Udhëtimi në Hapësirë - Vlerësimi i Kohëve të Udhëtimit përmes Universit

Njerëzit gjithmonë kanë ëndërruar të udhëtojnë përmes hapësirës, të fascinuar nga botët e panjohura dhe dëshira për të eksploruar galaktikat e largëta. Pengesa më e madhe për udhëtimin në hapësirë janë distancat e mëdha. Në këtë artikull, ne trajtojmë distancat e mëdha në hapësirë dhe kohën e nevojshme për të arritur yje dhe objekte të largëta duke përdorur anije kozmike me shpejtësi të ndryshme. Për të ilustruar se sa e gjerë është hapësira, ne llogaritëm se sa kohë do të duheshin për të arritur disa objekte qiellore duke përdorur një makinë dhe anijen kozmike më të shpejtë që njeriu ka ndërtuar. Ne gjithashtu llogaritëm se sa larg mund të udhëtojmë me shpejtësinë e dritës. Edhe pse shpejtësia e dritës nuk është e mjaftueshme për të udhëtuar shumë larg në hapësirë, ne iu drejtua serisë së shkencës fiktive Star Trek, ku anijet kozmike arrijnë shpejtësi shumë më të shpejta se drita duke përdorur motorin imagjinar Warp.

Një Makinë që Udhëton vazhdimisht me 130 km/h (80 mph)

Le të imagjinojmë se mund të udhëtonim përmes hapësirës me një makinë. Në shumë vende të botës, shpejtësia maksimale e lejuar në autostrada është 130 km/h ose 80 mph, kështu që ne përdorëm këtë shpejtësi për llogaritjet tona. Një makinë mund të arrijë përfundimisht në Hënë, duke marrë rreth 123 ditë për të arritur atje. Për në Mars, udhëtimi do të zgjaste një kohë të gjatë 48 vjet kur ai është më afër Tokës dhe deri në 352 vjet kur është në distancën e tij më të largët. Sonda kozmike New Horizons mori 9.5 vjet për të arritur në Pluton, një planet të vogël në skajin e sistemit diellor. Me një makinë, ky udhëtim do të zgjaste të paktën 3,750 vjet. Proxima Centauri është ylli më i afërt me Tokën, i cili është 4.24 vite dritë larg. Do të duhej 35 milion vjet për të arritur këtë yll me një makinë.

Voyager 1 – Anija kozmike më e shpejtë e ndërtuar nga njeriu që udhëton përmes hapësirës

Voyager 1, e lëshuar shumë prapa në vitin 1977, është anija kozmike më e shpejtë ndonjëherë e krijuar nga njeriu, duke udhëtuar përmes hapësirës me një shpejtësi prej rreth 61,000 km/h (rreth 38,000 milje në orë). Megjithatë, Voyager 1 nuk është anija kozmike më e shpejtë ndonjëherë e ndërtuar. Parker Solar Probe arrin shpejtësi prej 700,000 km/h (përkatësisht 430,000 milje në orë), por ajo shpejtësi arrihet vetëm kur kalon më afër Diellit, duke përdorur gravitetin e Diellit për të akceleruar. Nga ana tjetër, Voyager 1 udhëton përmes hapësirës dhe aktualisht është objekti më i largët i ndërtuar nga njeriu.

Pra, sa si shpejtë Voyager 1, dhe sa kohë do të duhej për të mbuluar distanca të mëdha kozmike? Voyager 1 mund të arrijë në Hënë për rreth 6 orë me shpejtësinë e tij aktuale. Nga Toka në Mars do të duhej një kohë e pranueshme prej 37 ditësh kur Marsi është më afër Tokës, dhe udhëtimi në Plutonin e largët do të zgjaste tetë vjet. Për të arritur në Proxima Centauri, ylli më i afërt me Tokën, do të duhej një kohë e frikshme prej 75,000 vjetësh. Nga këto llogaritje, kapacitetet tona teknologjike aktuale janë thjesht të mjaftueshme për të eksploruar sistemin diellor dhe vetëm pa një ekuipazh njerëzor. Ndoshta në të ardhmen e afërt, mund të dërgojmë një ekuipazh në Mars, planetin më të afërt me Tokën. Për tani, teknologjia jonë nuk është e avancuar mjaftueshëm për të dërguar sonda në yjet më të afërt.

