Почему у нас нет искусственной гравитации в космосе?

30 Октября 2017 в 14:30, Илья Хель 20 529 просмотров 34

Поместите человека в космос, подальше от гравитационных пут земной поверхности, и он будет ощущать невесомость. Хотя все массы Вселенной все еще будут воздействовать на него гравитационно, они также будут притягивать и любой космический аппарат, в котором находится человек, поэтому он будет плавать. И все же по телевизору нам показывали, что экипаж некоего космического судна вполне успешно ходит ногами по полу при любых условиях. Для этого используется искусственная гравитация, создаваемая установками на борту фантастического судна. Насколько это близко к реальной науке?

Капитан Габриэль Лорка на мостике «Дискавери» во время имитации битвы с клингонцами. Весь экипаж притягивается искусственной силой тяжести, и это как бы уже канон

Касательно гравитации, большим открытием Эйнштейна стал принцип эквивалентности: при равномерном ускорении система отсчета неотличима от гравитационного поля. Если бы вы были на ракете и не могли видеть Вселенную через иллюминатор, вы бы и понятия не имели о том, что происходит: вас тянет вниз сила гравитации или же ускорение ракеты в определенном направлении? Такой была идея, которая привела к общей теории относительности. Спустя 100 лет это самое правильное описание гравитации и ускорения, которое нам известно.

Идентичное поведение мяча, падающего на пол в летящей ракете (слева) и на Земле (справа), демонстрирует принцип эквивалентности Эйнштейна


Есть и другой трюк, как пишет Итан Зигель, который мы можем использовать, если захотим: мы можем заставить космический корабль вращаться. Вместо линейного ускорения (вроде тяги ракеты) можно заставить работать центростремительное ускорение, чтобы человек на борту чувствовал внешний корпус космического корабля, подталкивающий его к центру. Такой прием был использован в «Космической одиссее 2001 года», и если бы ваш космический корабль был достаточно большим, искусственная сила тяжести была бы неотличима от настоящей.

Только вот одно но. Три этих типа ускорения — гравитационное, линейное и вращательное — единственные, которые мы можем использовать для имитации эффектов гравитации. И это огромная проблема для космического аппарата.

Концепт станции 1969 года, которая должна была собираться на орбите из отработанных этапов программы «Аполлон». Станция должна была вращаться на своей центральной оси для создания искусственной гравитации

Почему? Потому что если вы хотите отправиться в другую звездную систему, вам нужно будет ускорить ваш корабль, чтобы туда добраться, а затем замедлить его по прибытии. Если вы не сможете оградить себя от этих ускорений, вас ждет катастрофа. Например, чтобы ускориться до полного импульса в «Звездном пути», до нескольких процентов световой скорости, придется испытать ускорение в 4000 g. Это в 100 раз больше ускорения, которое начинает препятствовать кровотоку в теле.

Запуск космического шаттла «Колумбия» в 1992 году показал, что ускорение протекает на протяжении длительного периода. Ускорение космического корабля будет во много раз выше, и человеческое тело не сможет с ним справиться

Если вы не хотите быть невесомым во время длительного путешествия — чтобы не подвергать себя ужасному биологическому износу вроде потери мышечной и костной массы — на тело постоянно должна действовать сила. Для любой другой силы это вполне легко сделать. В электромагнетизме, например, можно было бы разместить экипаж в проводящей кабине, и множество внешних электрических полей просто исчезли бы. Можно было бы расположить две параллельные пластины внутри и получить постоянное электрическое поле, выталкивающее заряды в определенном направлении.

Если бы гравитация работала таким же образом.

Такого понятия, как гравитационный проводник, просто не существует, как и возможности оградить себя от гравитационной силы. Невозможно создать однородное гравитационное поле в области пространства, например, между двумя пластинами. Почему? Потому что в отличие от электрической силы, генерируемой положительными и отрицательными зарядами, существует только один тип гравитационного заряда, и это масса-энергия. Гравитационная сила всегда притягивает, и от нее никуда не скрыться. Вы можете лишь использовать три типа ускорения — гравитационное, линейное и вращательное.

