يرغب بعض علماء المستقبل وكتاب الخيال العلمي ، بعيدًا عن علم وظائف الأعضاء ، في أن يحلموا في المستقبل بأن يكون للناس دماغ كبير. ولكن هناك مشكلة واحدة: الدماغ البشري هو المستهلك الرئيسي للطاقة في الجسم. ومع حجمها الحالي ، فإنه يتطلب بالفعل هوو كم. لذلك لن يكون لأحفادنا أدمغة كبيرة ، فهم ببساطة لن يطعموها. تنشأ مشكلة مماثلة قبل أي حضارة وصلت إلى مستوى معين من التطور التقني. يتطلب المزيد من التقدم المزيد من الطاقة ، والمصادر المتاحة إما بالكاد تغطي الاحتياجات أو غير قادرة على توفير الكمية المطلوبة من واط على الإطلاق - حتى الطاقة النووية ، وفي الطاقة النووية الحرارية في المستقبل. بالإضافة إلى ذلك ، من المقبول عمومًا أنه من الشائع لجميع الحضارات توسيع مساحة معيشتها ، مما يعني أنها ستحتاج إلى الطاقة ليس فقط على كوكب الأرض.
ما هي مصادر الطاقة التي يمكن أن تحصل عليها الحضارات في مرحلة تطوير أعلى بكثير مما نحن عليه؟ تحت القص - وصف لثلاثة مفاهيم مثيرة للاهتمام: كرة دايسون ، محرك نجمي و "قنبلة ثقب أسود".
دايسون أورب
لنبدأ بمفهوم الثلاثة الأكثر شهرة والأكثر طموحًا.
والفكرة هي استخدام النجم نفسه كمصدر للطاقة. على سبيل المثال ، تنبعث شمسنا (القزم الأصفر) من 3828 إلى 10
26 واط من الطاقة. أي ما يعادل 4.74 إلى
10 من الرؤوس الحربية المتفجرة التي يبلغ وزن كل منها 250 كيلو طن. Overdofiga.
في عام 1937 ، تم نشر رواية الخيال العلمي "Star Creator" من تأليف أولاف ستابليدون ، والتي استخلص منها الفيزيائي النظري فريمان دايسون فكرة البنية الضخمة - وهي كرة تغطي بالكامل نجمًا على مسافة من مدار كوكبي من أجل استيعاب واستخدام الطاقة المشعة. هذا من شأنه أن يغطي أكثر من احتياجات حضارة قوية يبلغ عدد سكانها عدة تريليونات.
ومع ذلك ، فإن فكرة كرة دايسون كانت ، وهناك العديد من النقاد الذين يقدمون حججا عادلة لصالح عدم إمكانية تحقيق التقنية وعدم المعنى المنطقي والاجتماعي لمثل هذه البنية الضخمة.
أولاً ، لإنشاء مثل هذا الهيكل ، سيكون من الضروري وضع كوكب بأكمله على مواد البناء.
ثانياً ، ينطوي إنشاء المجال على إنشاء طاقات إنتاجية ضخمة ووسائل نقل ، ناهيك عن مصادر الطاقة اللازمة لذلك.
ثالثا ، أي هيكل صلب (كروي ، مكعب ، أيا كان) سيتم تدميره لا محالة من قبل العديد من الكويكبات والمذنبات أو تسارع الجاذبية - يجب أن تدور كرة دايسون لتعويض جاذبية النجم.
كبديل لهيكل عملاق واحد جامد ، يمكنك استخدام سرب من الأقمار الصناعية الرخيصة التي تبلغ كوادريليون بمرايا تعكس أشعة الشمس على مستقبلات المجمع والتي ستحوله إلى كهرباء. ربما لن تكون كفاءة النظام بنفس كفاءة التصميم المترابط ، لكن التعقيد الهندسي لإنشاء سرب هو أقل بكثير من حيث الحجم. قل ، غني بالمعادن والمعادن ، يمكن أن يتحول عطارد إلى مصدر للمواد ، نظرًا لأن الجاذبية المنخفضة والجو النادر جدًا والقرب من الشمس يجعلها حقلًا مثاليًا للطيران. يمكن ترتيب تجميع مرايا الأقمار الصناعية في الفضاء ، وإرسالها إلى مدارات عند توفرها.
