Jucându-ne cu relativitatea

În condițiile relativității generale, pentru cineva aflat într-o zonă cu gravitație mare timpul va trece mai încet decât pentru cineva aflat într-o zonă cu gravitație mică. Această teorie a fost testată folosind sateliții din atmosferă. Prin ceasurile amplasate pe acești sateliți, timpul s-a scurs puțin mai rapid față de cele ale oamenilor de pe planetă. (Deși, tehnic vorbind, nu la fel de rapid cât ar fi putut să se scurgă pentru că sateliții călătoresc mai rapid decât oamenii de pe planetă, și, în acest mod, timpul încetinește puțin pentru ei). Presupunem că acest lucru de datorează timpului de deviere al spațiului și masei. Dar, cum ar fi dacă s-ar datora gravitației?

Să ne imaginăm că am avea o navă spațială care ar controla timpul, care s-ar scurge independent față de viteza navei. În timp ce nava parcurge spațiul, timpul ar încetini pentru pasageri. Totuși, ar încetini numai pentru viteza (timpului) apropiată de viteza (navei spațiale). Dacă am putea controla viteza navei spațiale, și am controla și viteza timpului, atunci noi am controla toate dimensiunile navei spațiale însăși. Ultimul lucru pe care ar trebui să îl controlăm ar fi gravitația. Deodată, am putea simți câmpul gravitațional apropiat pentru orice exces în încetinirea timpului pe care am putea-o induce.
Aceasta pare a fi calea teoretică perfectă de a induce un câmp gravitațional acolo unde nu există vreunul. Singura problemă ar fi că, atunci când am putea face acest lucru, noi am fi stăpânii timpului și spațiului. De ce ne-ar mai interesa atunci gravitația artificială?!

Materia neagră

Se spune că materia neagră, materie cu care nu am putut interacționa pe nicio cale directă, există. Noi știm că ea este acolo undeva pentru că îi putem observa efectele gravitaționale. Dar dacă această substanță misterioasă străbate universul, fără a avea un efect asupra nimănui cu excepția forței gravitaționale pe care o exercită, aceasta ar fi o cale perfectă a avea o navă gravitată de ea.


Care ar putea fi problema? Să facem o simulare.
„Căpitane, plutim! Unitatea de gravitație artificială cedează! Este o problemă cu materia neagră!”
„Poți să repari problema?”
„Nu, noi putem detecta materia neagră doar prin observarea efectelor ei gravitaționale, deci atunci când gravitația cedează, întreaga unitate de gravitație artificială dispare.”
„Atunci o să plutim până când o să murim.”
Un sistem care poate fi reparat doar atunci când funcționează la parametrii optimi trebuie să fie destul de exagerat.

O gaură neagră portabilă

Găurile negre sunt spații în care materia a devenit atât de densă încât ea a colapsat într-un singur punct. Acel punct este încă plin de materie și exercită o forță gravitațională asupra universului din jur. Găurile negre nu sunt ucigașii universului, așa cum sunt adesea văzute. Galaxia noastră, lafel ca majoritatea galaxiilor, se rotește în jurul unei găuri negre supermasive care nu face niciun rău nimănui. Ea menține Calea Lactee într-o continuă rotație în jurul ei și o împinge spre ea. O gaură neagră similară ar putea face acest lucru unei nave spațiale.

Bineînțeles, aceasta nu ar trebui să fie la fel de masivă ca cea din centrul Căii Lactee. De fapt, ar trebui să fie doar suficient de masivă încât să exercite o forță gravitațională ca a Pământului, lăsând deoparte masa Pământului. Construiește o ambarcațoine sferică în jurul ei – fără a fi nevoie de aerodinamică în spațiu – și simte-te așezat în mijlocul navei.

Nimeni nu ar trebui să se îngrijoreze de pericolul de colapsare al navei. Atât timp cât gaura neagră stabilită exercită doar o gravitație egală cu cea a Pământului la distanța la care este față de navă, construcțiile din jurul ei ar trebui proiectate la gravitația normală a Pământului – la fel cum este construită orice clădire pe Pământ. În plus, noi ar trebui să găsim o cale prin care să ținem gaura neagră unde vrem și să o putem muta dacă dorim acest lucru.
Gaura neagră reușește să rezolve problema spațiului, dar întâmpină altă problemă – cea a masei. Deși o gaură neagră centrală ar fi ideală pentru stații spațiale, ea nu ar fi potrivită pentru navele spațiale. O navă spațială care ar călători în apropierea găurii negre ar trebui să tragă după ea masa găurii negre. În acest mod nu se poate explora spațiul.

Rotirea navei

Câteodată, cele mai bune soluții sunt cele simple. Așa cum unii oameni au observat, urcarea liftului îi face să simtă, pentru un moment, o presiune exercitată asupra picioarelor. Pe altă parte, în timp ce același lift coboară, ei se simt, pentru un moment, imponderabili. Explicația acestui fenomen este simplă – accelerația constantă are același efect ca și gravitația într-un mediu închis.
Dar mișcarea liniară este greu de obținut – ar trebui să îți planifici călătoriile astfel încât să accelerezi pe jumătate de distanță și apoi să întorci nava și să decelerezi pe cealaltă jumătate de distanță. Astfel, în loc de mișcare liniară, o navă spațială poate folosi mișcarea circulară. Învârte în cerc, în jurul tău, o găleată plină cu apă, iar apa va sta în cerc ca și cum ar fi ținută acolo de gravitație. Direcția de mișcare a găleții nu are prea mare importanță atât timp cât aceasta se mișcă în cerc suficient de rapid. Apa este întotdeauna trasă spre înăuntru, către centrul cercului și astfel ea întotdeauna stă aplatizată, ca și cum ar fi trasă spre exterior.