Подавляющее большинство кварков и лептонов во Вселенной состоит из материи, но у каждого из них существуют и античастицы из антиматерии, гравитационные массы которых не определены

Единственный способ, с помощью которого можно было бы создать искусственную гравитацию, которая защитит вас от последствий ускорения вашего корабля и обеспечит вам постоянную тягу «вниз» без ускорения, будет доступен, если вы откроете частицы отрицательной гравитационной массы. Все частицы и античастицы, которые мы нашли до сих пор, обладают положительной массой, но эти массы инерциальны, то есть о них можно судить только при создании или ускорении частицы. Инерционная масса и гравитационная масса одинаковы для всех частиц, которые мы знаем, но мы никогда не проверяли свою идею на антиматерии или античастицах.

В настоящее время проводятся эксперименты именно по этой части. Эксперимент ALPHA в ЦЕРН создал антиводород: стабильную форму нейтральной антиматерии, и работает над изолированием ее от всех других частиц. Если эксперимент будет достаточно чувствительным, мы сможем измерить, как античастица попадает в гравитационное поле. Если падает вниз, как и обычное вещество, то у нее положительная гравитационная масса и ее можно использовать для строительства гравитационного проводника. Если падает в гравитационном поле вверх, это все меняет. Один лишь результат, и искусственная гравитация может внезапно стать возможной.

Возможность получения искусственной гравитации невероятно манит нас, но основана на существовании отрицательной гравитационной массы. Антиматерия может быть такой массой, но мы пока этого не доказали

Если антиматерия имеет отрицательную гравитационную массу, то при создании поля из обычного вещества и потолка из антивещества, мы могли бы создать поле искусственной гравитации, которое всегда тянуло бы вас вниз. Создав гравитационно-проводящую оболочку в виде корпуса нашего космического корабля, мы защитили бы экипаж от сил сверхбыстрого ускорения, которые в противном случае стали бы смертельными. И что самое крутое, люди в космосе не испытывали бы больше негативных физиологических эффектов, которые сегодня преследуют астронавтов. Но пока мы не найдем частицу с отрицательной гравитационной массой, искусственная гравитация будет получаться только за счет ускорения.

Почему у нас нет искусственной гравитации в космосе?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

34 комментария

  1. SithV

    чет не совсем понимаю этих аналогий с электричеством... если даже и будет пол из материи, а потолок из антиматерии разве человека просто не расплющит или тупо вожмет в поверхность в такой давилке? мы же не элементарные частицы чтоб пролетать между 2мя пластинами с разными знаками...
    и кстати странная гипотеза о том что антиматерия имеет отрицательную массу, почему все должно иметь плюс и минус? похоже что самый реалистичный способ создания гравитации это центростремительное ускорение...

    (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  2. nubulla

    Пока ни кто не знает что такое гравитация. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  3. alexej

    Спасибо автору за статью. Я уловил разницу между инерциальной массой частиц и их поведением в гравитационном поле. Чтобы узнать в какую сторону "падает" антивещество, нужно сначала накопить его в достаточном количестве, чтобы их массу могли почувствовать весы. А потом взвесить их, да при этом нужно упаковать антивещество в безопасную ловушку, чтобы оно не могло аннигилировать коснувшись обычного вещества упаковки. Это будет очень интересный, энергоёмких и дорогой эксперимент.

    • Kvazar666

      alexej, Уже все давно накоплено и проверенно, аннттвещество так же подчиняется гравитации как и обычное вещество.

      • alexej

        Kvazar666, Я думаю, у природы должна быть симметрия. Это, к стати, один из важных принципов проверок различных теорий. Так вот, если ести материя, которая притягивает - значит должно быть нечто, которое отталкивает. Пусть это не антиматерии, но какой-то другой Тим. Например преславутая темная материя, которую никто не видел и не пробовал на осчупь, или ещё какой-нибудь тип вещества, пусть даже только теоретически возможен. Главное, что он имеет свойство в гравитационном поле падать вверх, и сам генерирует антигравитацию поле. Почему нет? Где закон природы который бы это запрещал. Только не говорите мне - "этого не может быть, потому что этого не может быть никогда", или "потому что мы это ещё не обнаружили, или это теоретически не предсказали". Потому что мы очень много чего ещё не предсказали и не обнаружили. Ещё 100 лет назад гадали, что человек сойдёт с ума от скорости, едва разогнавшись быстрее сотни километров в час. Сейчас это смешно, но тогда это был серьезный вопрос над которым думали серьезные умы. Как и сейчас, над ярыми оптимистами посмеивались. Но последние оказались во многократно правы. Вселенная способна удивлять даже самых умных.