Udhëtimi me Shpejtësinë e Dritës

Shpejtësia e dritës në një vakuum është përafërsisht 299,792 km/s (rreth 186,282 milje/s), ekuivalente me rreth 1.08 miliard km/h (rreth 671 milion milje në orë). Sipas ligjeve të fizikës, siç përshkruhet nga teoria e relativitetit të Einstein-it, kjo është shpejtësia më e lartë e mundshme.

Sipas relativitetit, është teorikisht e pamundur që objektet me masë, si anijet kozmike ose njerëzit, të udhëtojnë me shpejtësinë e dritës. Ndërsa shpejtësia e një objekti rritet, masa e tij efektivisht rritet, duke kërkuar gjithnjë e më shumë energji për të akceleruar më tej. Për të akceleruar një objekt masiv në shpejtësinë e dritës do të kërkonte energji të pafund, duke e bërë një udhëtim të tillë të pamundur sipas kuptimit aktual shkencor.

Le të injorojmë për një moment ligjet e fizikës dhe të supozojmë se udhëtimi me shpejtësinë e dritës është i mundur. Nëse njerëzimi do të kishte një anije kozmike të aftë për të udhëtuar me shpejtësinë e dritës, sa larg do të mund të shkonim në hapësirë? A do të ishte e gjithë universi brenda arritjes sonë? Ja çfarë kemi llogaritur.

Me shpejtësinë e dritës, do të duhej vetëm 1.28 sekonda për të arritur në Hënë, 3 minuta për të arritur në Mars, dhe 4 orë për të arritur në Pluton. Shpejtësia e dritës do të ishte ideale për udhëtime të shpejta brenda sistemit diellor. Por a është shpejtësia e dritës e mjaftueshme për udhëtime ndërstelare? Proxima Centauri, ylli më i afërt me ne, është 4.24 vite dritë larg. Kjo do të thotë se drita merr 4.24 vjet për të arritur në Proxima Centauri, dhe udhëtimi i kthimit do të marrë të njëjtën kohë. Udhëtime të tilla mund të jenë të mundshme me ekuipazhe njerëzore, por pasagjerët në një anije kozmike të tillë do të duhej të kalonin një pjesë të konsiderueshme të jetës së tyre në hapësirë.

Ka rreth 50 yje brenda një rreze prej rreth 15 vite dritë nga Toka. Një anije kozmike e aftë për të udhëtuar me shpejtësinë e dritës do të lejonte eksplorimin e kësaj pjese të hapësirës, më së shumti me sonda pa njerëz. Mund të përfundojmë se shpejtësia e dritës është e mjaftueshme për të udhëtuar në yjet më të afërt, por udhëtimi në skajet e largëta të Galaktikës sonë ose të galaksive të tjera do të ishte i pamundur për shkak të kohës që do të merrte një udhëtim i tillë.

Për shembull, vrima më e afërt e zezë, V616 Monocerotis, ndodhet 3,300 vite dritë larg nga Toka, kështu që do të na duhej po aq vite për ta arritur atë me shpejtësinë e dritës. Qartë, një udhëtim i tillë nuk është i realizueshëm ose i arsyeshëm.

Për të arritur në qendrën e galaksisë tonë, do të na duhej 26,000 vite, dhe një udhëtim në Andromedë, galaksia më e afërt spiral, do të kërkonte një kohë të mahnitshme prej 2.537 milion viteve.

