Derinlik | Karşımadde yıldızlararası yolculuk için yakıt olabilir mi?
Editörün notu: Uzaylıları tartışan iki kamuya açık makale yayınlandıktan sonra, bazı okuyucular dünya dışı yaşam hakkında sorular sordu. Örneğin, uzaylılar uzay yolculuğu için bir yakıt olarak antimadde kullanabilir veya uzay aracını şarj etmek için evrendeki yıldızları kullanabilir. Yazar, sorularını yanıtlamak için bu konuyu araştırmak isteyen okuyuculara daha fazla tartışma ve bilgi sağlamayı umuyor.
Günümüzde insanların yakıt olarak antimaddeden bahsettikleri söylenmelidir, bunun önemli bir kısmı bilimkurgudan kaynaklanmaktadır. Özel bir roman biçimi olarak bilim kurgu, genellikle modern bilimin gelişiminden gelen yeni kavramları özümser.Karşımadde, genellikle emilen yeni kavramlardan biridir.
1940'larda, Amerikalı bilim kurgu yazarı Jack Williamson, CT hikayeleri adı verilen bir dizi antimadde temalı roman yarattı; burada "CT", antimadde - "Kontra-Terren" için önerdiği addır. - kısaltması. Williamsonın CT hikâyesi çıktıktan kısa bir süre sonra, bir başka Amerikalı bilim kurgu yazarı Isaac Asimov da popüler robot öyküsünde antimadde kavramını tanıttı. Öngördüğü robot beyin, sözde "pozitron beyin" dir. "(Pozitronik beyin) ve pozitron, elektronun antiparçacığı ve antimaddenin temel bileşenlerinden biridir. 1960'lı yıllarda ünlü bilim kurgu dizisi "Stat Trek" (Stat Trek) yayınlanmaya başlandı.Yaklaşık 40 yıldır aralıksız yaratılan ve yayınlanan ve birden fazla nesil sadık hayranı olan bu dizide antimadde, yıldız gemisine ait. Önemli yakıt. Bu, şimdi yıldızlararası yolculuğa dayanan neredeyse tüm bilim kurgu romanlarının ortak bir özelliği haline geldi. Antimadde kavramının bilim kurguda sık sık ortaya çıkması, halkın bu konsepte yoğun bir ilgi duymasına neden olmuştur.
O halde, antimadde kavramı ne zaman ve nasıl önerildi? İnsanlar antimaddeyi nasıl keşfetti? Antimadde, etkili bir yıldızlararası uzay aracı yakıtı mı? Evrenimizde çok fazla madde veya antimadde var mı? Bunlar, birçok insanın anlamadığı ancak ilgisiz olmadığı sorular olabilir.
Akademide antimadde kavramının ortaya çıkışı 19. yüzyılın sonlarına kadar izlenebilir. 1898'de İngiliz fizikçi Arthur Schuster, Nature dergisine yazdığı bir mektupta, elektrik yükleri negatif olabileceğinden, elektronların da negatif ve negatif elektronların olabileceğini söyledi. Belki de tanıdık elektronlarla aynı renge sahiptir. Bu, bilimsel literatürde antimadde fikrinin filizlenmesi olabilir. Bununla birlikte, Schuster'in antimadde fikri, gerçek bir teorik temeli olmayan basit ve belirsiz bir spekülasyondur, bu nedenle hiç dikkat çekmemiştir.
Tüm parçacıkların anti-parçacıkları varsa, o zaman anti-parçacıklardan oluşan bir maddenin olması tamamen mümkündür.Bu tür maddeler, insanların anti-madde dediği şeydir. Dolayısıyla 1931, bir anlamda antimadde kavramının doğuşu olarak kabul edilebilir.
