Sådan fungerer rumfartøjer til antimateriale

"Ingeniørarbejde, stå ved for kædedrev . "Med den kommando, "Star Trek" -mandskabet i U.S.S. Virksomheden var parat til at kaste rumskibet gennem kosmos med superluminal hastighed. Warp drive er en anden af ​​disse science fiction -teknologier, som teleportation og tidsrejser, der har et videnskabeligt grundlag. Det er bare ikke nået endnu. Imidlertid, forskere arbejder på at udvikle en interstellar rumfartøjsmotor, der ligner Enterprise-materiemotormateriale-motoren.

Ingen motor vil sandsynligvis generere superluminalhastigheder; fysikkens love forhindrer os i at gøre det, men vi vil kunne gå mange gange hurtigere, end vores nuværende fremdriftsmetoder tillader. En materie-antimateriale-motor vil føre os langt ud over vores solsystem og lade os nå nærliggende stjerner på en brøkdel af den tid, det ville tage et rumfartøj, der blev drevet af en flydende brintmotor, som den, der blev brugt i rumfærgen. Det er ligesom forskellen mellem at køre i en Indy racerbil og en Ford Pinto fra 1971. I Pinto, du kommer til sidst i mål, men det vil tage 10 gange længere tid end i Indy -bilen.

I denne artikel, vi vil kigge et par årtier ind i fremtiden for rumrejser for at se på en rumfartøj med antimateriale , og find ud af, hvad antimateriale egentlig er, og hvordan det vil blive brugt til et avanceret fremdriftssystem.

Hvad er Antimatter?

Dette er ikke et trick -spørgsmål. Antimaterie er præcis, hvad du måske tror det er - det modsatte af normalt stof, hvoraf størstedelen af ​​vores univers er lavet. Indtil for nylig, tilstedeværelsen af ​​antimateriale i vores univers blev kun betragtet som teoretisk. I 1928, Britisk fysiker Paul A.M. Dirac reviderede Einsteins berømte ligning E =mc² . Dirac sagde, at Einstein ikke mente, at "m" i ligningen - masse - kunne have negative egenskaber såvel som positive. Diracs ligning (E =+ eller - mc ² ) tilladt eksistensen af ​​antipartikler i vores univers. Forskere har siden bevist, at der findes flere antipartikler.

Disse antipartikler er, bogstaveligt talt, spejlbilleder af normalt stof. Hver antipartikel har samme masse som dens tilsvarende partikel, men de elektriske ladninger vendes. Her er nogle antimateriale opdagelser fra det 20. århundrede:

• Positroner - Elektroner med en positiv i stedet for negativ ladning. Opdaget af Carl Anderson i 1932, positroner var det første bevis på, at der eksisterede antimateriale.
• Anti-protoner - Protoner, der har en negativ i stedet for den sædvanlige positive ladning. I 1955, forskere ved Berkeley Bevatron producerede en antiproton.
• Anti-atomer - Parring af positroner og antiprotoner, forskere ved CERN, Den europæiske organisation for nuklear forskning, skabte det første anti-atom. Ni anti-brintatomer blev skabt, hver varer kun 40 nanosekunder. Fra 1998, CERN-forskere pressede produktionen af ​​anti-brintatomer til 2, 000 i timen.

Når antimateriale kommer i kontakt med normalt stof, disse lige, men modsatte partikler støder sammen for at producere en eksplosion, der udsender ren stråling, som bevæger sig ud af eksplosionspunktet med lysets hastighed. Begge partikler, der skabte eksplosionen, er helt udslettet, efterlader andre subatomære partikler. Eksplosionen, der opstår, når antimaterie og stof interagerer, overfører hele massen af ​​begge objekter til energi. Forskere mener, at denne energi er mere kraftfuld end nogen anden, der kan genereres ved andre fremdriftsmetoder.

Så, hvorfor har vi ikke bygget en reaktionsmotor, der modvirker stof? Problemet med at udvikle antimateriale fremdrift er, at der mangler en antimateriale i universet. Hvis der var lige store mængder stof og antimateriale, vi ville sandsynligvis se disse reaktioner omkring os. Da antimateriale ikke findes omkring os, vi ser ikke det lys, der ville skyldes, at det kolliderede med stof.

