Lực đẩy kỳ lạ

Trong một bài báo năm 1957 , nhà vũ trụ học Hermann Bondi đã xem xét khả năng một vật thể có khối lượng âm sẽ tạo ra lực đẩy hấp dẫn. Khi đặt cạnh một khối lượng dương, nó sẽ đẩy nó nhưng khối lượng dương sẽ hút khối lượng âm. Nếu hai khối lượng bằng nhau nhưng trái dấu, thì cặp đôi sẽ tăng tốc theo cùng một hướng vô tận. Tổng động năng sẽ bằng không, phù hợp với sự bảo toàn năng lượng.

Nếu khối lượng dương là một hành tinh giống Trái đất, thì động cơ này có thể tăng tốc ở mức 1 g , gia tốc dễ chịu mà chúng ta cảm thấy trên bề mặt Trái đất. Bao gồm cả những hành khách được làm từ vật liệu của hành tinh này, giống như con người, đều miễn phí. Tăng tốc ở mức 1 g trong cả năm sẽ đưa hành tinh đến tốc độ ánh sáng. Gia tốc ổn định trong vài thập kỷ sẽ cho phép hành tinh đi ngang qua toàn bộ Vũ trụ trong suốt thời gian tồn tại của các hành khách, nhờ vào sự giãn nở thời gian trải qua rất gần với tốc độ ánh sáng.

Thành phần còn thiếu duy nhất của động cơ cho phép chúng ta tham gia vào một hành trình như vậy là khối lượng âm. Robert Forward đã viết một bài báo về cơ hội do khái niệm động cơ đẩy này mang lại vào năm 1990, và tôi hiện đang là đồng tác giả của một bài báo trình bày cách chế tạo một vật thể có khối lượng âm từ một trường vô hướng, nhất quán với Thuyết tương đối rộng của Albert Einstein .

Có phương pháp nào khác để đạt được tốc độ ánh sáng không? Một cách tiếp cận ít giả thuyết hơn là sử dụng cánh buồm ánh sáng, cụ thể là một màng mỏng được đẩy bằng ánh sáng phản chiếu. Trong khái niệm Starshot mà tôi là chủ tịch hội đồng cố vấn khoa học, một trọng tải quy mô gam trên một cánh buồm cỡ người được đẩy bởi một chùm tia laze 100 giga-Watt trong vài phút với tốc độ bằng một phần tốc độ ánh sáng trên một khoảng cách tức là xa hơn 5 lần so với Mặt Trăng. NASA hiện đang phát triển các cánh buồm mặt trời như một phương pháp đẩy tương lai để khám phá không gian.

Nếu một nền văn minh khác tham gia vào việc đẩy buồm la-de có trọng tải lớn giữa các hành tinh có thể ở được như Trái đất và Sao Hỏa, thì chúng ta có thể nhìn thấy tia sáng khi hai hành tinh này được định hướng dọc theo tầm nhìn của chúng ta. Trong một bài báo năm 2015 với cựu tiến sĩ của tôi, James Guillochon, chúng tôi đã tính toán các đặc điểm của tia sáng thu được như một chữ ký kỹ thuật thú vị.

Có thể nào những cánh buồm ánh sáng giống như Starshot đang đi qua gần Trái đất mà chúng ta không nhận ra chúng? Các nhà thiên văn học huấn luyện kính viễn vọng của họ trên các tiểu hành tinh hoặc sao chổi trong hệ mặt trời di chuyển chậm hơn ánh sáng hàng nghìn lần. Nếu một tàu thăm dò Starshot đi ngang qua, khảo sát các kính viễn vọng như Pan-STARRS , Cơ sở thoáng qua Zwicky hoặc sắp tới là Đài quan sát Vera C. Rubin , tốt nhất sẽ nhìn thấy nó một lần và các nhà thiên văn học sẽ bỏ qua dữ liệu khan hiếm. Hơn nữa, một vật thể có kích thước bằng một người chỉ có thể được phát hiện nếu nó va chạm với Trái đất và tạo ra một quả cầu lửa do ma sát của nó với bầu khí quyển. Trong một bài báo gần đâycùng với sinh viên của tôi, Amir Siraj, chúng tôi đã chỉ ra rằng một mạng lưới toàn cầu gồm vài trăm máy ảnh quang học trên bầu trời với độ phân giải thời gian là một phần mười mili giây sẽ có khả năng phát hiện các thiên thạch Starshot di chuyển gần với tốc độ ánh sáng.

Một tàu thăm dò công nghệ đâm vào một hành tinh có khả năng sống sót khi đi vào khí quyển nếu nó được trang bị dù hoặc được bao quanh bởi vỏ bọc che chắn. Các thiên thạch giữa các vì sao đầu tiên, IM1 và IM2, được phát hiện thông qua các quả cầu lửa của chúng. Nếu chúng ta tìm thấy bất kỳ thiết bị nào dưới đáy đại dương trong chuyến thám hiểm sắp tới để lấy di tích của IM1, chúng ta sẽ biết rằng nó được sản xuất bởi một nền văn minh công nghệ ngoài trái đất. Dựa trên độ cao quả cầu lửa mới được xác định , độ bền vật liệu của IM1 cứng hơn gấp mười lầnhơn tất cả 272 thiên thạch trong danh mục CNEOS. Ngoại suy vận tốc của IM1 ngược thời gian ngụ ý rằng nó đang di chuyển với tốc độ 60 km/giây trong không gian giữa các vì sao, nhanh hơn 95% tất cả các ngôi sao ở vùng lân cận Mặt trời. Một động cơ tên lửa hóa học thông thường có thể giải thích tốc độ vượt quá này. Động cơ của IM1 có thể đại diện cho các công nghệ hiện tại mà chúng tôi sử dụng cho các tàu thăm dò giữa các vì sao như Du hành 1 và 2, Tiên phong 10 và 11 và Chân trời mới.

Đây là hy vọng rằng bằng cách nghiên cứu các vật thể giữa các vì sao, chúng ta sẽ tìm hiểu về các phương pháp đẩy mới giúp chúng ta dễ dàng mạo hiểm hơn trong không gian giữa các vì sao. Như đã lưu ý trong cuốn sách sắp xuất bản của tôi có tựa đề “ Giữa các vì sao ” , tôi đang tìm cách học hỏi từ một trí thông minh cao hơn ngoài không gian về những gì chúng ta có thể mong muốn trở thành.

GIỚI THIỆU VỀ TÁC GIẢ

Avi Loeb là người đứng đầu Dự án Galileo, giám đốc sáng lập của Đại học Harvard — Sáng kiến ​​Hố đen, giám đốc Viện Lý thuyết và Tính toán tại Trung tâm Vật lý Thiên văn Harvard-Smithsonian, và là cựu trưởng khoa thiên văn học tại Đại học Harvard (2011) –2020). Ông là chủ tịch ban cố vấn cho dự án Breakthrough Starshot, và là cựu thành viên của Hội đồng Cố vấn về Khoa học và Công nghệ của Tổng thống và là cựu chủ tịch của Hội đồng Vật lý và Thiên văn học của Học viện Quốc gia. Ông là tác giả sách bán chạy nhất “ Người ngoài trái đất: Dấu hiệu đầu tiên của sự sống thông minh ngoài trái đất ” và là đồng tác giả của cuốn sách “ Sự sống trong vũ trụ ”, cả hai đều được xuất bản vào năm 2021. Cuốn sách mới của ông có tựa đề “ Giữa các vì sao ”, dự kiến ​​xuất bản vào tháng 8 năm 2023.