أين يمكن الحصول على الطاقة لمثل هذه الكميات الهائلة من الإنتاج والإنتاج؟ لا يوجد سوى مخرج واحد: استخدام كل طاقة الشمس نفسها ، حيث يوجد الكثير منها على عطارد. يجب أن تتم عملية الاستخراج والمعالجة والإنتاج تلقائيًا قدر الإمكان. يمكن إطلاق الأقمار الصناعية الأولى في مدار حول عطارد بحيث تزيد من إنتاج الطاقة وتساعد على زيادة الإنتاجية.
حتى لو كان استخدام مجموعة من المرايا الساتلية هذه ممكنًا لجمع ما لا يقل عن 1٪ من الطاقة المشعة للشمس ، فإن هذا المبلغ لا يكفي بالنسبة لنا لمجرد التوقف عن إهدار المواد الأحفورية لإنتاج الطاقة ، ولكنه سيسمح لنا بتنفيذ مشاريع أكبر حجماً من السرب نفسها - على سبيل المثال خلق النقل بين النجوم.
قنبلة ثقب أسود
يمكن أن يسمى الثقوب السوداء بحق أكبر مراكم الطاقة في الكون. صحيح أنه من المستحيل اليوم الحصول على هذه الطاقة ، لأن الثقب الأسود ليس مجرد بطارية ، ولكنه مكنسة كهربائية تمتص كل شيء حولها. ومع ذلك ، هناك فكرة إنشاء بنية عملاقة ، والتي ، من الناحية النظرية ، سوف تسمح باستخراج كميات هائلة من الطاقة من ثقب أسود. الفارق البسيط هو أنه بسبب هذا البناء الضخم ، يتحول BH إلى قنبلة ذات قوة هائلة ، والتي يمكن أن تنفجر في حالة حدوث خطأ.
بعض الثقوب السوداء ليست ثابتة ، ولكنها تدور حول محورها. بعضها حتى مع تكرار ملايين الثورات في الثانية. تقول الفيزياء الحديثة أنه في وسط أي ثقب أسود ، يوجد تفرد ثقالي - وهي نقطة صغيرة لا حصر لها ذات سطح صفري ، حيث تتركز الكتلة الكاملة للجسم.
في حالة وجود ثقب أسود دائري ، تدور حالة التفرد أيضًا - بدلاً من التفرد النقطي ، نتحدث عن تفرد على شكل حلقة ، بسمك صفري ومساحة سطح.
حقل الجاذبية للنجم الأسود كبير جدًا لدرجة أنه يشوه الزمان والمكان المحيطين به ، ويخلق الدوران اضطرابات إضافية. ينشأ ما يسمى ergosphere - منطقة بيضاوية حول ثقب أسود بين أفق الحدث وحد ثابت. تبدأ جميع الأجسام التي تسقط في بيئة العمل بالتناوب حتما مع الثقب الأسود. بالإضافة إلى ذلك ، داخل بيئة العمل ، تحدث تشوهات جزئية في الزمكان.
بمساعدة الدوران ، ينقل الثقب الأسود طاقته الحركية إلى كل الأشياء التي تقع في بيئة العمل. وعلى هذا الأساس ، تستند فكرة استخراج الطاقة إلى حجم يمكن أن يكون حجمه أكبر بكثير من الكميات التي يتم التقاطها من نجم بواسطة مجموعة من المرايا الساتلية.
يمكن تمثيل العمليات الديناميكية داخل ergosphere على شكل دوامة تحدث حول فتحة التصريف. يؤدي دوران الغلاف الجوي أيضًا إلى دوران الغلاف المغناطيسي حول الثقب الأسود. لذلك ، فإن أي جسم أو جسيم ، بمجرد دخوله إلى الغلاف الجوي ، سوف يحصل على تسارع كبير. ويمكن أن يكون كبيرًا لدرجة أنه سيساعد ... الخروج من الغلاف الجوي ، علاوة على ذلك ، مع طاقة حركية أكبر بكثير مما لو كانت داخله. وهناك نوع من تأثير حبال.
