Smjestite osobu u prostor, daleko od gravitacijskih veza zemljine površine, i on će osjetiti bestežinu. Iako će sve mase Svemira i dalje gravitirati na njega, one će također privući sve svemirske letjelice u kojima se osoba nalazi, pa će lebdjeti. Pa ipak, na TV-u su nam pokazali kako posada određenog svemirskog broda prilično uspješno hoda po podu pod bilo kojim uvjetima. Da biste to učinili, koristi se umjetna gravitacija, stvorena instalacijama na brodu fantastičnog broda. Koliko je ovo blizu stvarnoj znanosti?
Kapetan Gabriel Lorca na mostu Discovery tijekom simulirane bitke s Klingoncima. Čitavu posadu privlači umjetna gravitacija, a ovo je, kako se čini, kanon
Što se tiče gravitacije, Einsteinovo veliko otkriće bio je princip ekvivalencije: s jednoličnim ubrzanjem, referentni je okvir nerazlučiv od gravitacijskog polja. Da ste bili na raketi i ne biste mogli vidjeti svemir kroz prozor, ne biste imali pojma što se događa: povlačite li vas sila gravitacije ili ubrzanje rakete u određenom smjeru? To je bila ideja koja je dovela do opće relativnosti. 100 godina kasnije, ovo je najtačniji opis gravitacije i ubrzanja koje poznajemo.
Identično ponašanje kugle koja je u letu (ulijevo) i na Zemlji (desno) udarala o pod u raketu pokazuje Einsteinov princip ekvivalentnosti
Postoji još jedan trik, kaže Ethan Siegel, koji možemo koristiti ako želimo: možemo napraviti svemirski brod da se vrti. Umjesto linearnog ubrzanja (poput potiska rakete), može se natjerati da djeluje centripetalno ubrzanje, tako da osoba na brodu može osjetiti vanjski trup svemirskog broda koji ga gura prema središtu. To je bio trik korišten 2001. godine iz svemirske odiseje, a ako je vaš svemirski brod bio dovoljno velik, umjetna gravitacija ne bi se razlikovala od stvarne gravitacije.
Samo jedan ali. Ove tri vrste ubrzanja - gravitacijsko, linearno i rotacijsko - su jedine koje možemo koristiti da simuliramo efekte gravitacije. A ovo je ogroman problem za svemirske letjelice.
Koncept stanice iz 1969. koja se trebala sastaviti u orbiti iz istrošenih faza programa Apollo. Stanica se morala okretati na svojoj središnjoj osi kako bi stvorila umjetnu gravitaciju
Zašto? Jer ako želite putovati do drugog zvjezdanog sustava, morat ćete ubrzati svoj brod da biste stigli do njega, a zatim ga usporiti po dolasku. Ako se ne možete izolirati od ovih ubrzavanja, očekuje vas katastrofa. Na primjer, da biste ubrzali do punog impulsa u Zvjezdanoj stazi, do nekoliko posto brzine svjetlosti, trebalo bi iskusiti ubrzanje od 4000 g. Ovo je 100 puta veće od ubrzanja koje počinje ometati protok krvi u tijelu.
Promotivni video:
Lansiranje Space Shuttle Columbia 1992. godine pokazalo je ubrzanje tijekom dugog razdoblja. Ubrzanje svemirske letjelice bit će mnogostruko veće, a ljudsko se tijelo neće moći nositi s tim.
Ako ne želite biti bestežni na dugom putovanju - kako se ne biste izlagali groznim biološkim trošenjima, kao što su gubitak mišićne i koštane mase - na tijelo se neprestano mora izlagati sila. Za bilo koju drugu silu, to je vrlo jednostavno učiniti. Na primjer, u elektromagnetizmu, posadu bi se moglo smjestiti u vodljivi kokpit i mnoštvo vanjskih električnih polja jednostavno bi nestalo. Bilo bi moguće smjestiti dvije paralelne ploče unutra i dobiti konstantno električno polje, gurajući naboje u određenom smjeru.
Kad bi gravitacija djelovala na isti način.
Takav pojam kao gravitacijski provodnik jednostavno ne postoji, kao ni sposobnost zaštite od gravitacijske sile. Nemoguće je stvoriti jednolično gravitacijsko polje u prostoru prostora, na primjer, između dviju ploča. Zašto? Jer za razliku od električne sile generirane pozitivnim i negativnim nabojima, postoji samo jedna vrsta gravitacijskog naboja, a to je masa energije. Gravitaciona sila uvijek privlači, a nema je što sakriti od nje. Možete koristiti samo tri vrste ubrzanja - gravitacijsko, linearno i rotacijsko.
Ogromna većina kvarkova i leptona u Svemiru sastoji se od materije, ali svaki od njih ima i antičestice antimaterije, čije gravitacijske mase nisu određene
Jedini način na koji bi se mogla stvoriti umjetna gravitacija koja bi vas zaštitila od učinaka ubrzanja vašeg broda i osigurala vam stalan potisak prema dolje bez ubrzanja bio bi dostupan ako otkrijete čestice negativne gravitacijske mase. Sve čestice i antičestice koje smo dosad pronašli imaju pozitivnu masu, ali te su mase inercijalne, odnosno o njima se može suditi samo kad se čestica stvori ili ubrza. Inercijalna masa i gravitaciona masa iste su za sve čestice koje znamo, ali svoju ideju nikada nismo testirali na antimateriji ili anti česticama.
Trenutno se provode eksperimenti na ovom dijelu. Eksperiment ALPHA u CERN-u stvorio je antihidrogen: stabilan oblik neutralne antimaterije i radi na izolaciji od svih ostalih čestica. Ako je eksperiment dovoljno osjetljiv, možemo izmjeriti kako anti čestica pogodi gravitacijsko polje. Ako padne, poput uobičajene materije, tada ima pozitivnu gravitacijsku masu i može se upotrijebiti za izgradnju gravitacijskog vodiča. Ako padne u gravitacijskom polju, to sve mijenja. Jedan rezultat i umjetna gravitacija mogu iznenada postati mogući.
Mogućnost dobivanja umjetne gravitacije nevjerojatno nas privlači, ali temelji se na postojanju negativne gravitacijske mase. Antimaterija je možda tako masivna, ali to još nismo dokazali
Ako antimaterija ima negativnu gravitacijsku masu, stvaranjem polja od obične materije i stropa antimaterije mogli bismo stvoriti umjetno gravitacijsko polje koje bi vas uvijek povlačilo dolje. Stvaranjem gravitacijsko vodljive školjke u obliku trupa našeg svemirskog broda, zaštitili bismo posadu od ultrabrzih sila ubrzanja koje bi inače postale smrtonosne. I najbolje od svega, ljudi u svemiru više ne bi doživljavali negativne fiziološke učinke koje danas pate astronauti. Ali dok ne nađemo česticu s negativnom gravitacijskom masom, umjetna će gravitacija dobiti samo ubrzanjem.
Ilya Khel