CC BY
55
УДК 629.78
СЛЕДУЕТ ЛИ НАМ ЖДАТЬ КОНТАКТА С ИНОПЛАНЕТЯНАМИ?
© Б.З. Винокуров
B.Z. Vinokurov. Should we wait for contacts with extraterrestrial beings? The article discusses the problem of our contacts with other civilisations. It looks at some specific aspects of the flight. The author arrives at a conclusion that direct contacts even with a highly developed civilisation is impossible because of vast distances separating one star from another. To get to a distant star system and back even at the velocity of light means to annihilate a mass comparable with that of a planet or a star. The author proposes equations which enable evaluating certain parameters of this hypothetic flight.
Удачная посадка американского марсохода на поверхность планеты совпала с другим, в какой-то мере аналогичным событием - пятидесятилетием легенды о первом контакте с инопланетянами, закончившимся, якобы, их гибелью над штатом Нью-Мехико, что, вероятно, вновь повысит интерес к проблеме НЛО и Внеземных Цивилизаций (В.Ц.). Этой теме посвящено множество научных публикаций, проведено несколько международных конференций, осуществляются эксперименты (проекты OZMA, CETI, SETI) по поиску радиосигналов, возможно посланных нашими соседями, ученые пытаются найти косвенные следы, оставленные В.Ц., но тщетно - Космос молчит. Не нашли убедительного подтверждения и сообщения о контакте землян с пилотами НЛО. Это обстоятельство наводит на мысль, что разумная жизнь едва ли распространена широко, и Земля является уникальной, если не единственной планетой в Галактике, а может быть и во Вселенной. Свои суждения сторонники подобного подхода к проблеме, опираясь на анализ технических возможностей и принципиальных научных ограничений, обосновывали достаточно убедительно, но, как представляется, не доводили свои выкладки до логического заключения [1]. Лишь очень немногие испытатели позволяли себе полностью отрицать осуществимость непосредственных контактов Цивилизаций [2, 3]. В большинстве своем ученые предпочитают не касаться этой проблемы, как и далеких межзвездных перелетов, что четко проявилось на Таллинском Всесоюзном симпозиуме "Поиск разумной жизни во Вселенной" (1981 г.) [4].
Наиболее полно и реалистически теория далеких межзвездных полетов изложена в работе Д.В. Ско-бельцина "Парадокс близнецов в теории относительности" [5]. Но и здесь автор не избежал искушения подробно рассмотреть "квазиконкретный" пример полета двух космонавтов со скоростью, близкой к скорости света (коэффициент замедления хода
часову = 107), отметив, что для этого потребуется фантастическая мощность двигателя, но не затронув вопроса о возможности (а, точнее, невозможности) изготовления подобного двигателя.
Но именно при изложении таких мысленных экспериментов следовало бы руководствоваться высказыванием Л. Бриллюэна: "Некоторые тради-
ционные науки представляют собой странную смесь наблюдений и их интерпретации, основывающейся на отличных теориях, но экстраполируемой столь далеко за пределы условий эксперимента, что невольно настораживаешься и удивляешься: как часто желаемое выдается за действительное и тщательный анализ подменяется фантазированием... Все это слишком красиво, чтобы быть истинным, и слишком невероятно, чтобы поверить в это" [6].
В предлагаемой работе осуществлена попытка определить эти "пределы условий эксперимента" в приложении к теории межзвездных перелетов. Наиболее интересной и важной частью полета космической ракеты является разгон ее до ультра-релятивистской скорости. Будем рассматривать скорости не более чем на 1% отличающиеся от световой, ибо движение с меньшими значениями, вследствие колоссальных удалений звезд друг от друга, лишены реального смысла. Достичь таких скоростей можно лишь при условии, что скорость истечения продуктов сгорания будет сравнима со световой, или равна ей, то есть ракета должна быть фотонной, в реакторе которой происходит аннигиляция частиц вещества и антивещества (сейчас получаемого единичными атомами). Возникающие при реакции у-кванты параболическим зеркалом отбрасываются назад, сила же светового давления на зеркало и образует силу тяги. Положим также, что ускорение ракеты g постоянно и равно go = 9,81 м/с2 - естественное значение для человека и предполагаемых гуманоидов. Впрочем, изменение ускорения в несколько раз существенно не изменяет окончательных результатов.
Параметром, определяющим движение, служит
(3 = —. При инерциальном движении Р = const, в с
нашем случае Р = р(/); Р = Р(7), где X, Т - координаты и время лабораторного, неподвижного (земного) наблюдателя, х, t - движущегося (космонавта).
