Interstellaire. Science dans les coulisses "- un livre pour ceux qui ne sont pas satisfaits du film

2024 Auteur: Malcolm Clapton | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 03:55

Lifehacker publie un extrait d'un livre de Kip Thorne, un physicien théoricien américain, auteur de l'idée du film Interstellar. De nombreuses théories et idées physiques modernes sont imbriquées dans l'intrigue de l'image, dont l'explication s'est avérée pour la plupart dans les coulisses. Par conséquent, nous sommes sûrs que le livre plaira à la fois aux cinéphiles et à ceux qui s'intéressent à la physique.

Vol interstellaire

Lors de la première réunion, le professeur Brand parle à Cooper des expéditions de Lazare pour trouver un nouveau foyer pour l'humanité. Cooper répond: « Il n'y a pas de planètes habitables dans le système solaire, et l'étoile la plus proche est à mille ans. C'est, pour le moins, inutile. Alors, où les avez-vous envoyés, professeur ? » Pourquoi cela est inutile (s'il n'y a pas de trou de ver à portée de main), c'est clair si vous pensez à quelle distance sont les étoiles les plus proches.

Distances aux étoiles les plus proches

L'étoile la plus proche (sans compter le Soleil) dans le système duquel se trouve une planète propice à la vie est Tau Ceti. Elle est à 11,9 années-lumière de la Terre; c'est-à-dire qu'en voyageant à la vitesse de la lumière, il sera possible de l'atteindre dans 11, 9 ans. Théoriquement, il peut y avoir des planètes propices à la vie, qui sont plus proches de nous, mais pas de beaucoup.

Pour évaluer à quelle distance Tau Ceti est de nous, utilisons une analogie à une échelle beaucoup plus petite. Imaginez que c'est la distance de New York à Perth en Australie - environ la moitié de la circonférence de la terre. L'étoile la plus proche de nous (encore une fois, sans compter le Soleil) est Proxima Centauri, à 4, 24 années-lumière de la Terre, mais il n'y a aucune preuve qu'il puisse y avoir des planètes habitables à côté d'elle. Si la distance jusqu'à Tau Ceti est New York - Perth, alors la distance jusqu'à Proxima Centauri est New York - Berlin. Un peu plus près que Tau Ceti ! De tous les vaisseaux spatiaux sans pilote lancés par les humains dans l'espace interstellaire, Voyager 1, qui est maintenant à 18 heures-lumière de la Terre, a atteint le plus loin. Son voyage a duré 37 ans. Si la distance à Tau Ceti est la distance de New York à Perth, alors la distance de la Terre à Voyager 1 n'est que de trois kilomètres: de l'Empire State Building à la limite sud de Greenwich Village. C'est beaucoup moins que de New York à Perth.

C'est encore plus proche de Saturne depuis la Terre - 200 mètres, à deux pâtés de maisons de l'Empire State Building à Park Avenue. De la Terre à Mars - 20 mètres, et de la Terre à la Lune (la plus grande distance parcourue jusqu'à présent) - seulement sept centimètres ! Comparez sept centimètres avec un demi-tour du monde ! Comprenez-vous maintenant quel saut technologique doit se produire pour que l'humanité puisse conquérir des planètes en dehors du système solaire ?

Vitesse de vol au XXIe siècle

Voyager 1 (accéléré avec des frondes gravitationnelles autour de Jupiter et Saturne) s'éloigne du système solaire à une vitesse de 17 kilomètres par seconde. Dans Interstellar, la sonde Endurance voyage de la Terre à Saturne en deux ans, à une vitesse moyenne d'environ 20 kilomètres par seconde. La vitesse la plus élevée atteignable au 21e siècle lors de l'utilisation de moteurs de fusée en combinaison avec des frondes gravitationnelles sera, à mon avis, d'environ 300 kilomètres par seconde. Si nous voyageons à Proxima Centauri à 300 kilomètres par seconde, le vol prendra 5 000 ans et le vol vers Tau Ceti prendra 13 000 ans. Quelque chose de trop long. Pour atteindre une telle distance plus rapidement avec les technologies du XXIe siècle, vous avez besoin de quelque chose comme un trou de ver.

Technologies du futur lointain

Des scientifiques et des ingénieurs douteux se sont donné beaucoup de mal pour développer les principes des futures technologies qui feraient du vol proche de la lumière une réalité. Vous trouverez suffisamment d'informations sur ces projets sur Internet. Mais je crains qu'il ne faille plus de cent ans avant que les gens puissent leur donner vie. Cependant, à mon avis, ils convainquent que pour les civilisations super-développées, voyager à des vitesses d'un dixième de la vitesse de la lumière et plus est tout à fait possible.

Voici trois options de voyage en quasi-lumière que je trouve particulièrement intéressantes*.

Fusion thermonucléaire

La fusion est la plus populaire de ces trois options. Les travaux de recherche et développement sur la création de centrales électriques basées sur la fusion thermonucléaire contrôlée ont débuté en 1950, et ces projets ne seront couronnés d'un plein succès qu'en 2050. Un siècle de recherche et développement !

Cela en dit long sur l'ampleur de la complexité. Que les centrales thermonucléaires apparaissent sur Terre d'ici 2050, mais que dire des vols spatiaux à poussée thermonucléaire ? Les moteurs des conceptions les plus réussies seront capables de fournir des vitesses d'environ 100 kilomètres par seconde, et d'ici la fin de ce siècle, probablement jusqu'à 300 kilomètres par seconde. Cependant, pour les vitesses proches de la lumière, un tout nouveau principe d'utilisation des réactions thermonucléaires sera nécessaire. Les possibilités de fusion thermonucléaire peuvent être évaluées à l'aide de calculs simples. Lorsque deux atomes de deutérium (hydrogène lourd) fusionnent pour former un atome d'hélium, environ 0,0064 de leur masse (environ un pour cent) est converti en énergie. Si vous la convertissez en énergie cinétique (énergie de mouvement) d'un atome d'hélium, alors l'atome acquerra une vitesse d'un dixième de la vitesse de la lumière**.

Par conséquent, si nous pouvons convertir toute l'énergie obtenue à partir de la fusion du combustible nucléaire (deutérium) dans le mouvement directionnel du vaisseau spatial, nous atteindrons une vitesse d'environ c/10, et si nous sommes intelligents, même un peu plus haut. En 1968, Freeman Dyson, un physicien remarquable, a décrit et étudié un vaisseau spatial primitif propulsé par la fusion capable - entre les mains d'une civilisation suffisamment avancée - de fournir des vitesses de cet ordre de grandeur. Des bombes thermonucléaires (bombes à hydrogène) explosent immédiatement derrière l'amortisseur hémisphérique dont le diamètre est de 20 kilomètres. Les explosions poussent le vaisseau vers l'avant, l'accélérant, selon les estimations les plus audacieuses de Dyson, à un trentième de la vitesse de la lumière. Une conception plus avancée peut être capable de plus. En 1968, Dyson est arrivé à la conclusion qu'il serait possible d'utiliser un moteur de ce type au plus tôt à la fin du XXIIe siècle, dans 150 ans. Je pense que cette évaluation est trop optimiste.

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Aussi séduisantes que puissent paraître toutes ces technologies du futur, le mot « futur » est ici clé. Avec la technologie du 21e siècle, nous sommes incapables d'atteindre d'autres systèmes stellaires en moins de milliers d'années. Notre seul espoir fantomatique pour un vol interstellaire est un trou de ver, comme dans Interstellar, ou une autre forme extrême de courbure spatio-temporelle.