Mengapa astronot tidak dapat diakses oleh gravitasi buatan?

Di ruang angkasa, meskipun semua massa di Alam Semesta mematuhi gaya gravitasi, seperti biasa, "bagian atas" dan "bagian bawah" tidak terasa, seperti di Bumi, karena pesawat ruang angkasa dan semua yang ada di pesawat dipercepat oleh gravitasi pada kecepatan yang sama.

Jika Anda menempatkan seseorang di ruang angkasa, jauh dari pengaruh gravitasi yang dialami olehnya di permukaan Bumi, ia akan mengalami ketidakberimbangan. Meskipun semua massa Semesta akan terus menariknya, mereka akan terus menarik pesawat ruang angkasa, sehingga seseorang akan "berenang" di dalam. Dalam seri dan film seperti Star Trek, Star Wars, Battle Cruiser Galaxy dan banyak lainnya, kami selalu diperlihatkan bagaimana anggota kru berdiri stabil di lantai kapal, terlepas dari kondisi lainnya. Ini akan membutuhkan kemungkinan menciptakan gravitasi buatan - tetapi dengan mempertimbangkan hukum fisika dalam bentuk yang kita kenal sekarang, ini adalah tugas yang terlalu sulit.


Kapten Gabriel Lorca di Discovery Bridge saat simulasi pertempuran dengan Klingon. Seluruh tim tertarik "turun" oleh gravitasi buatan - teknologi fiksi ilmiah saat ini

Pelajaran penting dari prinsip kesetaraan dihubungkan dengan gravitasi: sistem referensi percepatan yang seragam tidak dapat dibedakan dari medan gravitasi. Jika Anda berada dalam roket dan tidak bisa melihat keluar, Anda tidak akan memiliki cara untuk memahami apa yang terjadi: apakah gravitasi mendorong Anda ke bawah atau percepatan seragam roket dalam satu arah? Gagasan ini mengarah pada rumusan teori relativitas umum, dan, setelah lebih dari seratus tahun, ini adalah deskripsi gravitasi dan percepatan yang paling benar yang kita ketahui.


Perilaku identik bola jatuh ke lantai dengan roket yang semakin cepat dan di Bumi menunjukkan prinsip kesetaraan Einstein

Ada satu trik lagi yang bisa kita gunakan: membuat kapal berputar. Alih-alih akselerasi linier (akselerasi kekuatan roket), Anda bisa mendapatkan sentrifugal di mana seseorang di dalamnya akan merasakan bagaimana ia tertarik pada lambung kapal. Ini terkenal dengan film "2001: Space Odyssey", dan kekuatan dengan kapal yang cukup besar ini tidak dapat dibedakan dari gravitasi.

Tapi itu saja. Tiga jenis akselerasi - gravitasi, linier, dan rotasi - adalah satu-satunya kekuatan yang kami miliki yang memberikan efek gravitasi. Dan bagi mereka yang naik pesawat ruang angkasa, ini adalah masalah besar.


Konsep stasiun ruang angkasa 1969, yang seharusnya dikumpulkan di orbit dari tahap yang digunakan program Apollo. Stasiun itu seharusnya berputar di sekitar poros tengah dan menghasilkan gravitasi buatan.

Mengapa Karena untuk melakukan perjalanan ke sistem bintang lain Anda harus mempercepat kapal dalam perjalanan ke sana, dan melambat pada saat kedatangan. Jika Anda tidak dapat bertahan melawan akselerasi ini, kegagalan menunggu Anda. Misalnya, untuk mempercepat ke "kecepatan impuls" dari "Star Trek", hingga beberapa persen dari kecepatan cahaya, seseorang harus menahan akselerasi 4000 g selama satu jam. Ini 100 kali lebih cepat, yang akan mencegah aliran darah di tubuh Anda - situasi yang sangat tidak menyenangkan.


