Uzayda neden yapay yerçekimi yok? Yapay yerçekimi nasıl üretilebilir?
[Bokeyuan-Bilimin Popülerleştirilmesi] Bir kişi uzaya, yerçekimi kısıtlamalarından uzağa yerleştirilirse, o zaman ağırlıksızlık yaşayacaktır. Evrendeki tüm madde onları yerçekimi etkisiyle "çekmesine" rağmen, uzay aracını da çeker, böylece insanlar yüzer.
Uzayda, evrendeki tüm kütle normal şekilde çekilse bile, yeryüzünde "yukarı" veya "aşağı" yoktur, çünkü uzay aracı ve gemideki herkes aynı hızda hızlanır. Telif hakkı: NASA / ESA / ISS Expedition 37
"Star Trek", "Star Wars", "Battlestar Galactica" gibi dizi ve filmlerde ve diğer birçok filmde, uzay gemisinin mürettebatı, diğer koşullar ne olursa olsun her zaman uzay gemisinin "katında" görülebilir. . Bu, yapay yerçekiminin bir tür fiziksel olasılığını gerektirir, ancak şu anda anladığımız bilimsel yasalar için zor bir görevdir.
Kaptan Gabriel Lorca, bu keşfin köprüsündeki savaş görevlerini simüle etmek için Klingonları kullandı.Tüm mürettebat üyeleri yapay yerçekimi tarafından kısıtlandı. Bu, bugün bilim kurgu teknolojisidir. Resim: Jan Thijs / CBS © 2017 CBS Interactive
Yerçekimi için, Einstein'ın eşdeğerlik ilkesi: tekdüze olarak hızlandırılmış bir referans çerçevesi, kütleçekim alanından ayırt edilemez. Bir roket gemisinde etrafını çevreleyen evreni göremezseniz, hangi pozisyonun olduğunu bilmenin bir yolu yoktur.İnsanlar yerçekiminin aşağı yönlü bir kuvvet olduğunu düşünür, çünkü roket belirli bir yönde hızlanır, bu da genellemeye yol açar. Görelilik görüşü, 100 yıldan fazla bir süre sonra, bu bildiğimiz yerçekimi ve ivmenin en doğru tanımıdır.
Hızlanan bir roket (solda) ve yeryüzünde (sağda) bir topun aynı davranışı Einstein'ın eşdeğer ilkesidir. Resim: Wikimedia Commons kullanıcısı Markus Poessel, Pbroks13 tarafından rötuşlanmış
İsterseniz başka bir numara daha var: Uzay aracını doğrusal ivme yerine (bir roketin itme kuvveti gibi) dönmesini sağlayabilirsiniz, iş sırasında merkezcil bir ivmeye sahip olabilirsiniz ve oradaki insanlar uzay aracının gövdesinin onu doğru ittiğini hissedebilirler. merkez. Bu, 2001 uzay dolaşımında kullanıldı, eğer uzay aracı yeterince büyükse, onu yerçekiminden ayırt etmek zor.
Bu üç tür ivme - yerçekimi, doğrusallık ve rotasyon - yerçekimi etkilerine sahip olan tek şeydir ki bu da uzay aracında büyük bir problemdir.
Apollo projesinin tüm aşamalarından yörüngeye kadar bir araya getirilmiş 1969 uzay istasyonu konsepti. Uzay istasyonu, yapay yerçekimi oluşturmak için merkezi ekseni üzerinde dönüyor. Resim: NASA
neden? Çünkü başka bir gezegensel sisteme seyahat etmek istiyorsanız, oraya ulaşmak için uzay aracını hızlandırmanız gerekir ... vardığında, gemiyi de yavaşlatmalısınız. Kendinizi bu hızlanmalardan koruyamazsanız, felaket sonuçları kaçınılmaz olacaktır. Örneğin tam frenlemeye, ışık hızının yüzde birkaçına kadar hızlanan Star Trek'te hıza ulaşmak bir saat sürse bile 4000'den fazla ivme yaşayacaktır. Bu vücuttan kanın akmasını engellemek için gereken ivmeden 100 kat daha fazladır, nasıl dönerseniz dönün kötü bir durumdur.
Columbia Uzay Mekiğinin 1992'de fırlatılması, ivmenin sadece roketin bir anı olmadığını, uzun bir süre boyunca gerçekleştiğini gösterdi. Yıldızlararası uzay aracı için, roketlere kıyasla ivme, insan vücudunun dayanabileceği hızdan kat kat daha fazla olacaktır. Resim: NASA
Ek olarak, uzun bir yolculuk sırasında etkili bir şekilde kilo vermek istemiyorsanız - insanlar kemik kaybı ve boşluk körlüğü gibi korkunç biyolojik yıpranmalara maruz kalırlar - o zaman vücuda sürekli olarak biraz güç uygulamanız gerekir. Diğer kuvvetler için bunu yapmak kolaydır. Örneğin, elektromanyetikte işçiler iletken bir kabuğa yerleştirilebilir ve herhangi bir dış elektrik alanı iptal edilir. Ardından, içeriye iki paralel plaka yerleştirebilir ve sabit bir elektrik alanına sahip olabilirsiniz, böylece yük belirli bir yöne "itilir".