  4. lexa

    Так и не понял почему нельзя сделать искусственную гравитацию из центробежной силы?

    • Kvazar666

      lexa, Так можно же, только это будет симуляция гравитации.

    • PROVOCATOR

      lexa, Создать можно, но есть два ограничения:
      1. Если диаметр отстояния от центра вращения не достаточно велик, то, грубо говоря, ваша голова и ваши ноги будут испытывать разную силу притяжения.
      Та же проблема при перемещении между уровнями такой вращающейся станции в радиальном направлении - чем ближе к оси вращения, тем гравитация будет меньше.
      2. С помощи вращения гравитацию можно создать, но не уменьшить. Для проблемы уменьшения гравитации в ускоряющемся теле на данный момент вообще нет вариантов решения, кроме гипотетической антигравитации.
      Почему не применяют на орбитальных станциях эффект центрифуги? Исключительно по причине номер 1. Станции не достаточно велики.
      Конечно, вполне могли бы создать отдельный вращающийся модуль на длинной штанге для периодического посещения и тренировок, но мы не на той стадии развития космической отрасли, когда можно удвоить стоимость станции ради здоровья отдельных космонавтов(которые, с точки зрения экономики, просто мясо). (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  5. cockitel

    В "Пространствe" все прeдпочитают летать на двигателях Эпштейна при равноускоренном движении в 1g. Потом корабль перeворачивается и начинается торможение с этой же скоростью. Таким образом, обитатели корабля большую часть полёта наслаждаются земной гравитацией.
    На наших современных керосинках так конечно не полетаешь. Импульс в течении нескольких минут дал и болтайся дальше в нeвeсомости.

  6. F5F

    Во первых: Антиматерия это всего лишь зеркальное отражение материи, происходит как бы деление самой материи имея равнозначную энергию, не более того, а гравитация влияет на материю лишь направлением. Во вторых: Чтоб создать гравитацию надо всего лишь саму материю из чего состоит вселенная, в точке где вы это хотите сделать, собрать в огромном количестве, плюс ко всему для создания земного притяжения, пол корабля должен весить не мень ше земли по всей плоскости, а это уже несколько земель, зато с одной стороны вы будете ходить по полу а с другой стороны по потолку, даже можно будет ходить по рёбрам, а в центре дырку сделать, для релакса в невесомости. Так что ребята, обломитесь, не видать вам антигравитации! Короче кораблик должен весить не меньше 10 земель, чтоб разравнять по всей плоскости коробля земную гравитацию, очень тяжёленький кораблик получится! В третьих: Гравитация зависит от плотности так сказать тёмной материи в той точке, в которую должна падать внутрь сама материя и уплотнятся с увиличением тёмной материей, если рядом будет материя, заметьте! "Тёмная материя" и "Материя" разные вещи!!!

  7. shishkanews

    В "Пространстве" все предпочитают летать на двигателях Эпштейна при равноускоренном движении в 1g. Пoтoм корабль переворачивается и начинается торможение с этой же скоростью. Таким образом, обитатели корабля большую часть полёта наслаждаются земной гравитацией.
    На наших современных керосинках так конечно не полетаешь. Импульс в течении нескольких минут дал и болтайся дальше в невесомости.

  8. shishkanews

    Ytgjyznyj

  9. bla-3

    Не совсем все же понятно. Ну будет у нас пол из вещества с положительной гравитацией, потолок из вещества с отрицательной, но разве этого достаточно для силы в 1g? Для этого же вся масса планеты врод нашей требуется.

