مقاله افزايش سرعت و افزايش توان راكتور شتاب دهنده فضاپيما
افزايش سرعت و افزايش توان راكتور شتاب دهنده فضاپيما
يكي از جنجالي ترين بحثها در نظريه نسبيت ، رسيدن اجسام به سرعت نور است ، براي اينكه طبق معادله و نمودار زير :
msh جرم فضاپيما در حال حركت ، m0sh جرم فضاپيما در حال سكون ، v سرعت فضاپيما و c سرعت نور است . نمودار فوق براي جرم يك كيلوگرم از سفينه رسم شده است . همانطور كه مشخص است با افزايش سرعت ، جرم فضاپيما نيز افزايش پيدا مي‌كند و چون :
F نيرو ، m جرم ، a شتاب ، F0a نيروي اوليه لازم جهت شتاب دادن به فضاپيماي در حال سكون ، a شتاب مورد نظر و Fa نيروي لازم جهت شتاب دادن به فضاپيماي در حال حركت است كه در نمودار زير 10 متر بر مجذور ثانيه به ازاي هر كيلوگرم از جرم سفينه در نظر گرفته شده است .
منحني آبي رنگ همان افزايش جرم به نسبت افزايش سرعت است و منحني سبز رنگ افزايش نيروي لازم جهت شتاب 10 متر در مجذور ثانيه به نسبت افزايش جرم يك كيلوگرم از جرم سفينه است . مسلما با افزايش سرعت ، با افزايش جرم نيز مواجه خواهيم شد و براي شتاب دادن و افزودن به سرعت فضاپيما ، همواره به نيروي بيشتري نياز خواهيم داشت كه اين نيروي لازم در سرعت نور بينهايت خواهد شد ، براي اينكه جرم سفينه ما نيز در سرعت نور بينهايت ميشود . علي‌رغم اين نتيجه گيري كلي از اين معادلات ، عده‌اي بر اين باورند كه نزديك شدن به سرعت نور نيز غير ممكن است ، براي اينكه يك راكتور تامين كنند انرژي نمي‌تواند اين نيروي بسيار زياد را تامين و توليد كند و محدوديتي را كه نسبيت بنيان گذارده ، رسيدن به سرعت نور و حتي نزديك به آن را براي بشريت تبديل به يك رويا و هدف غير ممكن نموده است ، چه برسد به سرعتي بيشتر از نور . كليد گشودن اين قفل و شكستن اين محدوديت در نزديكي سرعت نور ، اين موضوع است كه فرض كنيد فضاپيما براي تامين انرژي و نيروي مورد نياز جهت شتاب گرفتن از يك راكتور هسته‌اي استفاده مي‌كند كه سوخت راكتور شكافت يا همجوشي ، طبق معمول يك عنصر راديواكتيو يا گاز هيدروژن و ... است و با افزايش سرعت و جرم سفينه ، جرم سوخت راكتور ما نيز مسلما افزايش پيدا مي‌كند و با افزايش جرم سوخت ، انرژي و توان راكتور سفينه نيز افزايش چشم گيري پيدا خواهد كرد . اينك با برسي معادلات فيزيكي در اين زمينه ، موضوع تامين انرژي و نيرو براي شتاب گرفتن سفينه را برسي مي‌كنيم !
E انرژي ، E0R انرژي راكتور در حالت سكون سفينه ، m0F جرم سكون سوخت راكتور و ER انرژي راكتور در حالت حركت فضاپيماست .
نمودار فوق براي انرژي حاصل از جرم يك كيلوگرم سوخت راكتور سفينه در حال شتاب رسم شده است . همانطور كه مشخص است انرژي راكتور شتاب دهنده سفينه نيز در حد سرعت نور بينهايت ميشود و انرژي و نيروي لازم جهت رسيدن به سرعت نور را فراهم مي‌كند . اما آنچه كه بسيار مهم ميباشد برسي توان لازم جهت شتاب دادن به سفينه تا سرعت نور و مقايسه آن با توان راكتور شتاب دهنده به سفينه در حد سرعت نور است .
W كار ، d مسافت ، P توان ، t زمان ، P0a توان اوليه جهت شتاب دادن به سفينه در حال سكون ،'d مسافت يا طول منقبض ( كوتاه ) شده ، 't زمان كند شده و Pa توان لازم جهت شتاب دادن به سفينه در حال حركت ميباشد .
همانطور كه از نمودارهاي فوق مشخص است با رسيدن به سرعت نور ، زمان متوقف شده و ابعاد سه گانه نيز صفر ميشوند . اين به اين معني است كه چگالي هم بينهايت خواهد شد ، براي اينكه :
ρ جرم حجمي ، ρ0 جرم حجمي جسم در حال سكون ، ρa جرم حجمي جسم در حال حركت و ma جرم جسم در حال حركت است .
منحني آبي رنگ همان افزايش جرم را نشان مي‌دهد ولي منحني سبز رنگ افزايش چگالي را نسبت به افزايش سرعت نشان مي‌دهد كه آهنگ افزايش آن بيشتر از روند افزايش جرم است .
