Posiziona una persona nello spazio, lontano dai legami gravitazionali della superficie terrestre, e sentirà l'assenza di gravità. Sebbene tutte le masse dell'Universo agiranno ancora gravitazionalmente su di lui, attireranno anche qualsiasi veicolo spaziale in cui si trova la persona, quindi galleggerà. Eppure, in TV, ci è stato mostrato che l'equipaggio di un certo veicolo spaziale cammina con successo sul pavimento con i piedi in qualsiasi condizione. Per fare questo, viene utilizzata la gravità artificiale, creata da installazioni a bordo di una fantastica nave. Quanto è vicino alla vera scienza?
Il capitano Gabriel Lorca sul ponte della Discovery durante una battaglia simulata con i Klingon. L'intero equipaggio è attratto dalla gravità artificiale, e questo è, per così dire, un canone
Per quanto riguarda la gravità, la grande scoperta di Einstein è stata il principio di equivalenza: con un'accelerazione uniforme, il sistema di riferimento è indistinguibile dal campo gravitazionale. Se tu fossi su un razzo e non potessi vedere l'universo attraverso una finestra, non avresti idea di cosa sta succedendo: vieni tirato giù dalla forza di gravità o è l'accelerazione del razzo in una certa direzione? Questa era l'idea che ha portato alla relatività generale. 100 anni dopo, questa è la descrizione più accurata di gravità e accelerazione che conosciamo.
L'identico comportamento di una palla che colpisce il pavimento in un razzo in volo (a sinistra) e sulla Terra (a destra) dimostra il principio di equivalenza di Einstein
C'è un altro trucco, dice Ethan Siegel, che possiamo usare se vogliamo: possiamo far girare l'astronave. Invece dell'accelerazione lineare (come la spinta di un razzo), è possibile far funzionare l'accelerazione centripeta in modo che la persona a bordo possa sentire lo scafo esterno del veicolo spaziale che lo spinge verso il centro. Questo è stato il trucco usato in 2001 Odissea nello spazio, e se il tuo veicolo spaziale fosse abbastanza grande, la gravità artificiale sarebbe indistinguibile dalla gravità reale.
Solo uno ma. Questi tre tipi di accelerazione - gravitazionale, lineare e rotazionale - sono gli unici che possiamo usare per simulare gli effetti della gravità. E questo è un grosso problema per il veicolo spaziale.
Il concetto della stazione del 1969, che doveva essere assemblata in orbita dalle fasi esaurite del programma Apollo. La stazione doveva ruotare sul suo asse centrale per creare gravità artificiale
Perché? Perché se vuoi viaggiare verso un altro sistema stellare, dovrai accelerare la tua nave per arrivarci e poi rallentarla all'arrivo. Se non puoi isolarti da queste accelerazioni, il disastro ti aspetta. Ad esempio, per accelerare al massimo dell'impulso in Star Trek, fino a una piccola percentuale della velocità della luce, si dovrebbe sperimentare un'accelerazione di 4000 g. Questa è 100 volte l'accelerazione che inizia a ostruire il flusso sanguigno nel corpo.
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Il lancio dello Space Shuttle Columbia nel 1992 ha mostrato un'accelerazione per un lungo periodo. L'accelerazione del veicolo spaziale sarà molte volte maggiore e il corpo umano non sarà in grado di farcela.
Se non vuoi essere senza peso durante un lungo viaggio, per evitare di esporti a un'orrenda usura biologica, come la perdita di massa muscolare e ossea, deve esserci una forza costante sul corpo. Per qualsiasi altra forza, questo è abbastanza facile da fare. Nell'elettromagnetismo, ad esempio, si potrebbe collocare l'equipaggio in una cabina di pilotaggio conduttiva e molti campi elettrici esterni semplicemente scomparirebbero. Sarebbe possibile disporre all'interno due piastre parallele e ottenere un campo elettrico costante, spingendo le cariche in una certa direzione.
Se la gravità funzionasse allo stesso modo.
Un tale concetto come un conduttore gravitazionale semplicemente non esiste, così come la capacità di proteggersi dalla forza gravitazionale. È impossibile creare un campo gravitazionale uniforme in una regione dello spazio, ad esempio, tra due piastre. Perché? Perché a differenza della forza elettrica generata dalle cariche positive e negative, esiste un solo tipo di carica gravitazionale, e questa è l'energia di massa. La forza gravitazionale attrae sempre e non c'è nessun posto dove nascondersi. Puoi utilizzare solo tre tipi di accelerazione: gravitazionale, lineare e rotazionale.
La stragrande maggioranza dei quark e dei leptoni nell'Universo è costituita da materia, ma ognuno di essi ha anche antiparticelle dell'antimateria, le cui masse gravitazionali non sono determinate
L'unico modo in cui potrebbe essere creata la gravità artificiale che ti proteggerebbe dagli effetti dell'accelerazione della tua nave e ti fornisse una spinta costante verso il basso senza accelerazione sarebbe disponibile se scoprissi particelle di massa gravitazionale negativa. Tutte le particelle e le antiparticelle che abbiamo trovato finora hanno una massa positiva, ma queste masse sono inerziali, cioè possono essere giudicate solo quando una particella viene creata o accelerata. La massa inerziale e la massa gravitazionale sono le stesse per tutte le particelle che conosciamo, ma non abbiamo mai testato la nostra idea su antimateria o antiparticelle.
Attualmente sono in corso esperimenti su questa particolare parte. L'esperimento ALPHA al CERN ha creato l'antiidrogeno: una forma stabile di antimateria neutra, e sta lavorando per isolarlo da tutte le altre particelle. Se l'esperimento è abbastanza sensibile, possiamo misurare come un'antiparticella colpisce un campo gravitazionale. Se cade, come la materia ordinaria, ha una massa gravitazionale positiva e può essere utilizzata per costruire un conduttore gravitazionale. Se cade nel campo gravitazionale, cambia tutto. Un risultato e la gravità artificiale potrebbe improvvisamente diventare possibile.
La possibilità di ottenere la gravità artificiale ci chiama incredibilmente, ma si basa sull'esistenza di una massa gravitazionale negativa. L'antimateria può essere così massiccia, ma non l'abbiamo ancora dimostrato
Se l'antimateria ha una massa gravitazionale negativa, creando un campo di materia ordinaria e un soffitto di antimateria, potremmo creare un campo di gravità artificiale che ti tirerebbe sempre giù. Creando un guscio conduttivo gravitazionalmente nella forma dello scafo della nostra navicella spaziale, proteggeremo l'equipaggio dalle forze di accelerazione ultraveloci che altrimenti diventerebbero letali. E soprattutto, gli esseri umani nello spazio non sperimenterebbero più gli effetti fisiologici negativi che affliggono gli astronauti oggi. Ma fino a quando non troviamo una particella con massa gravitazionale negativa, la gravità artificiale sarà ottenuta solo attraverso l'accelerazione.
Ilya Khel
