Picard la marginea UniversuluiAţi dori să puteţi călători în afara galaxiei noastre? Vă doriţi să exploraţi vastele întinderi ale spaţiului extragalactic? Se pare că am putea ajunge la marginile Universului observabil în doar câţiva zeci de ani! Astăzi vă voi oferi un ghid practic pentru călătorul intergalactic.

 

 


Voi răspunde unui cititor care mi-a adresat următoarea întrebare: Cum afectează un univers în expansiune explorarea spaţiului cosmic?

 

Margine univers
Imagine de esk6a


Pot să vă spun, în primul rând, că-mi place această întrebare pentru că ea este într-adevăr destul de îndrăzneaţă. Universul se extinde, desigur, dar nu şi galaxiile individuale. Cu alte cuvinte, atunci când începem să ne gândim cum putem călători până la galaxiile îndepărtate, aflate la milioane de ani-lumină distanţă de noi, trebuie să ţinem cont de expansiunea Universului. Având în vedere că cea mai îndepărtată misiune cu echipaj uman de până în prezent a fost cea care a ajuns pe Lună (care se află la o distanţă de 1,3 secunde-lumină de Pământ), înseamnă că pentru a ajunge la galaxiile îndepărtate din Univers va trebui să rezolvăm numeroasele probleme ce ne stau în cale.

În al doilea rând, dacă doriţi cu adevărat să aflaţi toate implicaţiile pe care le presupune o excursie realistă în altă galaxie, mai ales la cele aflate la miliarde de ani-lumină depărtare de noi, trebuie să vă spun că fizica devine un pic mai dificilă în acest caz. În consecinţă, am făcut un calcul foarte distractiv pe care (din câte ştiu eu) nu l-a mai făcut nimeni înainte. Eu în mod normal nu mă ocup cu astfel de lucruri, dar pentru aceia dintre voi care îşi doresc să vadă cum arată o lucrare tehnică şi un cod sursă de program de calculator care este necesar pentru a efectua toate aceste calcule detaliate m-am decis să le pregătesc pentru voi!

Ilustratie 1
Imagine de esk6a



Trebuie să călătoriţi repede

În primul rând, o excursie de-a lungul cosmosului nu va fi uşoară şi cu siguranţă ea o să dureze mult. Aşa-numitul „orizont al evenimentelor" specific Universului, adică cele mai îndepărtate locuri unde am putea ajunge, se află acum la aproximativ 16 miliarde de ani-lumină depărtare de noi şi ele se îndepărtează odată cu trecerea timpului.

Pentru a putea efectua o astfel de călătorie ar trebui să utilizăm nave cosmice care se deplasează cu o viteză foarte apropiată de viteza luminii. Prin aceasta vreau să vă spun că vitezele lor de vârf trebuie să fie de aproximativ 99,9999999999999999998% din viteza luminii. Orice obiect cu care v-aţi lovi la o astfel de viteză ar însemna practic moartea voastră. Vă recomand cu tărie să vă imaginaţi o soluţie la această problemă înainte de a stabili alte detalii ale călătoriei. Trebuie să vă reamintesc, de asemenea, că nu toate pietrele şi particulele din spaţiul cosmic sunt încărcate electric astfel încât nu veţi putea utiliza „magneţi" pentru a vă proteja nava spaţială. La acele viteze chiar şi fotonii obişnuiţi din radiaţia cosmică de fond care ne înconjoară ar străluci corespunzător unor temperaturi de zeci de miliarde de grade, bombardându-ne cu radiaţii gama de mare energie.

Universul va îmbătrâni cu încă câteva zeci de miliarde de ani în timpul călătoriei voastre. Soarele, Pământul şi tot ceea ce ştiaţi odată vor dispărea. Nu că ar conta prea mult. Oricum nu veţi mai putea să vă întoarceţi pe Pământ. Aceasta este, în mod evident, o călătorie într-un singur sens.

Nu în ultimul rând, trebuie să ţineţi cont că este nevoie de ceva timp până ce nava voastră cosmică va atinge o viteză suficient de mare. Poate veţi dori să trimiteţi roboţi care nu se vor plictisi pe parcursul călătoriei sau care nu simt efectele adverse provocate de forţele G corespunzătoare unor acceleraţii extraordinar de mari.