Bununla birlikte, karşıt parçacıkların keşfi ve üretimi artık nadir olmamakla birlikte, karşıt parçacıklar "pozitif" parçacıklar tarafından kolayca yok edilebilmektedir, bu nedenle bunların nasıl korunacağı hala büyük bir teknik problemdir. 1980'lere kadar fizikçiler az miktarda antiparçacığı koruma araçlarında ustalaşmaya başladılar. Ancak daha fazla antiparçacık korumak istiyorsak, başka bir teknik problemle karşı karşıya kalırız çünkü aynı elektrik yüküne sahip antiparçacıklar birbirini iter ve nötr antiparçacıklar kararsızdır. Bu durumda, anti-parçacıkları biriktirmek için olası bir yöntem, anti-parçacıkların, sıradan parçacıkların atom haline gelmesi gibi nötr anti-atomlar haline getirilmesidir. Ama yok edilmesi son derece kolay olan ve genellikle yüksek hızda hareket eden karşıt parçacıkları itaatkar bir şekilde atom oluşturacak şekilde yapmak ne kadar kolay? Bu çalışma, CERN'de Düşük Enerji Antiproton Halkasını başarıyla hazırlayan Alman fizikçi Walter Oelert liderliğindeki deneysel bir ekip tarafından 1995 yılına kadar tamamlanmadı. 9 anti-hidrojen atomlu. Sadece birkaç mol olan sıradan atomların kütlesiyle karşılaştırıldığında sadece dokuz tane olmasına rağmen - bir molde yaklaşık 6.000 trilyon vardır - bahsetmeye değmez.
Teorik olarak konuşulsa da, anti-parçacıkların anti-atomlar oluşturması yaygındır; pratik açıdan, Orlert tarafından hazırlanan anti-hidrojen atomlarının sayısı sadece seyrek olmakla kalmaz, aynı zamanda varoluş süresi de acınacak derecede kısadır, sadece 100 milyon. Saniyenin dörtte 4'ü hiç şüphesiz pratik olmaktan uzaktır. Başarılı Oulert deneyinden sonraki ikinci yılda, CERN bu deneye ve diğer 30'dan fazla deneye katkıda bulunan düşük enerjili antiproton halkasını kapattı. Bu düşük enerjili anti proton halkası, 14 yıllık hizmet süresi boyunca toplam 100 trilyondan fazla antiproton üretti. Tüm bu antiprotonlar, antimadde yakıtı ve proton yok oluşu olarak kabul edilirse ürettikleri enerji, 100 watt'lık bir ampulü yaklaşık 5 dakika boyunca yakabilir. Bu önemsiz miktardaki enerjiyi, bu antiprotonları üretmek için 14 yılda tüketilen devasa enerjiyle karşılaştırdığımızda, antimaddeyi bir enerji kaynağı olarak kullanmanın son derece maliyetli olduğunu görmek zor değil.
Ancak bu teknik zorluklar, insan hayal gücünün gelecekte olası bir enerji kaynağı olarak antimaddeyi kullanmasını engellemiyor. Bu enerjinin teorik olarak en yüksek dönüşüm verimliliğine ek olarak, çok çekici bir avantajı da vardır, temizliktir. Geleneksel enerjinin, ister kimyasal enerji ister nükleer enerji olsun, genellikle kullanımdan sonra egzoz gazı, nükleer atık vb. Gibi zararlı kalıntılar ürettiğini, pozitif ve negatif maddelerin yok edilmesinin yakıtı tamamen enerjiye dönüştürebileceğini ve asla bırakmayacağını biliyoruz. Yani teoride en temiz enerji kaynağıdır. Böylesine temiz ve verimli enerji, sadece bilim kurgu yazarlarının gözdesi değil, aynı zamanda mühendislik ve askeri alanlar için sonsuz bir cazibeye sahiptir.
Yukarıda bahsedilen zorluklara ek olarak, antimadde üretimi de beklenmedik bir sorunla karşı karşıya kalacaktır, yani pozitif ve negatif madde birbiriyle temas ettiğinde, yok etmenin oluşturduğu radyasyon basıncı, pozitif ve negatif maddeyi şiddetle uzaklaştıracak ve böylece enerjiyi hızla yavaşlatacaktır. Serbest bırakma hızı. Şimdiye kadar temel fizik araştırmalarına ek olarak, antimaddenin ana uygulama alanı tıbbi görüntülemedir. Sınırlı teknolojik seviye ve antimadde kıtlığı nedeniyle, diğer antimadde uygulamalarının çoğu şu anda en azından gerçekçi değil.