Udhëtimi Më Shpejt Se Drita

Në franqizën e njohur globalisht të shkencës fantastike Star Trek, anijet kozmike udhëtojnë me shpejtësi shumë më të shpejtë se shpejtësia e dritës. Kjo bëhet e mundur nga motori imagjinar warp. Motori warp në Star Trek lejon anijet kozmike të udhëtojnë më shpejt se drita duke krijuar një "burbull" që deformon hapësirën-koha rreth anijes. Në këtë mënyrë, anija nuk shkel ligjin e udhëtimit më shpejt se drita brenda hapësirës, por lëviz hapësirën-koha rreth saj. Megjithëse ky motor është imagjinar, shkencëtarët kanë zhvilluar një model teorik të një motori të bazuar në një ide të ngjashme.

Motori Alcubierre është një koncept teorik që propozon një metodë për udhëtim më shpejt se drita duke deformuar hapësirën-koha. Sipas kësaj ideje, një anije kozmike nuk do të udhëtonte në të vërtetë më shpejt se drita, por do të krijonte një "burbull" rreth vetes që kontrakton hapësirën-koha përpara anijes dhe e zgjeron atë pas. Në këtë mënyrë, anija do të lëvizte efektivisht përmes hapësirës-koha ndërsa mbetet e palëvizshme në raport me hapësirën brenda burbullës. Për që kjo të funksionojë, teoria sugjeron nevojën për materie ekzotike me energji negative, të cilën shkencëtarët ende nuk e kanë gjetur ose krijuar. Mund të lexoni më shumë rreth Motori Alcubierre këtu.

Star Trek dhe Motori Warp

Ndërsa shkencëtarët nuk e kanë zgjidhur ende të gjitha pengesat për ndërtimin e një Motori Alcubierre, le të kthehemi te Star Trek dhe udhëtimi me shpejtësi warp. Në Star Trek, anijet kozmike udhëtonin duke përdorur motorë warp. Ndërsa teknologjia përparonte, shpejtësitë warp bëheshin më të shpejta. Warp 1 është e barabartë me shpejtësinë e dritës, Warp 2 është dhjetë herë më e shpejtë se shpejtësia e dritës, Warp 3 është 39 herë më e shpejtë, e kështu me radhë. Ne zgjodhëm tre anije të famshme nga Star Trek për të cilat janë të disponueshme të dhëna mbi shpejtësinë e tyre maksimale. Megjithëse anijet kozmike në seritë nuk mund të udhëtonin vazhdimisht me shpejtësi maksimale, për qëllimin e llogaritjeve tona, do të përdorim shpejtësitë maksimale që ato janë të afta të arrijnë.

Anija e Kapitenit Jonathan Archer nga Star Trek: Enterprise

Kjo anije ka emrin NX-01. Ajo është anija e parë në serinë Enterprise, e rëndësishme në eksplorimin e hapësirës dhe në vendosjen e themeleve për Federatën e ardhshme. Shpejtësia maksimale është Warp 5, që është 214 herë më e shpejtë se shpejtësia e dritës. Me këtë Enterprise, arritja në Pluto nga Toka do të merrte vetëm një minutë e gjysmë. Do të duhej shtatë ditë për të arritur yllin më të afërt, Proxima Centauri, dhe 15 vjet për të arritur vrimën e zezë më të afërt, V616. Arritja në qendër të galaksisë sonë do të merrte një kohë të jashtëzakonshme prej 121 vjetësh, dhe do të duhej një kohë e pabesueshme prej 11,853,271 vjetësh për të udhëtuar në Andromeda.

Kjo anije do të mbulonte rreth 17 vite dritë me shpejtësinë maksimale në 30 ditë. Brenda 17 viteve dritë nga Toka, ka rreth 50–60 sisteme yjore me rreth 100 yje.

Anija e Kapitenit Jean-Luc Picard nga Star Trek: The Next Generation

Anija e kapitenit Jean-Luc Picard nga Star Trek: The Next Generation quhej USS Enterprise (NCC-1701-D). Ajo ishte anija e pestë në linjën që kishte emrin Enterprise dhe është një nga anijet më të famshme në franqizën Star Trek. Shpejtësia maksimale është Warp 9.6, që është 1,909 herë më e shpejtë se shpejtësia e dritës.

