysets hastighet, hvor langt kunne vi da komme i rommet? Ville hele universet da være innen vår rekkevidde? Her er hva vi beregnet.
Med lysets hastighet ville det ta bare 1,28 sekunder å nå Månen, 3 minutter å komme til Mars, og 4 timer å nå Pluto. Lysets hastighet ville være ideell for rask reise innen solsystemet. Men er lyshastighet tilstrekkelig for interstellar reise? Proxima Centauri, den nærmeste stjernen til oss, er 4,24 lysår unna. Dette betyr at lyset tar 4,24 år for å nå Proxima Centauri, og returreisen ville ta samme tid. Slike reiser kan være mulige med menneskelige besetninger, men passasjerene på et slikt romfartøy måtte tilbringe en betydelig del av livet sitt i rommet.
Det er omtrent 50 stjerner innen en radius av omtrent 15 lysår fra Jorden. Et romfartøy i stand til å reise med lysets hastighet ville tillate utforskning av denne delen av rommet, mest sannsynlig med ubemannede sonder. Vi kan konkludere med at lyshastighet er tilstrekkelig for å reise til de nærmeste stjernene, men reise til de fjerne områdene av vår Melkevei eller andre galakser ville være umulig på grunn av tiden slike reiser ville ta.
For eksempel, den nærmeste sorte hullet, V616 Monocerotis, er 3.300 lysår unna jorden, så det ville ta oss like mange år å nå det med lysets hastighet. Det er tydelig at en slik reise ikke er gjennomførbar eller fornuftig.
For å nå sentrum av vår galakse, ville det ta oss 26.000 år, og en reise til Andromeda, den nærmeste spiralgalaksen, ville ta en svimlende 2,537 millioner år.
Reise Raskere Enn Lyset
I den verdensberømte science fiction-franchisen Star Trek, reiser romskip med hastigheter som er mye raskere enn lysets hastighet. Dette er muliggjort av den fiktive warp-driften. Warp-driften i Star Trek lar stjerneskip reise raskere enn lys ved å skape en "boble" som forvrenger rom-tid rundt skipet. På denne måten bryter ikke skipet loven om å reise raskere enn lyset innen rommet, men flytter rom-tid rundt seg. Selv om denne driften er fiktiv, har forskere utviklet en teoretisk modell av en drivkraft basert på en lignende idé.
Alcubierre-driften er et teoretisk konsept som foreslår en metode for reise raskere enn lyset ved å forvrenge rom-tid. I henhold til denne ideen ville et romskip ikke faktisk reise raskere enn lyset, men det ville skape en "boble" rundt seg selv som kontrakterer rom-tid foran skipet og utvider det bak. På denne måten ville skipet effektivt bevege seg gjennom rom-tid mens det forblir stasjonært i forhold til rommet innenfor boblen. For at dette skal fungere, antyder teorien behovet for eksotisk materie med negativ energi, som forskere ennå ikke har funnet eller laget. Du kan lese mer om Alcubierre-driften her.
Star Trek og Warp-drift
Selv om forskere ennå ikke har løst alle hindringene for å bygge en Alcubierre-drift, la oss gå tilbake til Star Trek og warp-hastighetsreiser. I Star Trek reiste stjerneskip ved hjelp av warp-drifter. Etter hvert som teknologien utviklet seg, ble warp-hastighetene raskere. Warp 1 tilsvarer lysets hastighet, Warp 2 er ti ganger raskere enn lysets hastighet, Warp 3 er 39 ganger raskere, og så videre. Vi valgte tre kjente stjerneskip fra Star Trek som det finnes data om deres maksimale hastighet. Selv om stjerneskipene i serien ikke kunne reise kontinuerlig med maksimal warp, vil vi for beregningens skyld bruke de maksimale hastighetene de er i stand til.
