Reálný stav vývoje raketových pohonů, a zvlášť těch jako vystřižených z vědecko-fantastických románů, je na počátku. Jsou tedy cesty do vzdáleného kosmu zatím nereálné?
Historie chemického raketového motoru sahá hluboko před náš letopočet, první reaktivní (parní) motor byl pravděpodobně zkonstruován ve 4. století v Řecku. Ze 13. století našeho letopočtu máme důkazy o použití raket v boji Číňany. Je s podivem, že stovky let poté létáme do vesmíru vlastně na základě podobného principu.
Jako výstřel z pistole…
Chemický reaktivní motor je jednoduchý, funguje na základě zákona o zachování hybnosti. Vystřelíme-li kulku z pistole, je její hybnost rovna hmotností této kulky násobené rychlostí. Hybnost soustavy pistole-kulka musí být před výstřelem i po něm nulová, pistole se tedy bude pohybovat stejnou hybností jako kulka, ale v opačném směru. Ještě že ji střelec drží v pevně v ruce. Odvozeno od našeho příkladu: raketa je vlastně ona pistole a kulka zplodiny deroucí se z trysek.
Všechny známé chemické raketové motory jsou pro cestování ke hvězdám nepoužitelné. Vývoj pokročilých pohonných systémů, jako je štěpný nukleární pohon, fůzní nukleární pohon či anihilační fotonový pohon sice slibuje vylepšování výkonnosti raket, ale při současném stavu vývoje je však i jejich použití pro daleké cesty nemyslitelné.
Velmi velmi velmi velký…
Vesmír je tak velký, že slova selhávají i když je třikrát zopakujeme. Kdyby Slunce bylo kuličkou na cvrnkání o průměru 13 mm, měřila by astronomická jednotka (AU = 150 mil. km), odpovídající střední vzdálenosti země od Slunce, celých 122 centimetrů. V tu chvíli by ovšem naše nejbližší hvězda, Proxima Centauri, byla 337 kilometrů daleko – zkuste docvrnknout z Prahy do Bratislavy…
Světlo od nejbližší hvězdy letí 4,22 pozemského roku, náš vyslanec ve vesmíru – sonda Voyager – opustila hranice sluneční soustavy rychlostí asi 60 000 km/h, k Proximě by tedy letěla 80 tisíc let…. Při pohledu na taková čísla nezbývá než konstatovat, že musíme vymyslet úplně nový způsob cestování vesmírem.
Světlo je nepřekonatelné!
Mezihvězdný koráb poháněný ať chemickým nebo pokročilými pohonnými systémy by byl nepředstavitelně velký a především by letěl velmi dlouho. Let trvající stovky let je pro lidskou posádku neúnosný. Bohužel zvyšování rychlosti až za rychlost světla je nemožné – je experimenty ověřeno, že rychlosti světla nelze dosáhnout, natož ji překonat. Jedinou způsobem, jak se tedy ke hvězdám dostat, je oklamat samotný prostor. I když se mezi odborníky mluví o „nadsvětelných“ rychlostech, vztaženo k místu lodi s pohonem, který takto „klame“ prostor, se o pohyb vůbec nejedná.
Věda se inspirovala fílmem
„Warp“ znamená pokřivení nebo deformace a hrdinové sci-fi seriálu Star Trek cestovali pomocí pokřiveného prostoru (přesněji fiktivního subprostoru) asi tak často jako my vlakem. A právě tvůrci seriálu vlastně dali fyzikálnímu konceptu warpového pohonu jméno – na počest kultovní série jej v roce 1994 tak pojmenoval jeho autor, fyzik mexického původu Miguel Alcubierre.
Tento vědec se věnoval obecné teorii relativity a ze své práce tedy vyšel při teoretické koncepci pohonu, který by umožňoval prakticky okamžitě transportovat kosmickou loď do vzdálených oblastí vesmíru. Před ní by docházelo ke kompresi (stlačení) časoprostoru (podobně jako při „velkém křachu“, teoretické konstrukci zániku vesmíru) a za ní by byl rozpínán (jako při „velkém třesku“). V této warpové bublině nedochází ke změně plynutí času, loď necestuje rychlostí světla, jediný „pohyb“, neomezený žádnou rychlostní hranicí, vykonává čaoprostor sám.