Pentru a face ca lucrurile să fie cât mai „realiste", hai să ne dăm seama cum ar funcţiona lucrurile într-o navă spaţială care accelerează la 1g (adică această acceleraţie se simte precum gravitaţia obişnuită de pe Pământ). Undeva pe la mijlocul călătoriei veţi începe să încetiniţi în acelaşi ritm, moment în care voi şi toate lucrurile aflate în interiorul navei cosmice veţi fi aruncaţi în partea din faţă a acesteia ca şi cum aţi fi în cădere liberă.

Ilustratie 2
Imagine de esk6a



Timpul se scurge mai lent

Până acum totul a părut destul de dificil, dar călătoria cu viteza luminii are, de asemenea, şi unele avantaje. Una dintre cele mai importante predicţii ale relativităţii este aceea că ceasurile unor observatori aflaţi în mişcare par să funcţioneze mai lent, astfel încât pe măsură ce vă apropiaţi tot mai mult de viteza luminii cu atât mai lent va părea să funcţioneze ceasul vostru.



O accelerare de 1g este surprinzător de rapidă. După numai un an sau cam aşa ceva veţi ajunge să călătoriţi cu o viteză apropiată de viteza luminii, astfel încât timp de câteva miliarde de ani vă veţi afla într-o croazieră de-a lungul Universului călătorind cu o viteză apropiată de viteza luminii pentru a ajunge la o altă galaxie îndepărtată, ceea ce înseamnă că ceasurile personale vor începe să funcţioneze foarte, foarte lent.

În momentul când veţi atinge viteza de croazieră (cea cu toate valorile de 9 de mai sus), timpul vostru se va scurge cu aproximativ 10 miliarde de ori mai lent decât în restul Universului.

Ilustratie 3
Imagine de esk6a



Galaxiile îndepărtate sunt o ţintă în mişcare

Doar pentru că o galaxie se află în prezent la o distanţă de 5 miliarde de ani-lumină de noi, asta nu înseamnă că veţi avea nevoie de 5 miliarde de ani pentru a ajunge acolo, chiar şi cu viteza luminii. Cu fiecare zi care trece galaxiile îndepărtate vor fi tot mai departe şi mai departe de noi. Acest lucru caracterizează un univers aflat într-o expansiune accelerată, orice galaxie va deveni tot mai îndepărtată de noi odată cu trecerea timpului. Ceea ce încerc să vă spun este că ar trebui să plecaţi, probabil, acum, înainte ca lucrurile să se înrăutăţească din acest punct de vedere pentru voi.

Surprinzător, mai există o altă problemă în ceea ce priveşte un univers aflat în expansiune: expansiunea acestuia acţionează ca o piedică care încetineşte nava voastră cosmică. Aici este vorba despre acelaşi efect care determină ca lumina de la Big Bang să devină din ce în ce mai roşie (având o energie din ce în ce mai mică) odată cu trecerea timpului. Pentru a menţine o viteză constantă de deplasare este nevoie să ţinem piciorul pe acceleraţie.

Această piedică din partea Universului pare să conteze odată ce veţi ajunge să vă deplasaţi cu o viteză foarte apropiată de viteza luminii, acesta este şi motivul pentru care există o viteză de croazieră. Într-un univers fără expansiune vă veţi apropia din ce în ce mai mult de viteza luminii pe măsură ce veţi călători tot mai departe.

Ilustratie 4
Imagine de esk6a



Într-un univers aflat într-o expansiune accelerată nu puteţi merge oricât de departe

Trăim într-un univers dominat de energia întunecată, ceea ce înseamnă că Universul nu doar că este în expansiune, dar el se extinde accelerat. Aceasta este o caracteristică mai importantă decât aţi putea crede. Un univers alcătuit din materie întunecată şi atomi obişnuiţi va deveni tot mai mare odată cu trecerea timpului, desigur, dar o va face într-un ritm destul de lent. Cele mai îndepărtate galaxii se vor îndepărta din ce în ce mai mult, dar într-un ritm suficient de lent, astfel încât, dacă vă preocupă această problemă, aţi putea, eventual, să le prindeţi din urmă.