Yerçekiminin etkisi aynıysa.
Bir kondansatörün şematik diyagramı İki paralel iletken plaka, aralarında eşit bir elektrik alanı oluşturan eşit ve farklı türde yüklere sahiptir. Bununla birlikte, bir tür negatif yerçekimi olmadığı sürece yerçekimi imkansızdır. Resim: Wikimedia Commons kullanıcısı Papa November
Yerçekimi iletkeni diye bir şey yoktur ve kendinizi yer çekiminden korumanın bir yolu yoktur. Bir uzay alanında, iki levha arasında olduğu gibi birleşik bir yerçekimi alanı oluşturmanın bir yolu yoktur. Pozitif ve negatif yüklerin ürettiği elektrik farklıdır, kütle ve enerji olan tek bir tür yerçekimi "yükü" vardır. Yerçekimi her zaman çekicidir, yolu yoktur. Bunun yerine, mümkün olduğunca çok üç tür ivme kullanılmalıdır - yerçekimi, doğrusal ve dönme eşdeğer yerçekimi insanlar için mevcuttur.
Evrendeki kuarkların ve leptonların büyük çoğunluğu maddeden oluşur, ancak her birinde antimadde vardır ve kütleçekim kütleleri belirlenecektir. Resim: Çağdaş Fizik Eğitimi Projesi (CPEP), ABD Enerji Bakanlığı / NSF / LBNL
İnsanları uzay aracının ivmesinden koruyabilen, aynı zamanda ivme olmadan "aşağı çekmeye" devam edebilen tek yapay yerçekimi yöntemi ve bu da negatif bir yerçekimi kütlesi bulmaktır. Bulduğumuz tüm parçacıkların ve antiparçacıkların pozitif bir kütlesi vardır, ancak bunlar bir parçacığı hızlandırırken veya oluştururken atalet kütleleri veya kütlelerdir (yani, m = ma, m, E = mc ^ 2'dir). Eylemsizlik kütlesinin ve yerçekimi kütlesinin bildiğimiz tüm parçacıklar için aynı olduğu kanıtlandı, ancak antimadde veya antiparçacık için hiçbir zaman yeterli test yapılmadı.
Herhangi bir deneyde, Alpha bir yerçekimi alanındaki nötr antimaddenin davranışını ölçmeye en yakın olanıdır. Resim: Maximilien Brice / CERN
Bunu şimdi yapmak için birçok deney var! CERNin ALPHA deneyi antihidrojen atomları üretti: onu diğer parçacıklardan çok düşük bir hızda izole eden kararlı bir nötr antimadde. Yeterince hassas hale gelirse, yerçekimi alanına düşme şekli ölçülebilir. Düşerse, tıpkı normal madde gibi, o zaman pozitif kütleçekim kütlesine sahiptir, ancak bir yerçekimi iletkeni oluşturmak için kullanılamaz. Yerçekimi alanına düşerse, her şeyi değiştirir. Tek bir deneysel sonuç var, yapay yerçekimi birdenbire fiziksel bir olasılık haline gelecek.
Yapay yerçekimi olasılığı caziptir, ancak negatif yerçekimi kütlesinin öncülüne dayanmaktadır. Antimadde olabilir, deneysel olarak fizibilitesini bilmiyoruz. Resim: Rolf Landua / CERN
Eğer antimadde negatif bir kütleçekim kütlesine sahipse, antimadde ve normal maddenin üst sınırını belirleyerek, sizi her zaman aşağı çekecek yapay bir yerçekimi alanı yaratılabilir. Uzay aracımızın gövdesi olarak yerçekimine dayalı bir gövde inşa ederek, içerideki herkes ultra hızlı ivmenin etkilerinden korunabilir, aksi takdirde ölümcül olacaktır. En çarpıcı şey, insanların artık, denge dengesizliğinden günümüzün astronotlarını rahatsız eden kalp kası atrofisine kadar uzayda olumsuz fizyolojik etkilere maruz kalmayacağıdır. Ancak negatif yerçekimi kütlesine sahip bir parçacığı (veya bir grup parçacığı) keşfetmeden önce, ne kadar akıllı olursak olalım, yapay yerçekimi yalnızca ivme ile elde edilebilir.