Construiește o navă spațială de forma unui inel uriaș și programează nava să se miște într-un cerc constant, la o viteză constantă. Oamenii vor fi ‘aplatizați’ față de capătul exterior al inelului. Ei se vor simți ca și cum ar fi împinși spre acel capăt de o forță constantă. Atât timp cât inelul se rotește, acesta va aproxima gravitația. Aceasta pare a fi cea mai bună explicație pentru prezneța farfuriilor zburătoare în desene și legende. Cea mai bună cale prin care extratereștrii ar putea menține gravitația lor nativă ar fi rotirea inelului la o anumită viteză pentru ca forța gravitațională – sau lipsa acesteia – să fie compensată.
Această aproximație are totuși, niște probleme. Inelul care se rotește ar trebui să fie foarte mare iar lucrurile nu ar cădea la fel cum o fac pe Pământ. Acestea ar cădea puțin într-o parte față de locul din care au fost aruncate. Dar, această problemă ar putea fi remediată prin adaptarea vitezi navei depinzând de nevoile pasagerilor.

Cum am putea crea gravitație artificială?

V-ați întrebat vreodată de ce oamenii din filme sci-fi precum Star Trek sau Star Wars merg în loc să plutească în navele lor spațiale? Răspunsul este simplu – gravitația artificială. Aceasta este prezentă în orice film sci-fi. Dar oare noi o putem crea?

În spațiu este foarte greu să se filmeze. De exemplu, după ce noi am aranja cu pricepere mâncare pe o masă a navei spațiale, aceasta ar începe să plutească prin navă. În acest mod nu s-ar putea produce niciun film. Scenele din filme petrecute în spațiu au fost aproape întotdeauna filmate pe Pământ. Astfel, acesta a fost un lucru bun pentru că a împiedicat atrofierea mușchilor actorilor, denaturarea presiunii sângelui, menținerea fluidelor corporale acolo unde acestea ar trebui să fie și a împiedicat oasele să devină fragile și casante.

Lipsa gravitației ne dă peste cap întregul corp, iar dacă am plănui o călătorie îndelungată în spațiu, ar trebui să găsim o cale să simulăm gravitația pe care o avem pe Pământ. Dar cum am putea face asta? Mulți oameni au gândit această problemă și în continuare vom analiza câteva sugestii.

Relieful planetei Mercur

Întreaga suprafaţă vizibilă a lui Mercur este acoperită cu cratere de impact. Din cauza gravitaţiei (de două ori mai mare decât pe Lună), straturile de materie expulzate în urma impactului sunt groase şi se află la distanţe mici faţă de craterele din care au fost aruncate.

Craterele de impact au diferite dimensiuni, de la cratere mici şi concave, de forma unei cupe, până la un bazin cu diametrul egal cu un sfert de planetă.

Un bazin deosebit de impresionant este bazinul Caloris, care a fost provocat de un asteroid cu diametrul de 100 de km, acum 4 miliarde de ani.  După câteva minute de la formarea acestuia, undele de şoc cauzate de impact s-au focalizat pe partea opusă a planetei, provocând o ridicare masivă într-o zonă de 250000 de km2 şi apariţia unor creste. Aceste creste, cu înălţimi de până la 1.8 km şi lăţimi de 5-10 km sunt unice şi se află dispuse de la nord la sud pe toată suprafaţa lui Mercur.

Alte cratere de impact sunt Craterul Brahms, în vârstă de 3.5 miliarde de ani şi provocat de un asteroid cu diametrul de 97 km sau Craterul Bach, format acum 4 miliarde de ani de un asteroid cu un diametru de 214 km.

Printre cratere, se găsesc câmpii plate de lavă bazaltică solidificată şi culmi cu o înălţime de 1-3 km şi o lungime de până la 500 km.

În ultimul miliard de ani, impacturile au fost mult mai rare, vulcanismul a încetat şi suprafaţa planetei s-a schimbat puţin. Pe măsură ce Mercur s-a răcit, s-a contractat, diametrul scăzând cu 0.1%.

Energia Neagră

Noile descoperiri au rezultat în urma studiilor asupra unor supernove de tip la (foto) din galaxii îndepărtate.

Analizând stălucirea aparentă a acestora se pot calcula distanţele la care se află şi, comparând aceste distanţe cu deplasările spre roşu ale galaxiilor în care se găsesc, se poate calcula cât se repede s-a extins Universul în diferite perioade.

Calculele au arătat că expansiunea Universului accelerează şi că o forţă de respingere se opune gravitaţiei, făcând materia să se dezintegreze. Această forţă a fost numită energie neagră. Natura ei exactă nu este cunoscută, deşi pare similară cu forţa opusă gravitaţiei, menţionată de Albert Einstein în cadrul relativităţii generale şi numită  „constantă cosmologică”.

Existenţa energiei negre există lipsa din Univers a masei-energie necesare pentru ca acesta să fie plat şi modifică numărul situaţiilor posibile în viitorul Universului.