И почему их никогда не будет
Несмотря на популистскую шумиху миллиардеров-фанатов научной фантастики и непрекращающийся поток голливудских развлечений, утверждающих обратное, люди никогда не исследуют галактику лично. Более того, мы даже не изучим нашу собственную Солнечную систему вблизи и лично. И это не просто потому, что роботизированные миссии могут сделать эту работу на 1000% лучше за 1/1000 часть стоимости. Это связано с двумя фундаментальными биологическими причинами.
Первая - это гравитация. Все в нашем теле приспособлено для того, чтобы функционировать в условиях гравитационного ускорения на уровне моря, равного примерно 9,81 метра в секунду. Наши сердца качают кровь к голове, борясь с гравитацией на каждом сантиметре пути. Наши мышцы и кости настолько сильны, насколько они есть, потому что каждая часть нашего тела борется с гравитацией каждый момент нашей жизни. Наше чувство равновесия, которое ориентирует нас в пространстве, зависит от того, что гравитация постоянна только в одном направлении: прямо вниз.
Без гравитации происходят очень плохие вещи: сердце перекачивает слишком много крови к голове и слишком мало к нижним конечностям, что приводит к искажению зрения, сокрушительным головным болям и тошноте, так как внутреннее ухо теряет всякое ощущение верха и низа. Наши кости и мышцы резко атрофируются, даже если каждый день по несколько часов посвящать упражнениям, специально разработанным для замедления этого процесса. Проще говоря, наши тела не способны справиться с микрогравитацией, и, несмотря на фотографии улыбающихся астронавтов, весело наслаждающихся микрогравитацией на МКС, суровая реальность такова, что каждый из этих астронавтов платит цену, которую мало кто из нас хотел бы получить.
Эта же проблема существует для любого правдоподобного инопланетного вида, эволюционировавшего на любой чужой планете или луне. Если бы инопланетная форма жизни развивалась в условиях микрогравитации, она, скорее всего, не смогла бы справиться даже со скромным ускорением. Так что в любом случае наши гипотетические инопланетяне столкнулись бы с той же проблемой, что и мы.
Научно-фантастический фанбойский ответ на эту фундаментальную проблему заключается либо в том, чтобы (а) полностью игнорировать ее, как Маск и Безос, либо (б) утверждать, что искусственная гравитация - это решение.
Поскольку Маск и Безос игнорируют проблему, мы можем также игнорировать их. Так что насчет искусственной гравитации?
Существует только два способа создания искусственной гравитации. Первый называется "постоянная гравитация", что означает, что мы ускоряем наш гипотетический космический корабль с постоянной скоростью 9,81 м в секунду в секунду (поскольку Medium не поддерживает правильные обозначения, мы будем называть это 9,81 м/с²) в течение первой половины путешествия, а затем переворачиваем его и замедляем с постоянной скоростью 9,81 м/с² в течение второй половины путешествия. Догадка Эйнштейна о том, что в областях, слишком малых для приливных эффектов, такое ускорение будет неотличимо от обычной гравитации, означает, что теоретически гравитация земного типа может быть вызвана таким образом. Более того, поскольку ускорение постоянно, в конечном итоге будут достигнуты релятивистские скорости. Всего за 12 лет (в системе отсчета космического корабля) мы могли бы пересечь нашу галактику Млечный Путь. За одну человеческую жизнь (в системе отсчета космического корабля), при постоянном ускорении, мы могли бы достичь края Вселенной, наблюдаемой с Земли. Земли, на которой, в этой системе отсчета, прошли бы миллиарды лет.
Таким образом, при постоянном ускорении мы получаем "два плюса". Идентичную земной гравитацию и возможность преодолевать огромные расстояния в течение человеческой жизни. Проблема решена!
Вот только нет ни теоретического, ни иного способа достичь постоянного ускорения такой величины. Ни один механизм приведения в движение, теоретический или иной, не может преодолеть проблему массы. Чтобы обеспечить постоянное ускорение, наш воображаемый космический корабль ограничен наблюдением Ньютона о том, что любое действие в вакууме требует равной и противоположной реакции. Что касается высвобождения энергии, с помощью которой можно придать импульс, мы ограничены уравнением Эйнштейна e = mc².
