Umiestnite človeka do vesmíru, ďaleko od gravitačných väzieb zemského povrchu, a bude sa cítiť beztiaže. Aj keď na neho budú všetky hmotnosti Vesmíru pôsobiť gravitačne, pritiahnu tiež akúkoľvek kozmickú loď, v ktorej je daná osoba, takže sa vznáša. A predsa sme v televízii ukázali, že posádka určitej kozmickej lode pomerne úspešne kráča po zemi s nohami za akýchkoľvek podmienok. Na tento účel sa používa umelá gravitácia vytvorená inštaláciami na palube fantastickej lode. Aká je to blízko k skutočnej vede?
Kapitán Gabriel Lorca na moste Discovery počas simulovanej bitky s Klingonmi. Celú posádku priťahuje umelá gravitácia a toto je, ako to bolo, kánon
Pokiaľ ide o gravitáciu, Einsteinovým veľkým objavom bol princíp ekvivalencie: s rovnomerným zrýchlením je referenčný rámec nerozoznateľný od gravitačného poľa. Keby ste boli na rakete a nemohli by ste vidieť vesmír cez okno, nemali by ste ani potuchy, čo sa deje: ste zatiahnutí gravitačnou silou, alebo je zrýchlenie rakety určitým smerom? To bola myšlienka, ktorá viedla k všeobecnej relativite. O 100 rokov neskôr je toto najpresnejší popis gravitácie a zrýchlenia, ktorý poznáme.
Rovnaké správanie lopty dopadajúcej na zem v rakete za letu (vľavo) a na Zemi (vpravo) ukazuje Einsteinov princíp ekvivalencie
Existuje ďalší trik, hovorí Ethan Siegel, ktorý môžeme použiť, ak chceme: dokážeme vesmírnu loď roztočiť. Namiesto lineárneho zrýchlenia (ako je raketa) je možné dosiahnuť centripetálne zrýchlenie tak, aby osoba na palube mohla cítiť, že vonkajší trup kozmickej lode ju tlačí smerom do stredu. Toto bol trik použitý v roku 2001 A Space Odyssey, a ak by vaša kozmická loď bola dosť veľká, umelá gravitácia by sa nerozoznávala od skutočnej gravitácie.
Iba jeden ale. Tieto tri typy zrýchlenia - gravitačné, lineárne a rotačné - sú jediné, ktoré môžeme použiť na simuláciu účinkov gravitácie. A to je obrovský problém pre kozmickú loď.
Koncept stanice z roku 1969, ktorý mal byť zostavený na obežnej dráhe z strávených fáz programu Apollo. Stanica sa musela otáčať na svojej stredovej osi, aby vytvorila umelú gravitáciu
Prečo? Pretože ak chcete cestovať do iného hviezdneho systému, budete musieť urýchliť svoju loď, aby ste sa tam dostali, a potom ju pri príchode spomalte. Ak sa nemôžete izolovať od týchto zrýchlení, na vás čaká katastrofa. Napríklad, aby sa zrýchlil na plný impulz v Star Trek, až na niekoľko percent rýchlosti svetla, bolo by potrebné zažiť zrýchlenie 4000 g. Toto je 100-násobné zrýchlenie, ktoré začína brániť toku krvi v tele.
Propagačné video:
Spustenie raketoplánu Columbia v roku 1992 ukázalo dlhodobé zrýchlenie. Zrýchlenie kozmickej lode bude mnohokrát vyššie a ľudské telo sa s ňou nebude vedieť vyrovnať.
Ak sa nechcete nechať beztiaže na dlhej ceste - aby ste sa nevystavili strašnému biologickému opotrebeniu, ako je strata svalovej hmoty a kostnej hmoty - musí byť telo neustále vystavené násiliu. Pre každú inú silu je to celkom ľahké. Napríklad v oblasti elektromagnetizmu by bolo možné umiestniť posádku do vodivého kokpitu a veľa vonkajších elektrických polí by jednoducho zmizlo. Bolo by možné usporiadať vo vnútri dve paralelné dosky a získať konštantné elektrické pole, ktoré náboje tlačí určitým smerom.
Ak gravitácia fungovala rovnako.
Takýto koncept gravitačného dirigenta jednoducho neexistuje, rovnako ako schopnosť chrániť sa pred gravitačnou silou. Nie je možné vytvoriť jednotné gravitačné pole v oblasti priestoru, napríklad medzi dvoma doskami. Prečo? Pretože na rozdiel od elektrickej sily generovanej kladnými a zápornými nábojmi existuje iba jeden druh gravitačného náboja, a to hmota-energia. Gravitačné sily vždy priťahujú, a nie je kam schovať sa pred ním. Môžete použiť iba tri typy zrýchlenia - gravitačné, lineárne a rotačné.
Prevažná väčšina kvarkov a leptónov vo vesmíre pozostáva z hmoty, ale každý z nich má aj antičastice z antihmoty, ktorých gravitačné masy nie sú určené.
Jediný spôsob, ako by sa mohla vytvoriť umelá gravitácia, ktorá by vás ochránila pred účinkami zrýchlenia vašej lode a poskytla by vám konštantný ťah nadol bez zrýchlenia, by bola k dispozícii, ak by ste objavili častice negatívnej gravitačnej hmoty. Všetky častice a antičastice, ktoré sme doteraz našli, majú pozitívnu hmotu, ale tieto hmoty sú inertné, to znamená, že sa dajú posúdiť iba vtedy, keď sa vytvorí alebo zrýchli. Inerciálna hmota a gravitačná hmotnosť sú rovnaké pre všetky častice, ktoré poznáme, ale nikdy sme netestovali náš nápad na antihmotu alebo antičastice.
V súčasnosti sa v tejto konkrétnej časti uskutočňujú experimenty. Experiment ALPHA v spoločnosti CERN vytvoril antihydrogén: stabilnú formu neutrálneho antihmoty a snaží sa ho izolovať od všetkých ostatných častíc. Ak je experiment dostatočne citlivý, môžeme zmerať, ako antičastica zasiahne gravitačné pole. Ak spadne, ako obyčajná hmota, má kladnú gravitačnú hmotnosť a môže sa použiť na vytvorenie gravitačného vodiča. Ak spadne do gravitačného poľa, zmení všetko. Jeden výsledok a umelá gravitácia sa môžu náhle stať možnými.
Možnosť získať umelú gravitáciu nás láka neuveriteľne, ale je založená na existencii negatívnej gravitačnej masy. Antihmota môže byť taká masívna, ale doteraz sme to nepreukázali
Ak má antihmota negatívnu gravitačnú hmotnosť, potom vytvorením poľa obyčajnej hmoty a stropu antihmoty by sme mohli vytvoriť umelé gravitačné pole, ktoré by vás vždy stiahlo. Vytvorením gravitačne vodivého plášťa vo forme trupu našej kozmickej lode by sme posádku chránili pred ultrarýchlymi zrýchľovacími silami, ktoré by sa inak stali smrteľnými. A najlepšie zo všetkého je, že ľudia vo vesmíre by už nezažili negatívne fyziologické účinky, ktoré dnes morom astronómov trápia. Ale kým nenájdeme časticu so zápornou gravitačnou hmotou, umelá gravitácia sa získa iba zrýchlením.
Ilja Khel