پس چنين استنباط و پيش بيني ميشود كه در اين شرايط بحراني تمامي ذرات تشكيل دهنده جرم سفينه با نزديك شدن به همديگر ، در نهايت ميبايست در هم ادغام شده و بعد از انفجار ، تمامي جرم سفينه به انرژي تبديل و آزاد شود . با توجه به مطالب فوق ما ميتوانيم به يك نتيجه كلي برسيم و آن اينكه جهان ما دو بعد كلي و اصلي دارد :
1- بعد اول متريك فضا است كه به توان 3 ميرسد و حجم را تشكيل مي‌دهد . اين ابعاد با هم منقبض و يا منبسط ميشوند .
2- بعد دوم تايميك يا زماني است كه به نسبت بعد متريك ، كند و يا تند ميشود .
در واقع چهار بعدي فضا - زمان نسبيت يك دو بعدي طول و زمان است كه به تناسب هم تغيير اندازه مي‌دهند و ثابت اين تناسب با توجه به رابطه مورد نظر :
ميباشد كه نتيجه كلي و بارز آن ثابت اندازه گيري شدن سرعت نور تحت هر شرايطي است .
ولي در رسيدن سرعت سفينه به سرعت نور دو مشكل جدي روي مي‌دهد :
1- اول اينكه آيا اين سفينه ميتواند به سرعت نور برسد ؟
2- دوم اينكه اگر فضاپيما به سرعت نور برسد ، جرمش بينهايت شده و مسلما انرژي آزاد شده از انفجار آن نيز بينهايت خواهد بود . آيا ميتوان كل كيهان و يا حداقل بخشي از آن را به اين روش نابود و ويران كرد ؟ و آيا اين موضوع عقلاني است كه با استفاده از جرمي اندك به عنوان جرم سفينه و جرم سوخت راكتور شتاب ، كيهان و يا بخش نسبتا قابل توجهي از آن را تخريب و نابود كرد ؟ آيا قوانين ترموديناميك در اين رويداد نقض ميشوند ؟
در رابطه با برسي مشكل اول ابتدا نمودار توان لازم جهت شتاب دادن به سفينه تا سرعت نور را رسم مي‌كنيم :
در نمودار فوق شتاب 10 متر بر مجذور ثانيه به ازاي هر كيلوگرم از جرم سفينه در نظر گرفته شده است . آهنگ افزايش اين توان همانند روند افزايش جرم است . اينك معادله توان راكتور شتاب دهنده سفينه را نسبت به افزايش سرعت بدست مي‌آوريم .
P0R توان راكتور در حالت سكون سفينه و PR توان راكتور در حالت حركت فضاپيماست .
نمودار فوق براي توان بدست آمده از جرم يك كيلوگرم سوخت راكتور سفينه در حال حركت رسم شده است . اينك با مقايسه دو رابطه توان لازم جهت شتاب دادن به سفينه در حال حركت و همچنين توان راكتور فضاپيماي در حال حركت :
نتيجه مي‌گيريم كه آهنگ افزايش توان راكتور سفينه بيشتر از روند توان لازم براي شتاب دادن به سفينه است . يعني نمودارهاي زير :
منحني آبي رنگ روند افزايش توان لازم براي شتاب دادن به سفينه و منحني سبز رنگ آهنگ افزايش توان راكتور شتاب دهنده فضاپيماست كه جهت مقايسه با يكديگر از مبدا واحدي شروع به رسم شده‌اند . يعني نه تنها راكتور سفينه براي رساندن سرعت فضاپيما به سرعت نور درمانده و عاجز نيست ، بلكه ميتواند آن را سريعا ( با شتاب در حال افزايش ) به سرعت نور برساند و در اين رابطه ، توان و انرژي مازاد بر نياز و بيشتري هم خواهد داشت .
اما مشكل دوم كه نگرشي انتزاعي به حقايق فيزيكي است !
تمامي قوانين و روابط وضع شده توسط انسانها در محدوده‌اي مخصوص به خود حاكم بوده و كارآيي دارند و شايد كند شدن زمان و كوتاه شدن متر و افزايش جرم و ............ تا حدي ادامه داشته باشد و بعد از آن ، اين تغييرات متوقف شوند و هيچ انفجاري هم روي ندهد و قوانين و روابط جديد و متفاوتي جايگزين شوند و در نهايت رسيدن به سرعت نور و حتي بيشتر از آن مقدور شود ، براي اينكه ما در توان و انرژي راكتور شتاب دهند فضاپيما هيچ مشكل و كمبودي نخواهيم داشت .
به اميد روزي كه فضاپيماهاي اينچنيني طراحي و ساخته شوند و بشر به آرزوي ديرين خود يعني سفر در اعماق كيهان آنهم با سرعت خيلي زياد دست يابد و خود را از قيد و بند محدوديتهاي بوجود آمده رها كند . به هر حال نزديك شدن و رسيدن به سرعت نور ميبايست آزموده شود كه راكتورهاي مولد انرژي و نيروي پيشران امكانات آزمايش را فراهم خواهند كرد . چرا كه با افزايش جرم و چگالي بر استحكام و مقاومت راكتور و سفينه نيز افزوده خواهد شد .
نويسنده :
محمدرضا طباطبايي
منبع :
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