Другими словами, чтобы ускорить массу Х на некоторую величину скорости, нам потребуется отдать эквивалентное количество энергии в противоположном направлении. И эта энергия может быть получена только из топлива. Что увеличивает массу нашего космического корабля. Значит, теперь нам нужно затратить больше энергии, что означает, что нам нужно больше топлива, что означает, что мы теперь несем еще большую массу, что означает, что нам нужно затратить еще больше энергии, что означает...
Другими словами, даже при наличии воображаемой технологии, которая могла бы преобразовывать материю в энергию со 100% эффективностью, просто нет способа достичь постоянного ускорения 9,81 м/с² в течение сколько-нибудь значимого времени. Конечно, мы можем говорить о таких вещах, как привод Алькубьерре, но тогда мы с таким же правом можем сказать, что Хогвартс изобретет привод Спациамуса, чтобы решить нашу проблему. Другими словами, убегать, чтобы спрятаться внутри воображаемых "решений" - это вообще не решение.
Если постоянное ускорение не может обеспечить искусственную гравитацию, то как насчет центробежной силы? Все мы помним вращающуюся космическую станцию в "Космической одиссее 2001 года", и все знают, что это был единственный научно-фантастический фильм, в котором использовалась научно обоснованная серия технологий. Кроме того, в Интернете легко найти множество схем создания искусственной гравитации таким способом: от связывания кораблей вместе и вращения их вокруг центральной оси до строительства огромных полых вращающихся цилиндров, внутри которых люди будут испытывать гравитацию, подобную земной. Итак, проблема решена!
Вот только фильмы и научно-фантастические книги вводят нас в заблуждение, как это свойственно популярным развлечениям.
Сначала хорошие новости: если человек стоит совершенно неподвижно и не двигается, то центробежная сила может казаться имитирующей земную гравитацию.
Обратите внимание: Почему космонавты не любят сдавать "Пробу Васютина".
К сожалению, вот плохая новость: если человек сделает хоть одно движение, его мгновенно охватит тошнота и он будет дезориентирован.Почему так происходит? Представьте себе, что на Земле вы подбрасываете в воздух мяч. Если вы бросите его прямо вверх, он упадет прямо вниз, притянутый силой тяжести к центру Земли, на которой мы стоим. Но в условиях "гравитации", вызванной центробежной силой, мяч, брошенный прямо вверх, закрутится дугой и упадет в сторону от бросившего его человека, потому что в отличие от Земли на мяч действует вторая сила - центростремительная. Поскольку наше внутреннее ухо ориентирует нас по постоянной нисходящей силе гравитации, это означает, что любое движение - даже такое незначительное, как поворот головы - приведет к тому, что сигналы от внутреннего уха (реагирующего на центростремительную силу) резко разойдутся с сигналами от наших глаз. В лучшем случае это приведет к тому, что нашего гипотетического человека вырвет по величественной дуге, а в худшем - сделает его неспособным к каким-либо контролируемым движениям.
На приведенных ниже диаграммах показана разница между гравитацией (или постоянным ускорением в 9,81 м/с²) и вращающимся объектом. На Земле на нас действует только одна сила: гравитация. На нашей воображаемой вращающейся искусственной гравитационной среде действуют две силы: центробежная и центростремительная. И в этом вся разница в мире.
Поскольку объект с очень большим диаметром не должен вращаться так же быстро, как объект с очень маленьким диаметром, некоторые люди думают, что если бы можно было построить достаточно широкий вращающийся объект, то центростремительная сила стала бы меньшей проблемой. Но на самом деле это не поможет, потому что, хотя очень широкий объект действительно будет вращаться медленнее, чтобы создать такое же количество центробежной силы на границе, скорость на границе будет точно такой же, при любом данном количестве центробежной силы, как скорость на границе вращающегося объекта с меньшим диаметром.
Чтобы понять, почему это так, представьте Землю. Если вы стоите рядом с северным полюсом, вы будете вращаться с той же скоростью, что и человек, стоящий на экваторе: один раз в 24 часа. Но ваша скорость вблизи северного полюса составляет лишь малую часть скорости человека, стоящего на экваторе. Поэтому неважно, какой ширины мы выберем полый вращающийся объект, центростремительная сила на границе останется прежней, а значит, и проблема останется прежней.
