ایا رسیدن به سرعت نور امکان پذیر هست یا خیر؟

رکورد سرعت

رکورد کنونی سرعت در دست سه فضانوردی است که با هم ماموریت آپولو ۱۰ را انجام دادند. این سه فضانورد ۴۶ سال قبل یعنی در سال ۱۹۶۹ به سرعت ۳۹.۸۹۷ کیلومتر بر ساعت نسبت با سیاره زمین رسیدند. جیم برِی یکی از اعضای شرکت هوافضایی لاکهید مارتین می‌گوید: «صد سال پیش، بشر فکرش را هم نمی‌کرد که به سرعت ۴۰ هزار کیلومتری در فضا برسد.»

اما ما می‌توانیم دوباره به آن رکورد و حتی بیشتر از آن دست پیدا کنیم. برِی برای ناسا کار می‌کند و قرار از در پروژه‌ی آتی خود آن رکورد ۴۶ ساله را بشکانند. فضاپیما اوریون جزو آخرین فضاپیماهای ناسا است و قرار است در ماموریت سال ۲۰۲۱ خود به مریخ هم سفر کند. طراحان اوریون در حال حاضر به شکلی برنامه‌ریزی کرده‌اند که سرعت آن تا ۳۲ هزار کیلومتر بر ساعت برسد. اما تنها با تکیه بر ساختار اوریون می‌توان رکورد آپولو ۱۰ را زد.

اما حتی فضاپیمای اوریون هم برای نشان دادن قدرت سرعت بشر طراحی نشده است. بری می‌گوید: «ما عملا هیچ محدودیت سرعتی نداریم، جز سرعت نور.» سرعت نور به یک میلیارد کیلومتر بر ساعت می‌رسد. آیا ما می‌توانیم فاصله رکورد ۴۰ هزار کیلومتری تا آن را پر کنیم؟

آیا می‌توانیم به سرعت نور برسیم؟

خوشبختانه سرعت از نظر فیزیکی برای ما مشکل‌ساز نیست. مادامی که سرعت نسبتا ثابت و در یک جهت باشد، ما می‌توانیم آن را همراهی کنیم. انسان، در تئوری، می‌تواند تا نزدیکی «محدودیت سرعت کیهانی» یعنی سرعت نور سفر کند. اما حتی اگر ما از نظر تجهیزات نیز بتوانیم به سرعت‌های بالا دست پیدا کنیم، آیا می‌توان با خطرات احتمالی آن کنار بیایم؟ حال اگر پا را از سرعت نور فراتر بگذاریم، آیا باز هم می‌توانیم خطرات آن را می‌توانیم بپذیریم؟

مشکلی به نام نیروی گرانش!

بشر می‌‎تواند به سرعت ۴۰ هزار کیلومتر بر ساعت برسد و از آن سرعت مدام بالاتر یا پایین‌تر رود. اما تغییر سریع سرعت می‌تواند برای ارگانیسم انسان مهلک باشد. اگر از سرعت‌های بسیار بالا به یکباره به سرعت صفر برسیم، چه پیش خواهد آمد؟ دلیل آن چیست؟ یکی از ویژگی‌های هستی «اینرسی» یا همان «لختی» است. اینرسی خاصیتی از یک جسم است که در برابر تغییر سرعت یا جهت حرکت جسم مقاومت می‌کند. مفهوم اینرسی قانون اول نیوتون نیز آمده است: «قانون اول نیوتن می‌گوید هرگاه شی با سرعت ثابت در حال حرکت باشد مادامی که نیروی خارجی به آن وارد نشود به حرکت خود ادامه خواهد داد.» بری می‌گوید: «سرعت ثابت برای بدن انسان مشکل‌آفرین نیست. ما باید نگران تاثیر افزایش سرعت بر بدن باشیم.

حدود یک قرن پیش و همزمان با اختراع هواپیما، علائم عجیبی در خلبان‌ها دیده شد. از دست رفتن موقتی بینایی، سنگینی و بی‌وزنی از جمله این مارد بود. عامل اصلی آن نیز نیروی گرانش بود. آزمایش‌های این چنینی که در حالت عمودی بدن (هر دو حالت: از سر تا پا و از پا تا سر)، انجام می‌شود نیز نتایج عجیبی را به همراه داشته است. تارگی چشم و اختلال در بینایی، بی‌هوش کامل و حتی احتمال سکته نیز وجود دارد و مشخص نیست که در سرعت و شرایط دیگر چه اتفاقاتی خواهد افتاد.

