افزایش سرعت و افزایش توان رآکتور شتاب‌دهنده فضاپیما
یکی
از جنجالی‌ترین بحث‌ها در نظریه نسبیت، رسیدن اجسام به‌سرعت نور است،
برای اینکه طبق معادله و نمودار زیر:
msh
جرم فضاپیما در حال حرکت،
m0sh
جرم فضاپیما در حال سکون،
v
سرعت فضاپیما و
c سرعت نور است. نمودار فوق برای جرم
یک کیلوگرم از سفینه رسم شده است. همان‌طور که مشخص است با افزایش
سرعت، جرم فضاپیما نیز افزایش پیدا می‌کند و چون:
F
نیرو،
m جرم،
a شتاب،
F0a
نیروی اولیه لازم جهت شتاب دادن به فضاپیمای در حال سکون،
a شتاب
موردنظر و
Fa نیروی لازم
جهت شتاب دادن به فضاپیمای در حال حرکت است که در نمودار زیر ۱۰ متر بر
مجذور ثانیه به‌ازای هر کیلوگرم از جرم سفینه در نظر گرفته شده است.
منحنی آبی‌رنگ همان افزایش جرم به نسبت افزایش سرعت است و منحنی سبزرنگ
افزایش نیروی لازم جهت شتاب ۱۰ متر در مجذور ثانیه به نسبت افزایش جرم
یک کیلوگرم از جرم سفینه است. مسلماً با افزایش سرعت، با افزایش جرم
نیز مواجه خواهیم شد و برای شتاب دادن و افزودن به‌سرعت فضاپیما،
همواره به نیروی بیشتری نیاز خواهیم داشت که این نیروی لازم در سرعت
نور بی‌نهایت خواهد شد، برای اینکه جرم سفینه ما نیز در سرعت نور
بی‌نهایت می‌شود. علی‌رغم این نتیجه‌گیری کلی از این معادلات، عده‌ای
بر این باورند که نزدیک‌شدن به‌سرعت نور نیز غیرممکن است، برای اینکه
یک رآکتور تأمین کنند انرژی نمی‌تواند این نیروی بسیار زیاد را تأمین و
تولید کند و محدودیتی را که نسبیت بنیان گذارده، رسیدن به‌سرعت نور و
حتی نزدیک به آن را برای بشریت تبدیل به یک رؤیا و هدف غیرممکن نموده
است، چه برسد به سرعتی بیشتر از نور. کلید گشودن این قفل و شکستن این
محدودیت در نزدیکی سرعت نور، این موضوع است که فرض کنید فضاپیما برای
تأمین انرژی و نیروی موردنیاز جهت شتاب گرفتن از یک رآکتور هسته‌ای
استفاده می‌کند که سوخت رآکتور شکافت یا همجوشی، طبق معمول یک عنصر
پرتوزا یا گاز هیدروژن، دوتریوم و... است و با افزایش سرعت و جرم
سفینه، جرم سوخت رآکتور ما نیز مسلماً افزایش پیدا می‌کند و با افزایش
جرم سوخت، انرژی و توان راکتور سفینه نیز افزایش چشمگیری پیدا خواهد
کرد. اینک با برسی معادلات فیزیکی در این زمینه، موضوع تأمین انرژی و
نیرو برای شتاب گرفتن سفینه را برسی می‌کنیم!
E
انرژی،
E0R
انرژی رآکتور در حالت سکون سفینه، m0F
جرم سکون سوخت رآکتور و ER
انرژی رآکتور در حالت حرکت فضاپیماست.
نمودار فوق برای انرژی حاصل از جرم یک کیلوگرم سوخت رآکتور سفینه در
حال شتاب رسم شده است. همان‌طور که مشخص است انرژی رآکتور شتاب‌دهنده
سفینه نیز در حد سرعت نور بی‌نهایت می‌شود و انرژی و نیروی لازم جهت
رسیدن به‌سرعت نور را فراهم می‌کند. اما آنچه که بسیار مهم است برسی
توان لازم جهت شتاب دادن به سفینه تا سرعت نور و مقایسه آن با توان
رآکتور شتاب‌دهنده به سفینه در حد سرعت نور است.
W
کار،
d
مسافت، P
توان،
t زمان، P0a
توان اولیه جهت شتاب دادن به سفینه در حال سکون،
'd مسافت یا طول منقبض (کوتاه)
شده، 't زمان
کند شده و
Pa توان لازم
جهت شتاب دادن به سفینه در حال حرکت می‌باشد.
همان‌طور که از نمودارهای فوق مشخص است با رسیدن به‌سرعت نور، زمان
متوقف شده و ابعاد سه‌گانه نیز صفر می‌شوند. این به این معنی است که
چگالی هم بی‌نهایت خواهد شد، برای اینکه:
ρ
جرم حجمی، ρ0
جرم حجمی جسم در حال سکون، ρa
جرم حجمی جسم در حال حرکت و ma
جرم جسم در حال حرکت است.
منحنی آبی‌رنگ همان افزایش جرم را
نشان می‌دهد؛ ولی منحنی سبزرنگ افزایش چگالی را نسبت به افزایش سرعت
نشان می‌دهد که آهنگ افزایش آن بیشتر از روند افزایش جرم است. پس چنین
استنباط و پیش‌بینی می‌شود که در این شرایط بحرانی تمامی ذرات
تشکیل‌دهنده جرم سفینه با نزدیک‌شدن به همدیگر، در نهایت می‌بایست در
هم ادغام شده و بعد از انفجار، تمامی جرم سفینه به انرژی تبدیل و آزاد
شود. باتوجه‌به مطالب فوق ما می‌توانیم به یک نتیجه کلی برسیم و آن
اینکه جهان ما دو بعد کلی و اصلی دارد:
۱- بعد اول متریک فضا است که به توان ۳ می‌رسد و حجم را تشکیل می‌دهد.