Enterprise e Picard do të arrinte në Proxima Centauri në vetëm 19 orë e 28 minuta, dhe do të duhej rreth një vit e nëntë muaj për të arritur vrimën e zezë V616 Monocerotis. Arritja në qendër të galaksisë sonë do të merrte 13 vjet e shtatë muaj, dhe udhëtimi në Andromeda do të merrte 1,328 vjet.

Në 30 ditë, kjo anije mund të mbulonte 156 vite dritë. Brenda një rrethi prej 156 viteve dritë nga Toka, ka rreth 40,000 deri në 60,000 yje.

Anija e Kapitenit Kathryn Janeway nga Star Trek: Voyager

Anija e kapitenit Kathryn Janeway nga Star Trek: Voyager quhet USS Voyager (NCC-74656). Ajo është një anije e klasës Intrepid e njohur për misionin e saj në Kuadrantin Delta. Shpejtësia maksimale është Warp 9.975, që është 5,126 herë më e shpejtë se shpejtësia e dritës. Voyager do të arrinte në Proxima Centauri në vetëm 7 orë. Do të duhej shtatë muaj për të arritur vrimën e zezë V616 dhe pesë vjet për të arritur qendrën e galaksisë sonë. Andromeda është ende jashtë arritjes, dhe do t'i duhej kësaj anije 495 vjet për të arritur atje.

Me shpejtësinë maksimale, në 30 ditë, kjo anije mund të mbulonte 421 vite dritë. Brenda një rrethi prej 421 viteve dritë nga Toka, ka rreth 1.25 milion yje.

Të Ardhmen e Udhëtimit në Hapësirë

Shtrirja e madhe e hapësirës është një faktor kufizues për udhëtimin në hapësirë. Anijet kozmike që ndërtuojmë aktualisht mund të arrijnë pjesë të largëta të sistemit diellor dhe objekte si Plutoni pas 10 ose më shumë vjetësh. Udhëtimi ndërstelar aktualisht nuk është i realizueshëm, pasi do të duhej që anija jonë më e shpejtë të merrte 150,000 vjet për të arritur yllin më të afërt dhe për t'u kthyer. Për tani, ne jemi të kufizuar në udhëtimin brenda sistemit tonë diellor. Për udhëtimin ndërstelar, teknologjia jonë do të duhej të arrinte të paktën 20% të shpejtësisë së dritës në mënyrë që një sondë të arrinte yllin më të afërt për rreth 20 vjet. Ekzistojnë plane për ndërtimin e një anije kozmike të tillë që do të akceleronte duke përdorur lazer të fuqishëm nga Toka, por do të duhet të presim edhe katër vjet të tjera për të dhënat që një sondë e tillë do të mbledhë.

Për të eksploruar me sukses yjet më të afërt, do të na nevojitej një shpejtësi e afërt me shpejtësinë e dritës. Kjo do ta bënte rreth 50 yje brenda 15 viteve dritë të aksesueshëm për kërkimin shkencor, megjithatë udhëtimet e tilla do të ishin shumë të gjata, dhe do të duhej disa dekada për të marrë të dhënat nga sondat. Hapësira është kaq e madhe sa që edhe anijet kozmike që janë të afta për të udhëtuar me shpejtësinë e dritës do të na lejonin vetëm të eksploronim yjet më të afërt.

