Дослідження, спрямовані на швидке переміщення у космосі, тривають вже давно.
Ракети, які є нашим основним засобом для цього, чудово забезпечують велику силу, але є надзвичайно неефективними. Інші варіанти, як електричний привід і сонячні вітрила, ефективні, але видають дуже малу силу, хоч і на тривалий час.
Тому вчені давно мріяли про третій метод рушіїв — той, який міг би забезпечити достатню силу на достатньо довгий час, щоб забезпечити пілотовану місію до іншої зірки за одну людську добу. Теоретично це могло б стати можливим з використанням однієї з найрідкісніших субстанцій у Всесвіті — антиматерії.
Нове дослідження Саустан Аммар Омір і Абдела Хаміда І. Мурада з Університету Об’єднаних Арабських Еміратів розглядає можливості розробки космічного рушія, що використовує антиматерію, а також пояснює, чому її так складно створити.
Антиматерія була вперше відкрита у 1932 році, коли фізик Карл Девід Андерсон виявив позитрони — антиматеріальні частинки електронів — у космічних променях, пропустивши їх через хмарну камеру. За своє відкриття він отримав Нобелівську премію з фізики в 1936 році. Перший раз антиматерію вдалося створити штучно через 20 років.
З того часу антиматерію вивчали різними способами, але найвідоміше її застосування — самознищення.
Коли протон антиматерії вступає в контакт з протонами чи нейтронами нормальної матерії, вони взаємно знищуються, вивільняючи енергію (зазвичай у вигляді гамма-променів) та високоенергетичні короткоживучі частинки, відомі як піони та каони, які рухаються зі швидкостями, близькими до релятивістських.
Теоретично, корабель міг би містити достатньо антиматерії для того, щоб спеціально викликати цей вибух самознищення, використовуючи релятивістські частинки як джерело тяги та, можливо, гамма-промені як джерело енергії.
Кількість енергії, що вивільняється при знищенні одного грама антипротонів, становить 1,8 × 10^14 джоулів — на 11 порядків більше енергії, ніж у ракетному паливі, і навіть у 100 разів більша енергетична щільність, ніж у ядерному реакторі. Як зазначають автори дослідження, “один грам антігідрогену міг би ідеально забезпечити енергією 23 космічні шатли”.
Тепер постає питання: чому ж ми досі не маємо цих чудових рушіїв?
Простою відповіддю є те, що антиматерія є складною для роботи. Оскільки вона самознищується при будь-якому контакті, її потрібно утримувати в складному електромагнітному контейменті. Найдовше, що вчені змогли утримати антиматерію, було 16 хвилин у CERN у 2016 році, і навіть тоді лише кілька атомів — а не грамів чи кілограмів, які потрібні для міжзоряного рушія.
Крім того, для створення антиматерії потрібно величезну кількість енергії, що робить її дуже дорогою. Антипотонний декелератор, великий прискорювач частинок в CERN, виробляє близько десяти нанограмів антипротонів на рік на суму кілька мільйонів доларів.
Якщо екстраполювати це, створення одного грама антиматерії потребувало б близько 25 мільйонів кВт·год енергії — достатньо для живлення маленького міста протягом року. Це також коштуватиме більше ніж 4 мільйони доларів за середні тарифи на електрику, що робить її однією з найдорожчих субстанцій на Землі.
З огляду на ці витрати та масштаб необхідної інфраструктури, дослідження антиматерії є досить обмеженими. Щороку публікується близько 100-125 статей на цю тему, що значно більше, ніж 25 у 2000 році.
Однак це порівняно з близько 1000 статей на рік про великі мовні моделі, одну з популярних форм алгоритмів, які підтримують сучасний бум штучного інтелекту. Це означає, що величезні витрати та відносно тривалий термін до будь-яких виплат обмежують фінансування та, відповідно, розвиток створення та зберігання антиматерії.
Тому, ймовірно, ще доведеться почекати, перш ніж ми зможемо створити антиматеріальний рушій. Можливо, спочатку потрібно буде створити попередні енергетичні технології, такі як термоядерний синтез, які можуть значно знизити вартість енергії та навіть дозволити проводити дослідження, які зрештою приведуть нас до цього.
Проте можливість подорожувати зі швидкостями, близькими до релятивістських, і реально досягнути іншої зірки за одне життя людини є амбітною метою, яку любителі космосу та досліджень продовжуватимуть переслідувати, незалежно від того, скільки часу це займе.
Читайте оригінальну статтю.