Acest lucru nu se poate întâmpla într-un univers aflat într-o expansiune accelerată.

Într-un univers aflat într-o expansiune accelerată există un orizont al evenimentelor dincolo de care nu veţi mai putea ajunge, indiferent de cât de repede vă veţi deplasa. Pentru universul nostru această limită este reprezentată de orice se află la o distanţă mai mare de aproximativ 16 miliarde ani-lumină (chiar acum). Pentru a înţelege mai bine: nu există nicio „margine a Universului" în sensul că am ajunge să ne lovim de un perete de cărămidă. Este vorba aici doar despre cea mai mare distanţă la care puteţi ajunge.

Asta ca să nu mai vorbim de alte potenţiale efecte ciudate cum ar fi faptul că nu puteţi fi siguri de ceea ce veţi întâlni atunci când veţi ajunge la destinaţie. Galaxia respectivă ar putea să nu mai existe fiind distrusă în urma unei ciocniri cu o altă galaxie.

O călătorie la marginea Universului

Să presupunem că aţi vrea de fapt să faceţi o călătorie la un restaurant aflat la marginea Universului sau cel puţin la marginea Universului nostru vizibil. Cât timp ar dura o astfel de călătorie?

Nu ezitaţi să aruncaţi o privire la calculele pe care le-am făcut.

grafic
Credit: Dr. Dave Goldberg (ca rezultat al unuia dintre cele mai distractive calcule pe care le-a făcut în decursul timpului)

Puteţi vedea orizontul în imaginea de mai sus. Nu contează cât de mult timp veţi călători, niciodată nu veţi ajunge mai departe de galaxiile care se află în prezent la o distanţă aproximativă de 16 miliarde de ani-lumină.

Dar există un aspect cu adevărat uimitor în legătură cu toate acestea. În ciuda unei călătorii de aproximativ 20 de miliarde de ani de-a lungul Universului, durata întregii călătorii va părea să fie de aproximativ 45 de ani pentru voi, astronauţii. 45 de ani! Serios, aţi putea s-o faceţi în decursul unei vieţi umane şi chiar mai repede dacă aţi putea suporta forţe G mai mari sau dacă aţi fi roboţi.

Mai ciudat, cea mai mare parte din acest interval de timp va fi necesar atingerii vitezei de croazieră. Aţi avea nevoie de 28 de ani pentru a ajunge la Andromeda şi reţineţi că aceasta este cea mai apropiată galaxie de mari dimensiuni de noi. Asta dacă nu cumva, în ciuda dovezile de până acum, nu trăim într-un univers dominat de energia întunecata şi, prin urmare, niciun orizont final nu se află la 45 sau 50 de ani (timpul corespunzător rachetei).

Ca un dezavantaj al călătoriei cu o viteză apropiată de cea a luminii, trebuie să vă reamintesc faptul că fiecare atom ce trece pe lângă nava voastră are o energie mai mare de un milion de ori decât energia particulelor din cadrul LHC (Large Hadron Collider)?

Pentru o călătorie de o asemenea anvergură aveţi nevoie de un combustibil pentru racheta voastră ceva mai special decât cel utilizat în cadrul rachetelor obişnuite din prezent. O sursă de energie ce conţine cantităţi egale de materie şi antimaterie are o eficienţă de 100%, dar chiar şi aşa aţi avea nevoie de o cantitate mare dintr-un astfel de combustibil. Anterior am făcut un calcul care arată că am avea nevoie de o cantitate de materie-antimaterie care ar fi de 530 ori mai mare decât masa unei rachete obişnuite cu rezervorul de combustibil plin pentru a ajunge la o stea relativ apropiată aflată la aproximativ 20 de ani-lumină depărtare.

Şi asta nu este nimic.

Pentru a ajunge la galaxiile cele mai îndepărtate am avea nevoie de o sursă de materie-antimaterie de dimensiunea Lunii pentru a transporta aproximativ 500 kg de marfă. Ar trebui să încercaţi să vă gândiţi cum s-ar putea obţine acest combustibil special format din materie şi antimaterie pe parcursul călătoriei. În orice caz, aceasta ar fi o călătorie extrem de dură.



Traducere de Cristian-George Podariu după how-to-make-it-to-the-edge-of-the-observable-universe.