Nëse shpejtësia e dritës është e pamundur të arrihet dhe udhëtimi më shpejt se drita nuk është i realizueshëm, probabiliteti i takimit ndonjëherë me një civilizim të avancuar jashtëtokësor është jashtëzakonisht i ulët. Universi mund të jetë një e tërë e jetës, por distancat e mëdha në hapësirë e bëjnë kontaktin mes civilizimeve pothuajse të pamundur, të paktën në pjesën tonë të universit. Përjashtimi mund të jenë yjet brenda grupeve të yjeve, si grupet globulare, ku yjet mund të jenë aq afër sa 0.1 vite dritë larg. Megjithatë, edhe një distancë kaq e vogël është jashtëzakonisht e madhe për një civilizim si i yni. Voyager 1 do të duhej rreth 1,769 vjet për të arritur një yll që është 0.1 vite dritë larg.

A janë të Mundshme Udhëtimet Më Shpejt Se Drita?

Teorikisht, udhëtimi më shpejt se drita është fascinues, por sipas ligjeve aktuale shkencore, veçanërisht teorisë së relativitetit të Einstein-it, është e pamundur për objektet me masë të lëvizin më shpejt se drita. Megjithatë, disa ide teorike sugjerojnë mundësinë e "anashkalimit" të këtij kufizimi:

Motor Alcubierre

Kjo koncept, i propozuar nga fizikanti Miguel Alcubierre në vitin 1994, bazohet në krijimin e një "bubulle" rreth një anije kozmike, brenda së cilës hapësira-koha mbetet e paprekur. Bubbles do të kontraktonte hapësirën para anijes dhe do ta zgjeronte atë pas, duke lejuar efektivisht udhëtimin më shpejt se drita. Anija kozmike nuk do të lëvizte në të vërtetë përmes hapësirës më shpejt se drita, por hapësira rreth saj do të ishte e deformuar. Problemi është se kjo do të kërkonte përdorimin e materies ekzotike me energji negative, e cila ende nuk është provuar ose zbuluar.

Vrima

Vrimat janë tunelë hipotezike përmes hapësirës-kohe që mund të lidhin pika të largëta në univers. Të udhëtosh përmes një vrime mund të lejojë një "shkurtore" efektive përmes hapësirës, duke nënkuptuar se një udhëtar nuk do të nevojitet të kalojë përmes gjithë distancës midis dy pikave.

Megjithëse vrimat janë matematikisht të mundshme brenda relativitetit të përgjithshëm, nuk ka asnjë provë që ato ekzistojnë ose do të mbeten të qëndrueshme mjaftueshëm gjatë për përdorim praktik. Për më tepër, mirëmbajtja e tyre mund të kërkojë materie ekzotike.

Takionet

Sipas teorisë, takionet janë pjesëza hipotezike që gjithmonë lëvizin më shpejt se drita. Megjithatë, ekzistenca e tyre nuk është provuar. Nëse takionet do të ekzistonin, ato do të shkelin disa ligje themelore të fizikës, siç është kauzaliteti, që mund të çonin në paradokse, siç është udhëtimi mbrapa në kohë.

Motorri i Luftës

Në Star Trek, motori i luftës përdor një koncept të ngjashëm me Motorin Alcubierre, ku anija kozmike nuk udhëton më shpejt se drita në kuptimin tradicional, por në vend të kësaj deformon hapësirën-kohe përreth saj. Megjithëse fiktiv, kjo ide ka frymëzuar fizikantët e botës reale për të eksploruar mundësitë e deformimit të hapësirës-kohe.

Hapësirat Quasicrystal ose Dimensionet më të Larta

Në disa teori, si teoria e telave, universi ka më shumë dimensione sesa mund të perceptojmë ne. Udhëtimi përmes dimensioneve më të larta mund të lejojë "shkurtore" në hapësirën tridimensionale. Kjo ide është ende shumë spekulative, por teorikisht intrigante.

Megjithëse këto ide janë interesante, shumica e tyre janë ende në fushën e teorisë dhe shkencës fiktive. Aktualisht, ne nuk kemi teknologjinë ose materialet e nevojshme për të realizuar udhëtimin më shpejt se drita, por kërkimi në vazhdim mbi materien ekzotike, hapësirën-kohe dhe fizikën kuantike vazhdon të ofrojë mundësi të reja për të ardhmen.