تخيل أن بعض الحضارات المتطورة قد وجدت حفرة سوداء تدور بسرعة وبنيت حولها قذيفة كروية من المرايا التي تواجه الداخل. القذيفة مستمرة ، مثل كرة دايسون القانونية. لحسن الحظ ، الثقوب السوداء أصغر بكثير من النجوم ، لذلك فإن بناء القشرة أسهل بشكل لا يضاهى. افتح الآن الفتحة فيه واطلق حزمة الموجات الكهرومغناطيسية في الداخل. تتلقى هذه الموجات تسارعًا باستخدام الإرجوسفير وتطير للخارج ، وتنعكس من المرآة ، وتعود إلى الغلاف الجوي ، وتتسارع أكثر ، وتطير مجددًا ، تنعكس ، تعود ، تتسارع ، وما إلى ذلك (سيتم فقد جزء من الأمواج بسبب السقوط على أفق الحدث). كل ضربة للإشعاع في الغلاف الجوي تؤدي إلى تضخيمها الأسي. هذا هو ما يسمى تأثير
تشتت الإشعاع الفائق ، وتوقع لأول مرة من قبل الفيزيائي السوفياتي ياكوف زيلدوفيتش.
إذا فتحنا في لحظة ما جزءًا من الغلاف حول نجم أسود ، فسنستلم فورًا حزمة طاقة صادرة قوية. ألقوا جزء من الطاقة في الداخل ، واستعادوا عدة مرات. بالنسبة لأولئك الذين يتذكرون القانون الثابت في الحفاظ على الطاقة والمحمول الدائم ، نجيب على الفور أنه لا توجد معجزة: تضخيم الموجات في بيئة العمل يبطئ دوران الثقب الأسود.
من الناحية النظرية ، فإن مثل هذه البنية الضخمة قادرة على أن تصبح لمبدعيها مصدرا للطاقة لا ينضب عمليا.
ما علاقة القنبلة به؟
إذا لم تطلق الطاقة من الصدفة في الوقت المناسب ، فسوف تنفجر عاجلاً أم آجلاً. يمكن للثقب الأسود الهائل أن يطرد من نفسه قدرًا كبيرًا من الطاقة كما يحدث أثناء انفجار المستعر الأعظم.
محرك النجوم
النجوم لا تقف صامدة ، فهي تدور حول مراكز مجراتها ، في طريقها إلى التأثير الجاذبي لبعضها البعض. وعلى الرغم من أننا لا نلاحظ ذلك ، فإن النجوم ، إلى جانب الكواكب الخاصة بهم ، تتسابق في الفراغ بسرعات هائلة ، تطير آلاف الكيلومترات في الثانية.
أثناء السفر حول مركز المجرة ، يمكن أن تتعرض أنظمة النجوم إلى المتاعب. على سبيل المثال ، يمكنك الطيران بالقرب من المستعر الأعظم المتفجر. أو عبر مناطق مليئة الكويكبات. أو حتى الوقوع في الأسر الجاذبية لبعض النجوم الكبيرة. ومع ذلك ، حتى لو تمكن علماء الفلك من التنبؤ بمواجهة غير سارة ستحدث خلال مليون عام ، فما العمل إذن؟
سيقول أي شخص عاقل: "طرد الهراء من رأسك واستمتع بحياتك القصيرة". عن حق ، لأن لا أحد يعرف ماذا سيحدث للبشرية في مليون عام ، وبالتأكيد لا يمكننا فعل أي شيء بحركة نجمنا.
ومع ذلك ، إذا أصبحنا حضارة أكثر تطوراً - قادرين على بناء شيء مشابه لميدان دايسون ، فقد يكون لأسلافنا موقف مختلف تجاه هذا. على سبيل المثال ، سوف يريدون تغيير مسار النظام الشمسي من أجل توجيهه على طريق أكثر ملاءمة. أي أنها ستبني محركًا ممتازًا ، نظرًا للطاقة التي يشعها النجم ، ستقوم بتصحيح ناقل الطيران.