  10. PROVOCATOR

    В каком-то фантастическом романе было описание "сферы"- части корабля, которая накапливала в себя избыточные перегрузки, в течении разгона, а затем потихоньку их отдавала, на протяжении длительного времени, выравнивая таким образом нагрузку, не только на организм пилота, но и на весь корабль.
    Интересно, откуда взята идея? Существует ли концептуальный, гипотетически обоснованный прототип? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  11. PROVOCATOR

    В каком-то фантастическом романе, на летательном аппарате была установлена "сфера", поглощающая избыточные перегрузки при разгоне и торможении. А затем она постепенно "разряжалась" незначительно увеличивая гравитационное поле когда ускорения уже нет.
    Интересно, есть ли у подобного концепта прототип, гипотетическое обоснование?
    На каком принципе может быть основано? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  12. botan

    Думаю искусственная гравитация это трение частиц - вызвать это можно как звуком так и электричеством. Вопрос как удержать порог ведь у каждой частицы есть точка разпада. И почему нужна центровая когда стены коробля могут быть ядро с положительной а дно и верх как излучатели. Вы когда делаете магнит из гвоздя направление есть но это не кинетическая а она нужна. Экран кинескопа может наэлектризовать пыль (придел есть?) это кинетическая от элекры. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  13. baa

    Полпути разгоняемся с 1g, полпути тормозим.
    Если мы научимся управлять гравитацией, то комфорт в полете - приятный побочный эффект.

  14. 1GENKA

    Объясните пожалуйста зачем разгоняться с 4000g чтоб преодолевать большие расстояния. Почему нельзя разгоняться с ускорением скажем 4g? Да, дольше, но комфортней и безопасней. Я так понимаю что большие ускорения могут требоваться только чтоб оторваться от планеты. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • Qixis

      1GENKA, Большие ускорения вообще ни для чего не нужны. Если ты ускоряешься, значит ты уже отрываешься от планеты. Просто сейчас нет двигателей которые могут равномерно ускорять корабль в течении большого времени.

  15. seme4ka

    Спасибо за статью (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  16. Hi_newsMan

    "Почему у нас нет искусственной гравитации в космосе?"

    Потому что люди не знают что это такое и как это работает.

    • Qixis

      Hi_newsMan, Люди знают что это такое и как оно работает. Просто нет возможности сделать ее вручную.

      • Hi_newsMan

        Qixis, Пока это не сделают, всё это теории без доказательств.
        Вот когда повотрят гравитацию, тогда и можно будет говорить что знают.
        В ином случае это всё пустозвонство с умной рожей.

  17. zibeltbg

    Они и електрический ток не знают, что ето, ничего, что управляют, никто не видел его, математика предположение, но не доказательство, может так, а может и не так точно. Не доверяйтесь науку всегда. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  18. KOT_da_Vinchi

    Псевдогравитацией не заменить настоящую гравитацию, потому, что это влияние гравитационного поля, а не влияние силы. Гравитация подобна электромагнетизму, гравитационные потенциалы притягивают и отталкиваются или притягивают и притягиваются с удвоенной силой, как магнитные полюса. Воздействие гравитационного поля подобно воздействию поля электромагнитного, и ничем не заменить эти воздействия. Воздействие электромагнитного поля безо всяких компенсаций необходимо живым организмам, как и воздействие гравитационного поля необходимо безо всяких компенсаций, как центробежная сила или прочие силы.

    Можно создать искусственную гравитацию, но для этого необходимо много энергии, чтобы могла левитировать масса в гравитационном поле Земли (горб пророка Магомета), как подобное происходит при эффекте Мейснера-Оксенфельда в электромагнитном поле, это называют по глупости называют антигравитацией, а на самом деле воздействие двух одноимённых гравитационных полей. Тогда искусственная гравитация будет поднимать космические корабли и создавать в области космического корабля своё притяжение, что есть... Физика и ничего более.

  19. KOT_da_Vinchi

    Иногда просто диву даёшься, что относительно чего-то: Как же необразованно человечество или запудрены мозги человечеству!

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.