Peluncuran pesawat ulang-alik Columbia pada tahun 1992 menunjukkan bahwa percepatan roket tidak terjadi secara instan, tetapi berlangsung cukup lama, beberapa menit. Akselerasi pesawat ruang angkasa seharusnya jauh lebih besar daripada yang bisa ditahan tubuh manusia

Selain itu, jika Anda tidak ingin menjadi ringan selama perjalanan panjang, dan mengalami efek biologis yang mengerikan seperti kehilangan massa tulang dan kebutaan kosmik, perlu kekuatan konstan yang bekerja pada tubuh Anda. Untuk gaya selain gravitasi, ini tidak akan menjadi masalah. Sebagai contoh, untuk paparan elektromagnetik, akan mungkin untuk menempatkan perintah di shell konduktif dan ini akan menghilangkan semua medan elektromagnetik eksternal. Dan kemudian di dalamnya akan dimungkinkan untuk mengatur dua pelat paralel dan mengatur medan listrik konstan yang akan membuat muatan bergerak ke arah tertentu.

Oh, jika gravitasi bekerja dengan cara yang sama.


Diagram skematis kapasitor, dua pelat konduktif paralel yang memiliki magnitudo yang sama dan muatan isyarat yang berbeda, yang menciptakan medan listrik di antara mereka

Tidak ada "konduktor gravitasi", dan gravitasi tidak dapat dilindungi. Tidak mungkin menciptakan medan gravitasi yang seragam di antara lempengan apa pun di area ruang tertentu. Alasannya adalah bahwa berbeda dengan listrik yang diciptakan oleh muatan positif dan negatif, "muatan" gravitasi adalah dari jenis yang sama, energi massa. Gaya gravitasi selalu menarik, dan tidak ada yang bisa dilakukan untuk itu. Anda harus melakukan segala kemungkinan dengan tiga tipe percepatan yang tersedia - gravitasi, linier, dan rotasi.


Sebagian besar quark dan lepton Semesta terdiri dari materi, tetapi untuk masing-masingnya ada juga partikel antimateri, massa gravitasi yang tidak ditentukan.

Satu-satunya cara untuk menciptakan gravitasi buatan, yang dapat melindungi Anda dari efek percepatan kapal dan memberi Anda tarikan "ke bawah" tanpa percepatan, akan membuka tipe baru dari massa gravitasi negatif. Semua partikel dan antipartikel yang kami temukan adalah positif, tetapi mereka adalah massa inersia, yaitu massa yang terkait dengan percepatan atau penciptaan partikel (yaitu, ini adalah m dari persamaan F = ma dan E = mc ² ). Kami menunjukkan bahwa massa inersia dan gravitasi untuk semua partikel yang diketahui bersamaan, tetapi sejauh ini belum melakukan pemeriksaan menyeluruh yang cukup untuk antimateri dan antipartikel.


Kolaborasi ALPHA lebih dekat dari eksperimen lain untuk mengukur perilaku antimateri netral di bidang gravitasi

Dan eksperimen sedang dilakukan sekarang! Dalam percobaan ALPHA di CERN, mereka menerima antihidrogen - suatu bentuk antimateri netral yang stabil - dan sekarang bekerja untuk mengisolasinya dari semua partikel lain dengan kecepatan rendah. Jika ternyata cukup sensitif, kita bisa mengukur ke arah mana antimateri akan bergerak di medan gravitasi. Jika akan jatuh, seperti biasa, maka massa gravitasinya lebih besar dari nol, dan tidak dapat digunakan untuk membuat konduktor gravitasi. Tetapi jika dia jatuh, itu akan mengubah segalanya. Satu-satunya hasil percobaan tiba-tiba akan membuat gravitasi buatan secara fisik mungkin.


Kemampuan untuk mendapatkan gravitasi buatan itu menggoda, tetapi itu membutuhkan keberadaan massa gravitasi negatif. Antimateri bisa menjadi massa seperti itu, tetapi ini masih belum diketahui.

Jika antimateri memiliki massa gravitasi negatif, kemudian membuat langit-langit ruangan dari antimateri dan lantai dari materi, kita dapat membuat medan gravitasi buatan yang terus-menerus menarik Anda "turun". Setelah membuat cangkang kapal dari konduktor gravitasi, kami akan melindungi semua orang di dalamnya dari kekuatan akselerasi sangat tinggi, yang jika tidak akan berakibat fatal. Dan, yang paling penting, orang-orang di ruang angkasa tidak akan lagi menderita efek fisiologis negatif, dari gangguan pada alat vestibular hingga atrofi otot jantung, yang mengganggu astronot modern. Tetapi sampai kita menemukan partikel (atau kumpulan partikel) dengan massa gravitasi negatif, gravitasi buatan hanya dapat diperoleh melalui akselerasi.