Согласно преобразованиям Лоренца:
v
1 + -Г-Х
д/м? х/н^
с1Т =
Ж
х/нї3
сіТ
(Т)
№
О)
Введем гиперболические функции, положив при этом:
1
Ю)
'•(і) у[їчї20)
тогда Р(/) = /Л0(О; 9(0 = агс//?Р(г).
Что собою представляет параметр 0(/) ?
сі X сі п/ . сі ,Л . .
8 = —т = О = с—і№( О =
= БИВ(1),
СІТ*
с1Т
ат
ссііїсії с(і і-р2) ід( і )Л
сИ2д(( )сіТсіТ (і-р2 \itdt
о
н0 8~ 8 о = со/и/ > следовательно, 0^ =
откуда = с(И^- ; / = — агс/Лр , с £о
где / - время разгона ракеты до значения £ = ср по часам космонавта. Движущийся наблюдатель может измерить собственное ускорение с помощью имеющегося у него акселерометра и тем самым определить мгновенную скорость относительно лабораторного наблюдателя, то есть
Р = РГО-
Сила тяги ^ определяется из закона сохранения импульса в релятивистской форме
в_
сіТ
ь(Т)
Р 2(Т)
= 8о
/7М сіХ сіТ
откуда ь(Т) = - = -
У-
-1.Г*4II
, откуда Т = —у , с ) 8о
где Т - время разгона ракеты по часам лабораторного наблюдателя.
Пройденное ракетой за время разгона расстояние
Т
= [ыг=—
о
Х(Т)-—{г-1). 8о
сіт
Сила F тяги mg0 = -ие —, где ье - скорость Л
истечения продуктов сгорания по отношению к
с1т ,
ракете,--------масса продуктов сгорания (с учетом
с1(
кинетической энергии), выбрасываемых из сопла за единицу собственного времени /.
,2 £о1
—с1ь;
СИ2^-
8 о
сіт , 2 £о'
- Ье-----= СІЬСИ ----=
т
сіт
т
сіь
4
КОМ . Г сіт V
мач 2 і 0 1-" і+і ^ с с)
"1нач _
1 + Р 1-Р.
Для фотонной ракеты г>е = с ;
"•нач _ Ш,.пи
1+Р. 1-Р ’
_ /гі+р;гі+р;.. 2
і-р'
= 2у ; 0 = агс/ЛР ;
откуда 0 = /л
1 + Р 1-Р
По случайному совпадению —= 3,057107 с,
8о
£
1 год 3,157-107 с, т.е. —«1 год, поэтому можно 8о
положить, что 0 равно числу лет (по часам космонавта), необходимых для разгона ракеты (при постоянном £ = £<)) до скорости ь(1) = с$(/). Тогда,
соответственно, -—(у — 1) - число световых лет,
8о
пройденных ракетой при разгоне до конечной скорости. (— * 1 св. год).
8о
Осуществим мысленный перелет на расстояние 12 световых лет к одной из звезд местной системы (ближайшего звездного окружения Солнца). Положим конечную скорость ракеты в конце разгона равной: V = 0,99 с, т.е. Р = 0,99. При свободном полете это приводит к релятивистскому выигрышу 1
во времени у = , = = 7 , то есть перелет на
УІ 1-(0,99)2
расстояние, для которого свету потребуется 12 лет (по часам неподвижного наблюдателя), для космонавта составит 1,7 года (по его часам). Но необходимо еще разогнать ракету, для чего потребуется 0 лет: ® = ® = ^>65. Для неподвиж-
ного наблюдателя пройдет Тлет = —у - семь лет.
8о
Расстояние, пройденное при этом космонавтом (для неподвижного наблюдателя), составит Х = —(у-і)-
8о
6 световых лет. Включив тормозящий импульс #0, космонавт еще через 2,65 года по своим часам остановится у цели, затратив на полет 5,3 года. Для лабораторного наблюдателя время полета составит 14 лет. Возвращение займет столько же времени, таким образом, весь полет туда и обратно для космонавта займет 10,6 года, для земного наблюдателя - 28 лет. Полученные результаты, если остановиться только на них, имеют вполне приемлемые величины.
Исследуя проблему прямых контактов, И.С. Шкловский заключает: "Для пассажиров летательного аппарата открывается принципиальная возможность совершить перелет на огромные расстояния, исчисляемые сотнями и тысячами световых лет" [7].