أبسط خيار هو محرك شكادوف. في الواقع ، إنه شراع شمسي مكافئ ، تم بناؤه بجوار الشمس. سيعكس الشراع الفوتونات التي يشعها النجم ، مما يخلق قوة دفع تفاعلية ، وسيبدأ في تغيير مسار الرحلة. وحتى لا تحرق الشعلة الكواكب التي تمر بها ، على سبيل المثال ، الأرض ، يجب وضع العاكس خارج الطائرات في مداراتها. في حالة النظام الشمسي ، هذا يعني أنه سيتم توجيه ناقل حركة الشمس بحيث يغادر النجم تدريجياً درب التبانة.
من الناحية النظرية ، يجب تعويض الجاذبية عن طريق الضغط الإشعاعي ، مما يعني أن العاكس يجب أن يكون خفيفًا جدًا ، أي بسُمك ميكرون رقيق. هناك حاجة إلى الشكل المكافئ من أجل جمع الفوتونات المنعكسة في شعلة اتجاهية ، وإلا فإن الدفع التفاعلي لن يكون كافيًا لتغيير مسار النجم ، وتكون قوة الدفع لهذا المحرك منخفضة بالفعل. المثلية تقريبا.
لذلك ، اقترح البروفيسور ماثيو كابلان هذا الصيف فكرة تصميم مختلف لمحرك ممتاز. نُشر هذا العمل في المجلة العلمية التي استعرضها النظراء Acta Astranautica:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0094576519312457 (
pdf ).
على عكس محرك Shkadov السلبي ، يعد محرك Kaplan محركًا نوويًا حراريًا نشطًا حقيقيًا.
يجب أن تكون سرعة التيار النفاث حوالي 1٪ من سرعة الضوء. وينبغي توجيه الشعاع الثاني في الاتجاه المعاكس ، مع دفع الشمس نفسها. ما لتغذية مثل "الشاحن التربيني"؟ وفقًا للمؤلف ، يتكون حل هذه المشكلة من جزأين.
أولاً ، يمكن للمحرك امتصاص الهيدروجين والهيليوم المنبعث من الشمس في شكل "ريح شمسية" باستخدام مجال كهرومغناطيسي قوي. ومع ذلك ، فإن هذا الحجم من المواد لا يكفي للمحرك للعمل. لذلك ، باستخدام مجموعة من مرايا الأقمار الصناعية الموصوفة أعلاه ، من الممكن تركيز ضوء الشمس المنعكس عند نقطة على سطح النجم مقابل المحرك مباشرة ، مما سيؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة المحلية وإخراج مليارات الأطنان من المادة الشمسية. هذا لا يضر النجم ، إنه كبير بما فيه الكفاية.
يمكن أيضًا جمع المادة المقذوفة وفصلها إلى الهيليوم والهيدروجين ، بحيث يكون هناك شيء لتغذية محرك النجم النووي الحراري الشائك بشكل هائل. "شعاع العداد" ، الذي لا يسمح للمحرك بالتصادم إلى الشمس ، هو تيار من الهيدروجين يتم إخراجه بسرعة عالية بفضل مسرع كهرومغناطيسي.
للمقارنة ، محرك Shkadov قادر على تحويل الشمس بمقدار 100 سنة ضوئية في 320 مليون سنة ، ومحرك Kaplan في أقل من مليوني سنة. هذا يمكن أن يؤدي بالفعل منزلنا بعيدا عن السوبرنوفا. إذا رغبت في ذلك ، يمكنك بهذه الطريقة التنقل بين النجوم ، مما يقلل من عدد الرحلات على متن السفن واستعمار المجرة. أو حتى الانتقال إلى ، على سبيل المثال ، أندروميدا: خلال 10 ملايين عام ، يكون المحرك قادرًا على إزالة النظام الشمسي من مجرتنا.
كما تعلمون ، فإن مثل هذه البنية الضخمة كمحرك ممتاز تمثل الكثير من الحضارات ، حيث يتم قياس أفق التخطيط بعصر كامل. ومع ذلك ، كما هو الحال مع المبنيين السابقين.