Putovanje kroz svemir - Procena vremena putovanja kroz univerzum

Ljudi su oduvek sanjali o putovanju kroz svemir, fascinirani nepoznatim svetovima i željom da istražuju udaljene galaksije. Najveća prepreka za putovanje kroz svemir su ogromne razdaljine. U ovom članku se bavimo ogromnim razdaljinama u svemiru i vremenom potrebnim da se dostignu udaljene zvezde i objekti koristeći svemirske brodove različitih brzina. Da bismo ilustrovali koliko je svemir ogroman, izračunali smo koliko bi vremena bilo potrebno da se dođe do nekih nebeskih objekata koristeći automobil i najbrži svemirski brod koji je čovečanstvo ikada izgradilo. Takođe smo izračunali koliko daleko bismo mogli da putujemo brzinom svetlosti. Iako brzina svetlosti nije dovoljna za daleka putovanja kroz svemir, okrenuli smo se naučno-fantastičnoj seriji Star Trek, gde svemirski brodovi postižu brzine mnogo brže od svetlosti koristeći izmišljeni Warp pogon.

Automobil koji neprekidno putuje brzinom od 130 km/h (80 mph)

Zamislimo da možemo putovati kroz svemir u automobilu. U mnogim zemljama širom sveta, maksimalna dozvoljena brzina na autoputevima je 130 km/h ili 80 mph, pa smo ovu brzinu koristili za naše proračune. Automobil bi na kraju mogao da stigne do Meseca, što bi trajalo oko 123 dana. Do Marsa, putovanje bi trajalo dugih 48 godina kada je najbliži Zemlji i do 352 godine kada je na najvećoj udaljenosti. Svemirska sonda New Horizons je stigla do Plutona, patuljaste planete na ivici Sunčevog sistema, za 9,5 godina. U automobilu, ovo putovanje bi trajalo najmanje 3,750 godina. Proksima Kentauri je najbliža zvezda Zemlji, koja se nalazi na 4,24 svetlosne godine udaljenosti. Potrebno bi bilo 35 miliona godina da se dođe do ove zvezde u automobilu.

Voyager 1 – Najbrži ljudski svemirski brod koji putuje kroz svemir

Voyager 1, lansiran davne 1977. godine, je najbrži svemirski brod koji je ikada stvoren od strane čovečanstva, putujući kroz svemir brzinom od približno 61,000 km/h (oko 38,000 milja na sat). Međutim, Voyager 1 nije najbrži svemirski brod ikada izgrađen. Parker Solar Probe dostiže brzine od 700,000 km/h (približno 430,000 milja na sat), ali ta brzina se postiže samo kada prođe najbliže Suncu, koristeći Sunčevu gravitaciju za ubrzanje. S druge strane, Voyager 1 putuje kroz svemir i trenutno je najdalji ljudski objekat.

Па, колико брзо иде Војадер 1, и колико би времена требало да пређе огромне космичке дистанце? Војадер 1 би могао да достигне Месец за око 6 сати на својој тренутној брзини. Од Земље до Марса било би потребно прихватљивих 37 дана када је Марс најближи Земљи, а пут до далеког Плутона трајао би осам година. Да би се стигло до Проксима Кентаури, најближе звезде Земљи, требало би невероватних 75.000 година. Из ових прелиминарних рачуна, наши тренутни технолошки капацитети су једва довољни за истраживање соларног система и то само без људске посаде. Можда у предвидивој будућности можемо послати посаду на Марс, планету најближу Земљи. За сада, наша технологија није довољно напредна да пошаље сонде до најближих звезда.

Путовање брзином светлости

Брзина светлости у вакууму је приближно 299.792 км/с (око 186.282 миља/с), што је еквивалентно отприлике 1.08 милијарди км/ч (око 671 милион миља на сат). Према законима физике, како је описано у Ајнштајновој теорији релативности, ово је највиша могућа брзина.

Према релативности, теоретски је немогуће да објекти са масом, као што су свемирски бродови или људи, путују брзином светлости. Како се брзина објекта повећава, његова маса ефективно расте, што захтева све више енергије за даље убрзавање. Да би се масиван објекат убрзао до брзине светлости, била би потребна бескрајна енергија, што такво путовање чини немогућим према тренутном научном разумевању.

Хајде да на тренутак занемаримо законе физике и претпоставимо да је путовање брзином светлости могуће. Ако би човечанство имало свемирски брод способан да путује брзином светлости, колико далеко бисмо могли да идемо у свемиру? Да ли би онда цео универзум био у нашем домету? Ево шта смо израчунали.

При брзини светлости, требало би само 1.28 секунди да достигнемо Месец, 3 минута да стигнемо до Марса и 4 сата да достигнемо Плутон. Брзина светлости би била идеална за брзо путовање унутар соларног система. Али да ли је брзина светлости довољна за интерстеларно путовање? Проксима Кентаури, најближа звезда нама, удаљена је 4.24 светлосне године. То значи да светлост путује 4.24 године да стигне до Проксима Кентаури, а повратак би трајао исто толико времена. Таква путовања могу бити могућа са људским посадама, али путници на таквом свемирском броду морали би да проведу значајан део свог живота у свемиру.