Предложив схему полета, в котором первую половину пути ракета проходит с постоянным ускорением go, а вторую - с таким же торможением, автор находит, что до галактического ядра
(X = 3-Ю4 св. лет) космонавт долетит за 21 год, до галактики в созвездии Андромеды - за 28 лет, до
скопления галактик в Волосах Вероники (X = 4-108 св. лет) - за 38 лет собственного времени.
Странно, что ученый не продолжает своих расчетов далее, не обращается к энергетике подобных полетов. Выразим полученные выше соотношения через функции 0, принимая во внимание у » 1, что достигается за время разгона, начиная с трех лет: (0 > 3)
*АЄ = СЛ0 = -ев ; /АО = 1 — 2е~2в ; (3 = 1 - 2<Г20 ;
2
у=—ее; тчач/ =е0;
2 /ткои
/ =0- Т =—ев- у = с(і-2е-20)- X =—ев
1 лет 47 у 1 лет ^ 9 V /9 св.лет 0 е •
Рассмотрим сравнительно "простой" перелет до ближайшей галактики, отстоящей от нас на расстоянии немного более 2 млн. св. лет. Половина
6 1 0
пути составит 1 млн. св. лет, 10 =~е > откуда
0 = 14,5 и весь полет, следовательно, займет 29 лет. Но тогда 1-р = 2е~20 = 510-13, то есть скорость ракеты лишь на десятые доли миллиметра в секунду должна быть менее световой. Достижимо ли это?
Продолжим исследование полета к близкой звезде: Р = 0,99; у = 7 ; т"ау = 14. При полете к
/ ткон
звезде и возвращении на Землю космонавт четыре раза включал двигатель для разгона и последующего торможения, так что для всего полета
-^-=144 =4-104. Если положить массу возвращае-
тк
мой на Землю оболочки ракеты равной 100 тон-
нам, то на старте т„ач =410 тонн, из них 2 10
тонн вещества и столько же антивещества. При диаметре 100 м высота ракеты составит 500 м! Сила
тяги на старте ^ = /п^0 = 4 Ю10 Н, при площади отражающего зеркала 5 = 1 км2 давление излучения составит р = 4-104 Па. Давление излучения равно объемной плотности энергии потока:
р = и\ = а'Т4, где а' = 7,610-16 Дж м-3-к-4, откуда Тизл = 85 • 103 к.
Построить твердое зеркало, выдерживающее такую температуру, невозможно. Для изготовления магнитной защиты потребуется дополнительная энергия, да и нет никаких предположений на этот счет. Мощность излучения зеркала, то есть реактора, в котором происходит реакция,
Ф = ; Ф = 5стГ4 ,
где а = 5,7 10_8Втм-2к-4; Ф = 310|8Вт(в несколько раз превышает мощность солнечного излучения, падающего на Землю). Если представить реактор в виде шара, диаметром в 50 м, то и тогда мощность излучения, производимая каждым кубическим метром, составит 3-1010 кВт м-3 (в центре Солнца производится 1 кВт М3).
Нигде во Вселенной подобные процессы не происходят, разве что при вспышке Сверхновых.
Итак, малосодержательный перелет даже к ближайшим звездам сопряжен со столь большими материальными затратами и техническими трудностями, что не может быть осуществлен, да он и не нужен.
Рассматриваемый И.С. Шкловским полет к ближайшей галактике требует для начального разгона 14,5 лет, что дает отношение масс
=(г14,5)4 = 1,5-1025 ; что при
100 тонн составляет начальную массу ракеты
т„ = 1,5 -1027 тонн. Это равно массе Солнца!
Бессмысленность такого предприятия очевидна. Полученные результаты приложимы к любой внеземной цивилизации, какой бы степени развития она не достигла.
Возможно, утверждение типа "внеземных разумных существ не существует" [4] абсолютного характера не имеет, но для нас практически ситуация именно такова.
ЛИТЕРАТУРА
1. Марковиц В. Предположение о том, что наблюдавшиеся НЛО контролируются внеземными существами, противоречит законам физики // Земля и Вселенная. 1968. № 3. С. 60.
2. Парселп Э. Радиоастрономия и связь через космическое пространство// Межзвездная связь. М.: Мир, 1965. С. 132
3. Хорнер С. Осуществимы ли космические полеты? // Там же. С. 158
4. Проблема поиска жизни во Вселенной. М.: Наука, 1986. С. 194.
5. Скобельцын Д. В. Парадокс близнецов в теории относительности. М.: Наука, 1966.
6. Бриллюэи Л. Новый взгляд на теорию относительности. М.: Мир, 1972. С. 17
7. Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука, 1973. С. 279.
Поступила в редакцию 10 марта 1998 г.
конечной массе в
