Interstellare. La scienza dietro le quinte "- un libro per chi non è soddisfatto del film

2024 Autore: Malcolm Clapton | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 04:01

Lifehacker pubblica un estratto da un libro di Kip Thorne, fisico teorico americano, autore dell'idea per il film Interstellar. Molte teorie e idee fisiche moderne sono intrecciate nella trama dell'immagine, la cui spiegazione si è rivelata per la maggior parte dietro le quinte. Pertanto, siamo sicuri che il libro piacerà sia agli appassionati di cinema che a coloro che sono interessati alla fisica.

Volo interstellare

Al primo incontro, il professor Brand racconta a Cooper delle spedizioni di Lazarus per trovare una nuova casa per l'umanità. Cooper risponde: “Non ci sono pianeti abitabili nel sistema solare e la stella più vicina è lontana mille anni. Questo è, per usare un eufemismo, inutile. Allora dove li hai mandati, professore? Perché questo è inutile (se non c'è un wormhole a portata di mano), è chiaro se si pensa a quanto sono grandi le distanze dalle stelle più vicine.

Distanze dalle stelle più vicine

La stella più vicina (senza contare il Sole) nel sistema di cui si può trovare un pianeta adatto alla vita è Tau Ceti. Dista 11,9 anni luce dalla Terra; cioè, viaggiando alla velocità della luce, sarà possibile raggiungerlo in 11,9 anni. In teoria, potrebbero esserci pianeti adatti alla vita, più vicini a noi, ma non di molto.

Per valutare quanto è lontana Tau Ceti da noi, usiamo un'analogia su scala molto più piccola. Immagina che questa sia la distanza da New York a Perth in Australia - circa la metà della circonferenza della terra. La stella più vicina a noi (di nuovo, senza contare il Sole) è Proxima Centauri, 4, 24 anni luce dalla Terra, ma non ci sono prove che possano esserci pianeti abitabili accanto ad essa. Se la distanza da Tau Ceti è New York - Perth, la distanza da Proxima Centauri è New York - Berlino. Un po' più vicino di Tau Ceti! Di tutti i veicoli spaziali senza equipaggio lanciati dagli umani nello spazio interstellare, il Voyager 1, che ora dista 18 ore luce dalla Terra, ha raggiunto il più lontano. Il suo viaggio è durato 37 anni. Se la distanza da Tau Ceti è la distanza da New York a Perth, allora la distanza dalla Terra alla Voyager 1 è di soli tre chilometri: come dall'Empire State Building al confine meridionale del Greenwich Village. Questo è molto meno che da New York a Perth.

È ancora più vicino a Saturno dalla Terra: 200 metri, a due isolati dall'Empire State Building a Park Avenue. Dalla Terra a Marte - 20 metri e dalla Terra alla Luna (la distanza più grande che le persone hanno percorso finora) - solo sette centimetri! Confronta sette centimetri con mezzo giro del mondo! Ora capisci quale salto deve avvenire nella tecnologia affinché l'umanità possa conquistare i pianeti al di fuori del sistema solare?

Velocità di volo nel XXI secolo

Il Voyager 1 (accelerato con fionde gravitazionali attorno a Giove e Saturno) si sta allontanando dal sistema solare a una velocità di 17 chilometri al secondo. In Interstellar, la navicella spaziale Endurance viaggia dalla Terra a Saturno in due anni, a una velocità media di circa 20 chilometri al secondo. La velocità massima raggiungibile nel 21° secolo quando si utilizzano motori a razzo in combinazione con fionde gravitazionali sarà, a mio parere, di circa 300 chilometri al secondo. Se viaggiamo verso Proxima Centauri a 300 chilometri al secondo, il volo impiegherà 5.000 anni e il volo fino a Tau Ceti impiegherà 13.000 anni. Qualcosa di troppo lungo. Per arrivare a una tale distanza più velocemente con le tecnologie del XXI secolo, hai bisogno di qualcosa come un wormhole.

Tecnologie del lontano futuro

Scienziati e ingegneri disonesti hanno fatto di tutto per sviluppare i principi delle tecnologie future che renderebbero il volo quasi leggero una realtà. Troverai informazioni sufficienti su tali progetti su Internet. Ma temo che ci vorranno più di cento anni prima che le persone siano in grado di riportarli in vita. Tuttavia, secondo me, convincono che per le civiltà super sviluppate viaggiare con velocità di un decimo della velocità della luce e superiori è del tutto possibile.

Ecco tre opzioni di viaggio near light che trovo particolarmente interessanti*.

Fusione termonucleare

Fusion è la più popolare di queste tre opzioni. I lavori di ricerca e sviluppo sulla creazione di centrali elettriche basate sulla fusione termonucleare controllata sono iniziati nel 1950 e questi progetti non saranno coronati da pieno successo fino al 2050. Un secolo di ricerca e sviluppo!

Questo dice qualcosa sulla scala della complessità. Lascia che le centrali termonucleari appaiano sulla Terra entro il 2050, ma cosa si può dire dei voli spaziali sulla spinta termonucleare? I motori dei progetti di maggior successo saranno in grado di fornire velocità di circa 100 chilometri al secondo e, entro la fine di questo secolo, presumibilmente fino a 300 chilometri al secondo. Tuttavia, per velocità prossime alla luce, sarà necessario un principio completamente nuovo di utilizzo delle reazioni termonucleari. Le possibilità della fusione termonucleare possono essere valutate utilizzando semplici calcoli. Quando due atomi di deuterio (idrogeno pesante) si fondono per formare un atomo di elio, circa 0,0064 della loro massa (circa l'uno per cento) viene convertita in energia. Se lo converti in energia cinetica (energia di movimento) di un atomo di elio, allora l'atomo acquisirà una velocità di un decimo della velocità della luce **.

Pertanto, se riusciamo a convertire tutta l'energia ottenuta dalla fusione del combustibile nucleare (deuterio) nel moto direzionale della navicella spaziale, allora raggiungeremo una velocità di circa c/10, e se siamo intelligenti, anche un po' più in alto. Nel 1968 Freeman Dyson, un fisico straordinario, descrisse e indagò una primitiva navicella spaziale alimentata a fusione capace - nelle mani di una civiltà sufficientemente avanzata - di fornire velocità di questo ordine di grandezza. Le bombe termonucleari (bombe all'idrogeno) esplodono immediatamente dietro l'ammortizzatore emisferico, il cui diametro è di 20 chilometri. Le esplosioni spingono la nave in avanti, accelerandola, secondo le stime più audaci di Dyson, a un trentesimo della velocità della luce. Un design più avanzato potrebbe essere in grado di fare di più. Nel 1968 Dyson giunse alla conclusione che sarebbe stato possibile utilizzare un motore di questo tipo non prima della fine del XXII secolo, tra 150 anni. Penso che questa valutazione sia eccessivamente ottimistica.

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Per quanto attraenti possano sembrare tutte queste tecnologie del futuro, la parola "futuro" è la chiave qui. Con la tecnologia del 21° secolo, non siamo in grado di raggiungere altri sistemi stellari in meno di migliaia di anni. La nostra unica speranza spettrale per un volo interstellare è un wormhole, come in Interstellar, o qualche altra forma estrema di curvatura spazio-temporale.