Eduscience

FIZYKA PODRÓŻY MIĘDZY­GWIEZDNYCH Część 1 – Zabójcze przeciążenia

Piotr Michałek

Flotylle międzygwiezdnych statków kosmicznych od dziesięcioleci przemierzają kosmos, a Ziemianie raz po raz bohatersko odpierają ataki agresywnych kosmitów. Wszystko to ma miejsce oczywiście jedynie na kartach powieści i w filmach sci-fi. Czy istnieje jednak szansa, by w odległej przyszłości ludzie swobodnie podróżowali chociażby po naszej Galaktyce? Co na temat podróży międzygwiezdnych mówi współczesna fizyka? Jakie ograniczenia i jakie możliwości dają teoria względności i fizyka kwantowa? Tym wpisem rozpoczynam cykl artykułów, w których postaram się omówić najważniejsze trudności związane z podróżowaniem do gwiazd.

Co łączy kojota z bajki „Struś Pędziwiatr” ze statkiem Enterprise?

 

Może się wydawać, że na tak postawione pytanie jest tylko jedna odpowiedź: kompletnie nic. Kojot to postać z kreskówki dla dzieci, a Enterprise to przemierzający kosmos statek z filmu „Star Trek”. Trudno o dwóch bardziej różnych bohaterów, jednak mają oni pewną cechę wspólną: przyspieszają do ogromnych prędkości wbrew podstawowym prawom fizyki. Kojot w pogoni za pędzącym z ogromną prędkością Strusiem Pędziwiatrem wymyśla najróżniejsze sposoby, by móc poruszać się równie szybko. A to przyczepi się do rakiety, a to wystrzeli z procy lub katapulty, jego pomysłowość wydaje się być nieograniczona. Oglądając „Star Treka” widzimy natomiast, jak statek odpala swoje potężne silniki i mgnieniu oka znika w bezmiarze kosmosu. O ile łamanie zasad przeczących zdrowemu rozsądkowi w bajkach dla dzieci nie powinno nikogo razić, to takie podejście w gatunku sci-fi, który ma w nazwie słowo „nauka”, wymaga co najmniej kilku słów wyjaśnienia.

 

Co to jest przeciążenie?

 

Cóż takiego niepokojącego jest w gwałtownym przyspieszaniu? Każdy z nas zna uczucie wgniatania w fotel podczas jazdy samochodem, gdy kierowca mocno wciska pedał gazu. Podobny efekt, ale dużo silniejszy, odczuwają np. piloci myśliwców w czasie wykonywania gwałtownych manewrów. Zjawisko to nosi nazwę przeciążenia. Im wyższe przyspieszenie, tym większe przeciążenie. Z punktu widzenia fizyki nie ma znaczenia, czy pojazd przyspiesza, czy zwalnia – przeciążenia w obu przypadkach są identyczne, różnią się jedynie kierunkiem działającej siły.

Dlaczego przeciążenia są tak groźne możemy sobie uzmysłowić analizując przypadek spadochroniarza, który zapomniał zabrać ze sobą spadochronu. Dopóki spadochroniarz spada w kierunku ziemi, nic mu nie grozi, bowiem porusza się z przyspieszeniem ziemskim (pomniejszonym przez opór powietrza), które nie jest groźne dla zdrowia. Jednak momencie kontaktu z ziemią jego prędkość zostaje zmniejszona do zera na odcinku kilkudziesięciu centymetrów – innymi słowy spadochroniarz poddany jest ogromnemu przeciążeniu i w efekcie odnosi poważne obrażenia lub ginie.

Podobnie nieprzyjemne będzie dla pasażera szybko przyspieszającego statku kosmicznego uczucie wgniatania w fotel. Przy odpowiednio dużym przyspieszeniu, siła nacisku fotela działająca na plecy kosmonauty doprowadzi do zmiażdżenia jego ciała. Gwałtowne przyspieszenie statku Enterprise musiałby skończyć się śmiercią całej załogi!

 

Łagodnie znaczy zdrowo

 

By uniknąć tak przykrych skutków kosmicznej podróży, nasz pojazd musi przyspieszać bardzo łagodnie. Długotrwałe przyspieszenie nie powinno przekraczać wartości 30m/s2, co mniej więcej odpowiada maksymalnemu przyspieszeniu startującego wahadłowca. Problem w tym, że osiągnięcie dużej prędkości, jaką bez trudu może osiągnąć Enterprise, np. połowę prędkości światła, zajęłoby prawie 58 dni. W dalszej części cyklu o podróżach międzygwiezdnych dowiecie się, że jest to jednak jeden z najmniejszych problemów. Odległości w kosmosie są tak ogromne, że nawet dwumiesięczne przyspieszenie stanowiłoby tylko niewielki ułamek czasu niezbędny na dotarcie do najbliższej nawet gwiazdy.

Dodaj komentarz

Zdrowe opalanie, czyli jakie?

Jak długo mogę się dziś opalać? To pytanie zadajemy sobie szczególnie w bardzo słoneczne dni. Czy możliwe jest wyznaczenie czasu opalania, w którym naszemu organizmowi dostarczymy dawkę promieniowania potrzebną do wytworzenia witaminy D3, a jednocześnie…

Czytaj więcej

Wakacyjna lektura dla nauczycieli

Zachęcamy do wpisania na swoją wakacyjną listę lektur dwóch nowych raportów dotyczących edukacji przyrodniczej. To idealne lektury letnie dla tych wszystkich, którzy zainteresowani są nauczaniem STEM oraz wykorzystaniem gier w nauczaniu!

Czytaj więcej