یک انسان معمولی می‌تواند تا حدی نیروی گرانشی را تحمل کند. خلبان‌ها با کمک لباس‌ها و آموزش‌های ویژه نیز می‌توانند حد بیشتری را کمک کند. انسان می‌توان به صورت موقت نیروهای گرانشی بالاتر را نیز تجربه کند، اما تعداد کسانی که می‌توانند نیروی گرانشی بالاتر را برای مدت بیشتری تحمل کنند انگشت‌شمار است. کاپیتان اِلی بیدینگ جی.آر. توانست در سال ۱۹۵۸ نیروی گرانشی ۸۲.۶ را برای یک دهم ثانیه تحمل کند. او هوشیاری خود را از دست داد، اما تنها جای چند کبودی بر روی بدن ماند.

در فضا وضعیت چگونه است؟

فضانوردان نیز بسته به فضاپیمای خود، نیروی گرانشی بیشتری را تجربه کرده است. آن‌ها هنگام برخاستن فضاپیما و هنگام ورود مجدد به جو، نیرویی معادل سه تا هشت نیروی گرانشی را تجربه می‌کنند. از طرفی دیگر، بیشتر نیروی گرانشی از جلو به سمت پشت بدن وارد می‌‎شود و به لطف تجهیزات جدید، شرایط خیلی بهتر شده است. احساس فضانوردی که با سرعت حدودی ۱۶ هزار کلیومتر بر ساعت در فضا در حرکت است، با احساس یک مسافر هواپیمای بازرگانی تقریبا مشابه است.

فضاپیمای اوریون

اگر نیروهای گرانشی برای سفرهای طولانی‌مدت اوریون مشکل‌زا نباشد، سنگ‌های کوچک فضایی مشکل‌زا خواهند بود. سرعت این خرده سنگ‌ها می‌تواند تا ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ساعت برسد و قدرت نفوذ بالایی هم خواهد داشت. دانشمندان برای حفاظت از فضاپیمای ارویون و فضانوردان آن از یک لایه محافظتی به ضخامت ۱۸ تا ۳۰ سانتی‌متر استفاده کرده‌اند. آن‌ها علاوه بر لایه محافظتی، از تجهیزات حفاظتی هوشمندی هم استفاده کرده‌اند. بری می‌گوید: «ما باید برای هر خرده سنگ برنامه‌ای داشته باشیم.»

تامین غذای فضانوردان، مشکلات روانی و همچنین آثار پرتوها بر بدن از جمله مشکلات سفرهای طولانی مدت فضایی است. اما سرعت بالاتر می‌تواند حل این مشکلات را تا حدی حل کند.

نسل بعدی سفرهای فضایی

بی‌شک سرعت بالاتر مشکلاتی را نیز به همراه دارد. سیستم‌های پیش‌رانشِ قدیمی نمی‌توانند سرعت‌‎های بالاتر را تضمین کنند. بری می‌گوید: «خوشبختانه ما توانستیم سیستم‌های پیش‌رانش جدیدتری را طراحی کنیم که می‌توانند در سرعت‌های بالاتر نیز کارایی داشته باشند، اما باید منتظر انقلابی در سیستم‌‎های پیش‌‎رانش باشد.»

اریک دیویس پژوهشگر برنامه پیش‌رانشیِ ناسا بوده است. این پروژه شش سال به طول انجامید و در سال ۲۰۰۲ نیز به پایان رسید. او سه شیوه اصلی رسیدن به این سرعت‌های بسیار بالاتر را در سه مورد خلاصه می‌کند: شکاف، هم‌جوشی و نابودی پادماده.

روش اول جداسازی اتم‌ها است، مانند کاری که در راکتورهای هسته‌ای صورت می‌گیرد.

روش دوم نیز هم‌جوشی است که در آن، اتم‌ها با هم ترکیب شده و اتم سنگین‌تری را می‌سازند. انرژی خورشید نیز از طریق همین فعل و انفعالات تامین می‌شود، اما بشر فعلا به آن دسترسی ندارد.

روش سوم اما به نظر بهترین گزینه است. وقتی دو ماده به هم نزدیک می‌شوند، آن‌ها یکدیگر را از بین برده و انرژی به جای می‌ماند. امروزه تکنولوژی کافی برای تولید و نگهداری آن نیز وجود دارد، اما باید اذعان داشت که تولید پادماده در اندازه کافی نیازمند تجهیزات نسل جدید است که خود چالشی بزرگ است.

در نهایت اما با کمک موتورهای با سوخت پادماده می‌توانیم در طول ماه‌ها و سال‌های به سرعت‌های بیشتر و بیشتری برسیم و فضانوردان را از گزند نیروهای گرانشی در امان نگاه داریم. اما سرعت‌های بسیار بالا ناگزیر بر روی بدن تاثیراتی هم دارد. البته برای مشکلات احتمالی نیز راه حل‌‎های مطرح شده است. اما برخی معتقدند که تا زمانی که تن به آب نزده‌ایم، نباید نگران غرق شدن باشیم.