Plasser en person i rommet, vekk fra gravitasjonsbåndene på jordoverflaten, så vil han føle vektløshet. Selv om alle massene av universet fremdeles vil virke gravitasjonelt mot ham, vil de også tiltrekke seg ethvert romfartøy som personen er i, så han vil flyte. Og likevel, på TV, ble vi vist at mannskapet på et visst romfartøy ganske vellykket går på gulvet med føttene under noen forhold. For å gjøre dette brukes kunstig tyngdekraft, skapt av installasjoner om bord på et fantastisk skip. Hvor nær er dette med ekte vitenskap?
Kaptein Gabriel Lorca på Discovery bridge under en simulert kamp med Klingons. Hele mannskapet blir tiltrukket av kunstig tyngdekraft, og dette er som en kanon
Angående tyngdekraften var Einsteins store oppdagelse prinsippet om ekvivalens: med ensartet akselerasjon er referanserammen ikke skille fra gravitasjonsfeltet. Hvis du var på en rakett og ikke kunne se universet gjennom et vindu, ville du ikke ha noen anelse om hva som skjer: blir du trukket ned av tyngdekraften eller akselerasjonen av raketten i en viss retning? Dette var ideen som førte til generell relativitet. 100 år senere er dette den mest nøyaktige beskrivelsen av tyngdekraft og akselerasjon som vi kjenner.
Den samme oppførselen til en ball som treffer gulvet i en rakett i flukt (til venstre) og på jorden (til høyre) demonstrerer Einsteins ekvivalensprinsipp
Det er et annet triks, sier Ethan Siegel, som vi kan bruke hvis vi vil: vi kan få romskipet til å snurre. I stedet for lineær akselerasjon (som skyvekraften til en rakett), kan centripetal akselerasjon gjøres slik at personen ombord kan føle det ytre skroget til romfartøyet skyve det mot sentrum. Dette var trikset som ble brukt i 2001 A Space Odyssey, og hvis romskipet ditt var stort nok, kunne kunstig tyngdekraft ikke skilles fra ekte tyngdekraft.
Bare en men. Disse tre akselerasjonstypene - tyngdekraft, lineær og roterende - er de eneste som vi kan bruke for å simulere virkningene av tyngdekraften. Og dette er et stort problem for romskipet.
Konseptet med 1969-stasjonen, som skulle samles i bane fra de brukte fasene av Apollo-programmet. Stasjonen måtte rotere på sin sentrale akse for å skape kunstig tyngdekraft
Hvorfor? For hvis du vil reise til et annet stjernesystem, må du få fart på skipet ditt for å komme dit, og deretter senke det ved ankomst. Hvis du ikke kan isolere deg fra disse akselerasjonene, venter katastrofe deg. For å akselerere til full impuls i Star Trek, opptil noen få prosent av lysets hastighet, vil man for eksempel måtte oppleve en akselerasjon på 4000 g. Dette er 100 ganger akselerasjonen som begynner å hindre blodstrømmen i kroppen.
Salgsfremmende video:
Lanseringen av Space Shuttle Columbia i 1992 viste akselerasjon over en lang periode. Akselerasjonen av romskipet vil være mange ganger høyere, og menneskekroppen vil ikke være i stand til å takle det.
Hvis du ikke vil være vektløs på en lang reise - for ikke å utsette deg for fryktelig biologisk slitasje, for eksempel tap av muskler og beinmasse, må du hele tiden utøve kraft på kroppen. For enhver annen styrke er dette ganske enkelt å gjøre. Ved elektromagnetisme kan man for eksempel plassere mannskapet i en ledende cockpit og mange eksterne elektriske felt ville ganske enkelt forsvinne. Det ville være mulig å anordne to parallelle plater inni og få et konstant elektrisk felt, skyve ladningene i en viss retning.
Hvis tyngdekraften fungerte på samme måte.
Et slikt konsept som en gravitasjonsleder eksisterer rett og slett ikke, så vel som evnen til å beskytte seg mot gravitasjonskraft. Det er umulig å skape et ensartet tyngdekraftfelt i et område med rom, for eksempel mellom to plater. Hvorfor? For i motsetning til den elektriske kraften som genereres av positive og negative ladninger, er det bare en type gravitasjonsladning, og det er masseenergi. Tyngdekraft tiltrekker seg alltid, og det er ingen steder å gjemme seg for. Du kan bare bruke tre typer akselerasjon - tyngdekraft, lineær og roterende.
Det overveldende flertallet av kvarker og leptoner i universet består av materie, men hver av dem har også antipartikler fra antimaterie, hvis gravitasjonsmasser ikke er bestemt
Den eneste måten å lage kunstig tyngdekraft som vil beskytte deg mot virkningene av skipets akselerasjon og gi deg konstant nedadgående skyvekraft uten akselerasjon, ville være tilgjengelig hvis du oppdaget partikler med negativ gravitasjonsmasse. Alle partikler og antipartikler som vi hittil har funnet, har en positiv masse, men disse massene er treghet, det vil si at de bare kan bedømmes når en partikkel er opprettet eller akselerert. Tretthetsmasse og gravitasjonsmasse er de samme for alle partikler som vi kjenner, men vi har aldri testet ideen vår på antimateriale eller antipartikler.
For øyeblikket blir det utført eksperimenter med akkurat denne delen. ALPHA-eksperimentet ved CERN har skapt antihydrogen: en stabil form for nøytralt antimaterie, og jobber for å isolere det fra alle andre partikler. Hvis eksperimentet er følsomt nok, kan vi måle hvordan en antipartikkel treffer et gravitasjonsfelt. Hvis den faller ned, som vanlig materie, har den en positiv gravitasjonsmasse og kan brukes til å bygge en gravitasjonsleder. Hvis den faller opp i tyngdefeltet, endrer det alt. Ett resultat, og kunstig tyngdekraft kan plutselig bli mulig.
Muligheten for å oppnå kunstig tyngdekraft vinker oss utrolig, men den er basert på eksistensen av negativ gravitasjonsmasse. Antimatter kan være så massivt, men vi har ikke bevist det ennå
Hvis antimaterie har negativ gravitasjonsmasse, kan vi lage et kunstig tyngdekraftfelt som alltid vil trekke deg ned ved å lage et felt med vanlig materie og et tak med antimaterie. Ved å lage et gravitasjonsledende skall i form av skroget til romfartøyet vårt, ville vi beskytte mannskapet mot ultrasnelle akselerasjonskrefter som ellers ville bli dødelige. Og best av alt, mennesker i verdensrommet ville ikke lenger oppleve de negative fysiologiske effektene som plager astronauter i dag. Men inntil vi finner en partikkel med negativ gravitasjonsmasse, vil kunstig tyngdekraft bare oppnås gjennom akselerasjon.
Ilya Khel