این ابعاد با هم منقبض و یا منبسط می‌شوند
۲- بعد دوم تایمیک یا زمانی است که به نسبت بعد متریک، کند و یا تند
می‌شود. در واقع چهاربعدی فضا - زمان در نسبیت یک دوبعدی طول - زمان
است که به‌تناسب هم تغییر اندازه می‌دهند و عامل این تناسب باتوجه‌به
رابطه موردنظر:
است که نتیجه کلی و بارز آن ثابت
اندازه‌گیری‌شدن سرعت نور تحت هر شرایطی است.
هر چند که در آینده نشان خواهیم داد که چیزی
به نام فضا - زمان وجود ندارد.
ولی در رسیدن سرعت سفینه به‌سرعت
نور دو مشکل جدی روی می‌دهد:
۱- اول اینکه آیا این سفینه می‌تواند به‌سرعت نور برسد؟
۲- دوم اینکه اگر فضاپیما به‌سرعت نور برسد، جرمش بی‌نهایت شده و
مسلماً انرژی آزاد شده از انفجار آن نیز بی‌نهایت خواهد بود. آیا
می‌توان کل کیهان و یا حداقل بخشی از آن را به این روش نابود و ویران
کرد؟ و آیا این موضوع عقلانی است که با استفاده از جرمی اندک به‌عنوان
جرم سفینه و جرم سوخت رآکتور شتاب، کیهان و یا بخش نسبتاً قابل‌توجهی
از آن را تخریب و نابود کرد؟ آیا قوانین ترمودینامیک در این رویداد نقض
می‌شوند؟ دررابطه‌با برسی مشکل اول ابتدا نمودار توان لازم جهت شتاب
دادن به سفینه تا سرعت نور را رسم می‌کنیم:
در
نمودار فوق شتاب ۱۰ متر بر مجذور ثانیه به‌ازای هر کیلوگرم از جرم
سفینه در نظر گرفته شده است. آهنگ افزایش این توان همانند روند افزایش
جرم است. اینک معادله توان رآکتور شتاب‌دهنده سفینه را نسبت به افزایش
سرعت به دست می‌آوریم.
P0R
توان رآکتور در حالت سکون سفینه و
PR
توان رآکتور در حالت حرکت فضاپیماست.
نمودار فوق برای توان به‌دست‌آمده از جرم یک کیلوگرم سوخت رآکتور سفینه
در حال حرکت رسم شده است. اینک با مقایسه دو رابطه توان لازم جهت شتاب
دادن به سفینه در حال حرکت و همچنین توان رآکتور فضاپیمای در حال حرکت:
نتیجه می‌گیریم که آهنگ افزایش توان رآکتور سفینه بیشتر از روند توان
لازم برای شتاب دادن به سفینه است. یعنی نمودارهای زیر:
منحنی آبی‌رنگ روند افزایش توان لازم برای شتاب دادن به سفینه و منحنی
سبزرنگ آهنگ افزایش توان رآکتور شتاب‌دهنده فضاپیماست که جهت مقایسه با
یکدیگر از مبدأ واحدی شروع به‌رسم شده‌اند. یعنی نه‌تنها رآکتور سفینه
برای رساندن سرعت فضاپیما به‌سرعت نور درمانده و عاجز نیست، بلکه
می‌تواند آن را سریعاً (با شتاب در حال افزایش) به‌سرعت نور برساند و
دراین‌رابطه، توان و انرژی مازاد بر نیاز و بیشتری هم خواهد داشت.
اما مشکل دوم
که نگرشی انتزاعی به حقایق فیزیکی است! تمامی قوانین و روابط وضع شده
توسط انسان‌ها در محدوده‌ای مخصوص به خود حاکم بوده و کارایی دارند و
شاید کندشدن زمان و کوتاه‌شدن متر و افزایش جرم و ............ تا حدی
ادامه داشته باشد و بعد از آن، این تغییرات متوقف شوند و هیچ انفجاری
هم روی ندهد و قوانین و روابط جدید و متفاوتی جایگزین شوند و در نهایت
رسیدن به‌سرعت نور و حتی بیشتر از آن مقدور شود، برای اینکه ما در توان
و انرژی رآکتور شتاب دهند فضاپیما هیچ مشکل و کمبودی نخواهیم داشت. به
امید روزی که فضاپیماهای این‌چنینی طراحی و ساخته شوند و بشر به آرزوی
دیرین خود یعنی سفر در اعماق کیهان آن هم با سرعت خیلی زیاد دست یابد و
خود را از قیدوبند محدودیت‌های به وجود آمده رها کند. به‌هرحال
نزدیک‌شدن و رسیدن به‌سرعت نور می‌بایست آزموده شود که رآکتورهای مولد
انرژی و نیروی پیشران امکانات آزمایش را فراهم خواهند کرد. چرا که با
افزایش جرم و چگالی بر استحکام و مقاومت رآکتور و سفینه نیز افزوده
خواهد شد.
محمدرضا طباطبايي 26/12/87
http://www.ki2100.com