Возможно, именно поэтому Безос предпочитает игнорировать проблему; ее нельзя решить, просто бросив на нее деньги. Что касается Маска, то по сравнению с ним люди с СДВГ выглядят образцами устойчивой концентрации внимания, поэтому он, вероятно, даже не подозревает о существовании проблемы. Но даже если вы не знаете о существовании кирпичной стены, она все равно убьет вас, если вы врежетесь в нее на скорости 1 000 километров в час.
Таким образом, гравитация - одна из причин, по которой люди никогда не станут космическим видом. Это также причина, по которой маловероятно, что какой-либо другой вид, способный разработать подходящие технологии, когда-нибудь станет космическим. Все организмы очень приспособлены к среде, в которой они развиваются, и чрезвычайно трудно поддерживать организмы вне их естественной среды в течение сколько-нибудь значительного периода времени. Добавьте сюда проблемы солнечной радиации, пагубное воздействие микрогравитации и все остальное, связанное с космическими путешествиями, и станет очевидно, что мечты фанбоев научной фантастики - очень плохой путеводитель в будущее.
Есть и вторая важная причина, по которой мы, люди, никогда не станем космическим видом: психология.
Наш мозг - такой же результат давления отбора, как и наше тело. Как и наше тело, наш мозг очень приспособлен к жизни на Земле. Как вид отряда приматов, приспособленный к добыче пищи, мы не приспособлены к тому, чтобы сидеть в крошечных клетках. Мы страдаем ожирением и развиваем всевозможные психические проблемы. Не имея доступа к естественным источникам информации, таким как вода, трава и деревья, мы испытываем стресс. Если нас заставляют годами общаться с одной и той же небольшой группой людей без передышки, мы становимся иррациональными и злыми или, наоборот, замкнутыми и подавленными. Хуже того, наша эмоциональная система заставляет нас соперничать даже тогда, когда оптимальной стратегией является сотрудничество, а наша интеллектуальная ограниченность приводит к тому, что мы приобретаем и затем решительно отстаиваем иррациональные и вредные убеждения.
Представьте себе, таким образом, космический корабль, на котором 200 незадачливых людей пытаются существовать в течение многих лет или даже десятилетий. Вместо того чтобы искать вдохновение в "Звездном пути", более вероятным представляется видение в "Пролетая над гнездом кукушки" или, возможно, в заключительных сериях какого-нибудь мусорного реалити-шоу.
Трудно представить, что у вида, способного создавать космические корабли, не было бы эквивалентных психологических ограничений, хотя, вероятно, несколько отличных от тех, которые управляют нашим собственным поведением.
Существует множество других причин, по которым ни люди, ни гипотетические инопланетные формы жизни не распространятся по галактике, но двух приведенных здесь причин должно быть достаточно, чтобы доказать это утверждение.
Однако это не означает, что на космическом туризме нельзя будет заработать. Несколько дней в микрогравитации, проведенных в скромных комфортных условиях с небольшим количеством других людей, могут стать для богатых людей очень приятным способом разбавить монотонность отдыха в Хэмптоне или на частном острове на Багамах. На низкой орбите, защищенной магнитным полем Земли, опасность солнечной радиации снижается до вполне приемлемого уровня и, вероятно, не хуже, чем дюжина поездок на частном самолете. Секс в микрогравитации, несомненно, станет в этом веке эквивалентом клуба Mile High Club, который был так популярен среди первых путешественников 1960-х и 1970-х годов.
Но после нескольких забавных дней, проведенных на орбите Земли, наблюдая за тем, как шампанское пузырится вокруг головы, и после неизбежной катастрофы Mars Colony One, мы примем тот факт, что роботизированные миссии - это настоящее будущее. И тогда мы будем экспоненциально расширять наши знания о Вселенной вместо того, чтобы тратить сотни миллиардов долларов на бесполезные тупиковые мечты фанбоев.
Ну что, как вас статья? Если было интересно , подпишись!
#космос исследование #космос #наука
Еще по теме здесь: Космос.
Источник: Почему не существует космических цивилизаций?.