Постоји приближно 50 звезда у радијусу од око 15 светлосних година од Земље. Свемирски брод способан да путује брзином светлости омогућио би истраживање овог дела свемира, вероватно са беспилотним сондама. Можемо закључити да је брзина светлости довољна за путовање до најближих звезда, али путовање до далеких делова наше Млечне путање или других галаксија било би немогуће због времена које би таква путовања захтевала.

На пример, најближа црна рупа, V616 Monocerotis, удаљена је 3.300 светлосних година од Земље, тако да би нам требало исто толико година да је достигнемо брзином светлости. Јасно је да такво путовање није изводљиво или разумно.

Да бисмо дошли до центра наше галаксије, требало би нам 26.000 година, а путовање до Андромеде, најближе спиралне галаксије, трајало би невероватних 2.537.000 година.

Путовање брже од светлости

У глобално познатом научнофантастичном франшизу Star Trek, свемирски бродови путују брзинама много већим од брзине светлости. То је могуће захваљујући фиктивном варп погону. Варп погон у Star Trek омогућава свемирским бродовима да путују брже од светлости стварајући "балон" који изобличава простор-време око брода. На тај начин, брод не крши закон о путовању брже од светлости унутар простора, већ помера простор-време око себе. Иако је овај погон фиктиван, научници су развили теоретски модел погонског система заснованог на сличној идеји.

Алкубијереов погон је теоретски концепт који предлаже метод за путовање брже од светлости изобличавањем простор-времена. Према овој идеји, свемирски брод не би заправо путовао брже од светлости, већ би створио "балон" око себе који смањује простор-време испред брода и проширује га иза. На тај начин, брод би ефективно путовао кроз простор-време док би остао стационарно у односу на простор унутар балона. Да би ово функционисало, теорија предлаже потребу за егзотичном материјом са негативном енергијом, коју научници још нису нашли или створили. Можете прочитати више о Алкубијереовом погону овде.

Star Trek и варп погон

Док научници још нису решили све препреке за изградњу Алкубијереовог погона, вратимо се на Star Trek и путовање брзином варпа. У Star Trek, свемирски бродови су путовали користећи варп погоне. Како је технологија напредовала, варп брзине су постајале брже. Варп 1 је једнак брзини светлости, Варп 2 је десет пута бржи од брзине светлости, Варп 3 је 39 пута бржи, и тако даље. Изабрали смо три позната свемирска брода из Star Trek за које су доступни подаци о њиховој максималној брзини. Иако свемирски бродови у серији нису могли непрекидно путовати на максималном варпу, ради наших израчунавања, користићемо максималне брзине које су способни да постигну.

Звездани брод капетана Џонатана Арчера из Стар Трека: Ентерпрајз

Овај брод има ознаку NX-01. То је први брод у серији Ентерпрајз, кључан за истраживање свемира и постављање основа за будућу Федерацију. Његова максимална брзина је Варп 5, што је 214 пута брже од брзине светлости. С овим Ентерпрајзом, путовање до Плутона са Земље трајало би само минут и по. Потребно би било седам дана да се достигне најближа звезда, Проксима Кентаури, и 15 година да се стигне до најближег црне рупе, V616. Достизање центра наше галаксије трајало би невероватних 121 година, а путовање до Андромеде трајало би невероватних 11,853,271 година.

Овај брод би покрио око 17 светлосних година максималном брзином за 30 дана. У радијусу од 17 светлосних година од Земље, налази се приближно 50–60 звезданих система са око 100 звезда.

Звездани брод капетана Жан-Лука Пикара из Стар Трека: Следећа генерација

Звездани брод капетана Жан-Лука Пикара из Стар Трека: Следећа генерација звао се USS Enterprise (NCC-1701-D). То је био пети брод у низу који носи име Ентерпрајз и један је од најпознатијих бродова у Стар Трека франшизи. Његова максимална брзина је Варп 9.6, што је 1,909 пута брже од брзине светлости.

Пикаров Ентерпрајз би достигао Проксима Кентаури за само 19 сати и 28 минута, а потребно би било око једне године и девет месеци да се достигне црна рупа V616 Монокеротис. Достизање центра наше галаксије трајало би 13 година и седам месеци, а путовање до Андромеде трајало би 1,328 година.

У 30 дана, овај брод могао би да покрије 156 светлосних година. У радијусу од 156 светлосних година од Земље, налази се приближно 40,000 до 60,000 звезда.

Звездани брод капетана Кетрин Џејнвеј из Стар Трека: Војажер

Звездани брод капетана Кетрин Џејнвеј из Стар Трека: Војажер зове се USS Voyager (NCC-74656). То је брод класе Интрепид познат по својој мисији у Делта Квадранту. Његова максимална брзина је Варп 9.975, што је 5,126 пута брже од брзине светлости. Војажер би достигао Проксима Кентаури за само 7 сати. Потребно би било седам месеци да се достигне црна рупа V616 и пет година да се стигне до центра наше галаксије. Андромеда је и даље ван домета, а овом звезданом броду би требало 495 година да се тамо стигне.