Det er muligt, at partikler var flere end antipartikler på tidspunktet for Big Bang. Som anført ovenfor, kollisionen af ​​partikler og antipartikler ødelægger begge dele. Og fordi der kan have været flere partikler i universet til at starte med, det er alt, hvad der er tilbage. Der er muligvis ingen naturligt eksisterende antipartikler i vores univers i dag. Imidlertid, forskere opdagede en mulig aflejring af antimateriale nær galaksens centrum i 1977. Hvis det eksisterer, det ville betyde, at antimaterie eksisterer naturligt, og behovet for at lave vores eget antimateriale ville blive elimineret.

For nu, vi bliver nødt til at oprette vores eget antimateriale. Heldigvis der er teknologi til rådighed til at skabe antimateriale ved brug af højenergipartikelkolliderer, også kaldet "atom smashers". Atomknusere, ligesom CERN, er store tunneler foret med kraftige supermagneter, der cirkler rundt for at drive atomer med hastigheder ved nærlys. Når et atom sendes gennem denne accelerator, det slår ind i et mål, skaber partikler. Nogle af disse partikler er antipartikler, der er adskilt af magnetfeltet. Disse partikelacceleratorer med høj energi producerer kun et eller to pikogram af antiprotoner hvert år. Et picogram er en billioner af et gram. Alle de antiprotoner, der blev produceret på CERN på et år, ville være nok til at tænde en 100 watt elektrisk pære i tre sekunder. Det vil tage tonsvis af antiprotoner at rejse til interstellare destinationer.

Matter-Antimatter-motor

NASA er muligvis kun få årtier væk fra at udvikle et antimateriale rumfartøj, der ville reducere brændstofomkostningerne til en brøkdel af, hvad de er i dag. I oktober 2000, NASA -forskere annoncerede tidlige designs til en antimateriale -motor, der kunne generere enorme fremdrift med kun små mængder antimateriale, der brændte den. Mængden af ​​antimateriale, der er nødvendig for at levere motoren til en etårig rejse til Mars, kan være så lidt som en milliondel af et gram, ifølge en rapport i den måneds udgave af Journal of Propulsion and Power.

Materie-antimateriale fremdrift vil være den mest effektive fremdrift, der nogensinde er udviklet, fordi 100 procent af stoffets masse og antimateriale omdannes til energi. Når stof og antimateriale støder sammen, energien frigivet ved deres tilintetgørelse frigiver omkring 10 milliarder gange den energi, som kemisk energi såsom hydrogen og iltforbrænding, den slags, der bruges af rumfærgen, udgivelser. Materie-antimateriale reaktioner er 1, 000 gange mere kraftfuld end atomfission produceret i atomkraftværker og 300 gange mere kraftfuld end atomfusionsenergi. Så, materie-antimateriale-motorer har potentiale til at tage os længere med mindre brændstof. Problemet er at oprette og gemme antimateriale. Der er tre hovedkomponenter til en materie-antimateriale-motor:

• Magnetiske opbevaringsringe - Antimateriale skal adskilles fra normalt stof, så opbevaringsringe med magnetfelter kan flytte antimaterialet rundt i ringen, indtil det er nødvendigt for at skabe energi.
• Fodersystem - Når rumfartøjet har brug for mere strøm, antimateriet frigives til at kollidere med et mål for stof, som frigiver energi.
• Magnetisk raketdysepropeller - Som en partikelkollider på Jorden, en lang magnetisk dyse vil flytte energien skabt af stof-antimateriet gennem en thruster.

Cirka 10 gram antiprotoner ville være brændstof nok til at sende et bemandet rumfartøj til Mars på en måned. I dag, det tager næsten et år for et ubemandet rumfartøj at nå Mars. I 1996, det Mars Global Surveyor tog 11 måneder at ankomme til Mars. Forskere mener, at hastigheden på et materie-antimaterie-drevet rumfartøj ville tillade mennesker at gå, hvor ingen mennesker er gået før i rummet. Det ville være muligt at tage ture til Jupiter og endda ud over heliopausen, det punkt, hvor solens stråling slutter. Men det vil stadig vare lang tid, før astronauter beder deres stjerneskibs styrmand om at tage dem til kæphastighed.

Masser mere information

relaterede artikler

• Sådan fungerer Warp Speed
• Sådan fungerer raketmotorer
• Sådan fungerer solsejl
• Sådan fungerer teleportation
• Sådan fungerer tidsrejser

Flere store links

• Forskere undersøger brug af antimateriale til at drive rumfartøjer
• Antimaterie:Universets spejl
• Science of Star Trek
• Hvad er sagen med antimateriale?