Karşımaddenin hazırlanmasının ve depolanmasının çok zor olduğu görülebilir, bu nedenle antimaddeyi (uzaylı) yıldızlararası yolculuk olarak kullanmayı önerenler şunu soracaktır: Evrende büyük ölçekli doğal bir antimadde kaynağı var mı? Bu şekilde (uzaylılar) antimadde hazırlamadan ve muhafaza etmeden doğrudan "kullanabilirler" Evrende tamamen antimadde olan gezegenler bile olacak mı?
Açık olan bir şey var: Karşımadde ve madde birbirini yok edeceğinden, yaşadığımız bu küçük mavi gezegende kömür madenleri veya uranyum madenleri gibi "antimadde madenleri" bulmak tamamen imkansız. Sadece bu da değil, tüm güneş sistemindeki antimaddenin varlığı asgari düzeydedir. Aksi takdirde, güneş rüzgarı denen parçacıkların akışı ile güneşten gelen antimadde arasındaki yok oluşun uzun zaman önce keşfedilmiş olması gerekirdi. Daha uzağa baktığımızda, durumda önemli bir değişiklik yok Kozmik ışınlarda belirli sayıda antiparçacık olmasına ve hatta bazı yerlerde antiparçacık kaynakları bulunmasına rağmen, bu karşıt parçacıkların çoğu sıradan maddeyi içeren yüksek enerjili fiziksel süreçlerden gelir. Şimdiye kadar, evrende antimadde gezegenleri veya başka herhangi bir büyük ölçekli antimadde dağılımı olabileceğine dair kesin bir kanıt yok.
Doğanın canlı bedeninde, amino asitlerinin tamamı solaktır. Sağ elini kullanan amino asitler (genellikle sentetik olarak gereklidir) yararsızdır ve hatta organizmalar için zararlıdır. Yazar bunun antimaddeye biraz benzediğini düşünüyor. Maddi bolluk perspektifinden, normal madde büyük çoğunluğu oluştururken, antimadde evrendeki nadir konuktur, ancak bu nadir konuk göreceli bir anlamda. Evrendeki antimadde miktarı son derece küçük olsa da bilim kurgu için çok büyük bir alan bırakmak yeterlidir.
Bununla birlikte, antimadde gezegenlerinin varlığı son derece düşük görünmektedir, çünkü bu süreçte antimaddeyi etkili bir şekilde toplayabilecek ve sıradan maddenin "ölümcül tacizinden" kaçınabilecek doğal bir fiziksel süreç yoktur. Antimadde yaratıklarının varlığı, antimadde gezegenlerinden bile daha imkansızdır, çünkü antimadde gezegenleri var olsa bile, bu tür bir gezegende yaratıkları evrimleştirmek düşünülemez. Bugün bile güneş sisteminin uzayının oldukça "temiz" olduğu zamanlarda bile, dünyaya her gün on milyonlarca göktaşı çarptığını biliyoruz (bu göktaşlarının çoğu atmosferde yanar ve sadece birkaçı yere düşer, bu yüzden onlar için endişelenmemize gerek yok. Başımıza çarptı), bu meteorların toplam kütlesi yaklaşık birkaç ton. Böyle bir kütle, büyük dünya ile karşılaştırıldığında şüphesiz ihmal edilebilir, ancak aynı durum bir antimadde gezegeninde meydana gelirse, bu birkaç ton göktaşı (sıradan madde), antimaddenin yok edilmesiyle gezegende salınan enerjiye eşdeğer olacaktır. Milyonlarca Hiroşima atom bombasının patlamasıyla açığa çıkan enerji. Her gün milyonlarca atom bombası bombardımanına tutulan bir gezegende canlılar üretmek için, bu muhtemelen en gelişmiş uzaylı hayatı da dayanılmazdır.
Antimaddenin yıldızlararası yolculuk için bir yakıt olarak kullanılmasının gerçekten gerçekçi olmadığı görülebilir, peki ya yıldızları şarj etmek için kullanma şeması? Yıldız şarjının fizibilitesini daha sonraki bir makalede derinlemesine tartışacağız.