Stjerneskipet til kaptein Jonathan Archer fra Star Trek: Enterprise
Dette skipet har betegnelsen NX-01. Det er det første skipet i Enterprise-serien, avgjørende for utforskning av rommet og for å legge grunnlaget for den fremtidige føderasjonen. Dets maksimale hastighet er Warp 5, som er 214 ganger raskere enn lysets hastighet. Med dette Enterprise ville det ta bare ett minutt og tretti sekunder å nå Pluto fra Jorden. Det ville ta syv dager å nå den nærmeste stjernen, Proxima Centauri, og 15 år å nå det nærmeste sorte hullet, V616. Å nå sentrum av vår galakse ville ta hele 121 år, og det ville ta utrolige 11,853,271 år å reise til Andromeda.
Dette skipet ville dekke omtrent 17 lysår med maksimal hastighet på 30 dager. Innenfor 17 lysår fra Jorden finnes det omtrent 50–60 stjernesystemer med omtrent 100 stjerner.
Stjerneskipet til kaptein Jean-Luc Picard fra Star Trek: The Next Generation
Kaptein Jean-Luc Picards stjerneskip fra Star Trek: The Next Generation ble kalt USS Enterprise (NCC-1701-D). Det var det femte skipet i rekken som bar navnet Enterprise og er et av de mest kjente skipene i Star Trek-franchisen. Dets maksimale hastighet er Warp 9.6, som er 1,909 ganger raskere enn lysets hastighet.
Picards Enterprise ville nå Proxima Centauri på bare 19 timer og 28 minutter, og det ville ta omtrent ett år og ni måneder å nå det sorte hullet V616 Monocerotis. Å nå sentrum av vår galakse ville ta 13 år og syv måneder, og å reise til Andromeda ville ta 1,328 år.
I løpet av 30 dager kunne dette skipet dekke 156 lysår. Innenfor en radius av 156 lysår fra Jorden finnes det omtrent 40,000 til 60,000 stjerner.
Stjerneskipet til kaptein Kathryn Janeway fra Star Trek: Voyager
Stjerneskipet til kaptein Kathryn Janeway fra Star Trek: Voyager kalles USS Voyager (NCC-74656). Det er et Intrepid-klasse skip kjent for sitt oppdrag i Delta-kvadranten. Dets maksimale hastighet er Warp 9.975, som er 5,126 ganger raskere enn lysets hastighet. Voyager ville nå Proxima Centauri på bare 7 timer. Det ville ta syv måneder å nå det sorte hullet V616 og fem år å nå sentrum av vår galakse. Andromeda er fortsatt utenfor rekkevidde, og det ville ta dette stjerneskipet 495 år å komme dit.
Med maksimal hastighet, i løpet av 30 dager, kunne dette stjerneskipet dekke 421 lysår. Innenfor en radius av 421 lysår fra Jorden finnes det omtrent 1,25 millioner stjerner.
Fremtiden for romreise
Den enorme størrelsen på rommet er en begrensende faktor for romreise. Romfartøyene vi bygger i dag kan nå fjerne deler av solsystemet og objekter som Pluto på 10 år eller mer. Interstellar reise er for øyeblikket ikke gjennomførbart, da det ville ta våre raskeste romfartøy 150 000 år å nå den nærmeste stjernen og returnere. For nå er vi begrenset til å reise innenfor vårt solsystem. For interstellar reise må teknologien vår nå minst 20 % av lysets hastighet, slik at en sonde kan nå den nærmeste stjernen på omtrent 20 år. Det finnes planer for å bygge et slikt romfartøy som ville akselerere ved hjelp av kraftige lasere fra jorden, men vi må vente ytterligere fire år på dataene som en slik sonde ville samle inn.
Melkeveien og den nærliggende Andromeda-galaksen. Kreditt: NASA Goddard
For å kunne utforske de nærmeste stjernene, ville vi trenge en hastighet nær lysets hastighet. Dette ville gjøre omtrent 50 stjerner innen 15 lysår fra jorden tilgjengelige for vitenskapelig forskning, selv om slike reiser ville være veldig lange, og det ville ta flere tiår å motta data fra sondene. Rommet er så stort at selv romfartøy som kan reise med lysets hastighet, bare ville tillate oss å utforske de nærmeste stjernene.