Ani vakuum není prázdné
Proč už tedy dávno necestujeme ke hvězdám? Vytvoření deformace časoprostoru vyžaduje tzv. negativní energii. Je to v gravitačním smyslu pravý opak energie, jak ji známe ze své každodenní zkušenosti. Pokud by existovala „negativní hmota“, měla by zápornou hmotnost.
Taková hmota je teoretický pojem , který je nicméně potvrzen experimenty. Jedním z nich je tzv. Casimirův efekt. Pravé fyzikální vakuum není ve skutečnosti „prázdné“. Neustále v něm vznikají a zanikají páry „virtuálních“ částic a antičástic – projevují se tzv. vakuové fluktuace (pohyb, kolísání) . Vakuum má tedy určitou hustotu energie. Pokud těsně vedle sebe umístíme dva nenabité kovové pláty, vytvoří se mezi nimi prostor s negativní hustotou energie. Čím je prostor tenčí, tím více vakuových fluktuací je potlačeno, a tím víc klesá hustota vakua. Prostor mezi pláty má proto negativní hustotu energie, což se projeví tím, že tlak okolního vakua stlačí pláty k sobě.
Tolik energie…
Takovéto projevy malého množství negativní energie jsou pouze nepřímé, protože konstrukce warpového pohonu by vyžadovala obrovské množství energie. Podle propočtu by k vytvoření bubliny o průměru 200 metrů, pohybující se 10krát rychleji než světlo, bylo třeba energie v množství 10 miliardkrát větším, než je veškerá energie pozorovatelného vesmíru. Navíc by musela být koncentrovaná do velmi malého prostoru.
A jsou zde další otázky. Byla by loď schopna z vnitřku bubliny ovlivňovat její pohyb? Co se stane s vnější hmotou, do níž bublina narazí? Pravděpodobně ji ve formě vysokoenergetických částic vyvrhne do vnitřku bubliny přímo proti vesmírné lodi.
Enterprise ve Star Treku létá tisíc a víckrát rychleji než světlo. Její warpový pohon budeme ale asi muset ještě na dlouhou dobu nechat jen ve fantazii tvůrců filmů. Teoreticky však již dnes víme jak na to.
Více se dozvíte:
http://mikos.flexible.cz/
Červí díry
Cestování černými děrami tentokrát převzali spisovatelé sci-fi od vědců, nikoliv naopak. Červí díra vzniká tak, že se černá díra (místo vzniklé po zhroucení hvězdy) „propojí“ s bílou dírou do jakéhosi „mostu“ mezi různými oblastmi vesmíru. Bílá díra je opakem černé. Černá díra spočívá na zhroucení hmoty (implozi) a bílá díra na prudkém nárůstu hmoty (explozi). Astrofyzkové J. V. Narlikar a jeho kolega K. M. V. Apparao vyslovili domněnku, že velmi prudce explodující galaxie by mohly být obrovskými bílými děrami s milionkrát vyšší hmotností, než má Slunce. Z nich proudí zpět do vesmíru hmota, kterou předtím pohltily černé díry. Abychom mohli cestovat pomocí „můstků“, červích děr, musely bychom vytvořit dva paralelní mosty, každý s jednou černou a jednou bílou dírou na koncích. Z pohledu současného stavu technologií je to však zcela nemožné.
Koncepty tvorby černých děr existují. Stejně tak jako ve vakuu neustále vznikají a zanikají virtuální částice a antičástice, ve velmi malých měřítcích ve vakuu stejným způsobem neustále vznikají a zanikají i miniaturní červí díry. Pro roztažení a stabilizaci takové červí díry s poloměrem ústí 1m by podle výpočtů bylo třeba negativní energie v množství, které vyzáří 10 miliard hvězd za jeden rok. Červím tunelem tedy cesta asi také povede.