При максималној брзини, у 30 дана, овај звездани брод могао би да покрије 421 светлосну годину. У радијусу од 421 светлосне године од Земље, налази се приближно 1.25 милиона звезда.

Будућност свемирских путовања

Обимност свемира је ограничавајући фактор за свемирска путовања. Свемирске летелице које тренутно градимо могу да достигну удаљене делове соларног система и објекте попут Плутона за 10 или више година. Интерстеларна путовања тренутно нису могућа, јер би нашој најбржој свемирској летелици било потребно 150.000 година да достигне најближу звезду и врати се. За сада смо ограничени на путовања унутар нашег соларног система. За интерстеларна путовања, наша технологија би требало да достигне најмање 20% брзине светлости како би сонда могла да достигне најближу звезду за око 20 година. Постоје планови за изградњу такве свемирске летелице која би се убрзавала користећи моћне ласере са Земље, али ћемо морати да сачекамо још четири године за податке које би таква сонда сакупила.

Да бисмо успешно истражили најближе звезде, потребна нам је брзина блиска брзини светлости. То би учинило око 50 звезда у радијусу од 15 светлосних година од Земље доступним за научна истраживања, иако би таква путовања била веома дуга, а требало би неколико деценија да примимо податке са сонди. Свемир је толико обиман да би чак и свемирске летелице способне да путују брзином светлости дозволиле само истраживање најближих звезда.

Ако је постизање брзине светлости немогуће и ако путовање брже од светлости није изводљиво, вероватноћа да ћемо икада наићи на напредну ванземаљску цивилизацију је изузетно мала. Универзум може бити пуно живота, али огромне дистанце у свемиру чине контакт између цивилизација готово немогућим, барем у нашем делу универзума. Изузетак би могли бити звезде у звезданим кластерима, као што су глобуларни кластер, где звезде могу бити удаљене само 0.1 светлосну годину. Међутим, чак и таква мала удаљеност је невероватно велика за цивилизацију попут наше. Војажер 1 би требало да путује око 1.769 година да достигне звезду која је удаљена 0.1 светлосну годину.

Да ли су путовања бржа од светлости могућа?

Теоретски, путовања бржа од светлости су фасцинантна, али према тренутним научним законима, посебно Ајнштајновој теорији релативности, немогуће је да објекти са масом путују брже од светлости. Међутим, неколико теоретских идеја сугерише могућност "обилажења" ове ограничења:

Алкубијеров погон

Овај концепт, који је предложио физичар Мигел Алкубијере 1994. године, заснован је на стварању "балона" око свемирске летелице, унутар којег време и простор остају нетакнути. Балон би смањивао простор испред летелице и проширивао га иза, ефективно омогућавајући путовање брже од светлости. Свемирска летелица не би заправо путовала кроз простор брже од светлости, али би простор око ње био искривљен. Проблем је што би то захтевало коришћење егзотичне материје са негативном енергијом, која још није доказана или откривена.

Crvotočine

Crvotočine su hipotetički tuneli kroz prostor-vreme koji bi mogli povezati udaljene tačke u svemiru. Putovanje kroz crvotočinu moglo bi omogućiti efikasan "prečac" kroz prostor, što znači da putnik ne bi morao da prolazi kroz celu udaljenost između dve tačke.

Iako su crvotočine matematički moguće unutar opšte relativnosti, ne postoje dokazi da one postoje ili da bi ostale stabilne dovoljno dugo za praktičnu upotrebu. Pored toga, njihovo održavanje moglo bi zahtevati egzotičnu materiju.

Tahioni

Prema teoriji, tahioni su hipotetičke čestice koje uvek putuju brže od svetlosti. Međutim, njihovo postojanje nije dokazano. Ako bi tahioni postojali, kršili bi neka osnovna pravila fizike, kao što je kauzalnost, što bi moglo dovesti do paradoksa, kao što je putovanje unazad kroz vreme.

Warp pogon

U Star Trek, warp pogon koristi koncept sličan Alcubierre pogonu, gde svemirski bro ne putuje brže od svetlosti u tradicionalnom smislu, već umesto toga uvija prostor-vreme oko sebe. Iako je fiktivan, ovaj koncept inspirisao je fizičare u stvarnom svetu da istražuju mogućnosti uvijanja prostor-vremena.

Kvazikristalne prostore ili više dimenzije

U nekim teorijama, poput teorije struna, svemir ima više dimenzija nego što možemo da percipiramo. Putovanje kroz više dimenzije moglo bi omogućiti "prečace" u trodimenzionalnom prostoru. Ova ideja je još uvek veoma spekulativna, ali teoretski intrigantna.

Iako su ove ideje zanimljive, većina njih je još uvek u domenu teorije i naučne fantastike. Trenutno nemamo tehnologiju ili materijale potrebne za ostvarivanje putovanja bržeg od svetlosti, ali istraživanja u vezi egzotične materije, prostor-vremena i kvantne fizike i dalje nude nove mogućnosti za budućnost.