Hvis lysets hastighet er umulig å oppnå og reiser raskere enn lyset ikke er gjennomførbare, er sannsynligheten for å noen gang møte en avansert utenomjordisk sivilisasjon ekstremt lav. Universet kan være fullt av liv, men de enorme avstandene i rommet gjør kontakt mellom sivilisasjoner nesten umulig, i det minste i vår del av universet. Unntaket kan være stjerner innen stjernehoper, som kulehoper, hvor stjerner kan være så nær som 0,1 lysår fra hverandre. Imidlertid er selv en så liten avstand utrolig stor for en sivilisasjon som vår. Voyager 1 ville ta omtrent 1 769 år å nå en stjerne som er 0,1 lysår unna.
Er reiser raskere enn lyset mulige?
Teoretisk sett er reiser raskere enn lyset fascinerende, men ifølge nåværende vitenskapelige lover, spesielt Einsteins relativitetsteori, er det umulig for objekter med masse å bevege seg raskere enn lyset. Imidlertid antyder flere teoretiske ideer muligheten for å "omgå" denne begrensningen:
Alcubierre-drivverket
Denne konseptet, foreslått av fysikeren Miguel Alcubierre i 1994, er basert på å skape en "boble" rundt et romfartøy, der rom-tid forblir intakt. Boblen ville trekke sammen rommet foran skipet og utvide det bak, noe som effektivt ville tillate reiser raskere enn lyset. Romfartøyet ville ikke faktisk bevege seg gjennom rommet raskere enn lyset, men rommet rundt det ville bli krummet. Problemet er at dette ville kreve bruk av eksotisk materie med negativ energi, som ennå ikke er bevist eller oppdaget.
Ormehull
Ormehull er hypotetiske tunneler gjennom rom-tid som kan koble sammen fjerne punkter i universet. Å reise gjennom et ormehull kan tillate en effektiv "snarvei" gjennom rommet, noe som betyr at en reisende ikke trenger å passere gjennom den totale avstanden mellom to punkter.
Selv om ormehull er matematiske muligheter innen generell relativitet, finnes det ingen bevis for at de eksisterer eller ville forbli stabile lenge nok for praktisk bruk. I tillegg kan vedlikeholdet deres kreve eksotisk materie.
Tachyoner
I henhold til teorien er tachyoner hypotetiske partikler som alltid beveger seg raskere enn lyset. Imidlertid har deres eksistens ikke blitt bevist. Hvis tachyoner eksisterte, ville de bryte med noen grunnleggende lover om fysikk, som årsakssammenheng, noe som kunne føre til paradokser, som å reise tilbake i tid.
Warpdrift
I Star Trek bruker warpdrift et konsept som ligner på Alcubierre-driften, der romskipet ikke reiser raskere enn lyset i tradisjonell forstand, men i stedet krummer rom-tid rundt seg. Selv om det er fiktivt, har denne ideen inspirert virkelige fysikere til å utforske mulighetene for å krumme rom-tid.
Quasicrystalrom eller Høyere Dimensjoner
I noen teorier, som strengteori, har universet flere dimensjoner enn vi kan oppfatte. Å reise gjennom høyere dimensjoner kan tillate "snarveier" i tredimensjonalt rom. Denne ideen er fortsatt svært spekulativ, men teoretisk fascinerende.
Selv om disse ideene er interessante, er de fleste av dem fortsatt innenfor teorienes og science fictionens rike. For øyeblikket har vi ikke teknologien eller materialene som trengs for å realisere reiser raskere enn lyset, men pågående forskning på eksotisk materie, rom-tid og kvantefysikk fortsetter å tilby nye muligheter for fremtiden.