Az Univerzum gyermekei

2015.01.14. 13:05

Az emberi gondolkodást régóta foglalkoztató kérdés, hogy egyedül vagyunk-e az Univerzumban, vagy a világegyetem távoli mélységeiben léteznek hozzánk hasonló fejlett civilizációk. A fantázia, áthágva a fizikai valóság kemény törvényszerűségeit, szempillantás alatt ott teremhet a legtávolabbi csillagrendszerben is, vagy éppenséggel látni véli, amint valamikor a messzi múltban idegenek csillaghajói ereszkedtek le a földre. Fényévek határán, valamint itt a Földön is sóvárogva szeretnénk látni, hogy nem voltunk és vagyunk egyedül, és létrejöjjön két civilizáció képviselőinek harmadik típusú találkozása. De vajon leküzdhetők-e azok az emberi elme számára felfoghatatlan távolságok és Einstein professzor „fizikai ketrecei”, amelyek egyelőre szinte még megoldhatatlan problémaként szembesítenek bennünket a csillagközi utazás kérdésével?

Túl a határokon

A távolság igen relatív fogalom. Az éppen hogy járni kezdő pár hónapos csecsemő számára a szomszéd szoba is nehezen leküzdhető távoli cél. Évszázadokkal ezelőtt az óceánok áthajózása tűnt szinte megoldhatatlan feladatnak. Napjainkban a technika fejlődésének köszönhetően pár óra alatt eljuthatunk a Föld bármelyik szegletébe, és tágabb hazánk, a Naprendszer is bejárhatóvá vált az űrszondák számára az emberi értelem által felfogható néhány éves, esetleg évtizedes időintervallum alatt.

Az emberiség régi vágya, hogy idegen civilizáció nyomára bukkanjon. A fantázia birodalmában az idegenek hol jóságos, hol pedig halálos veszélyt jelentő lényekként jelennek meg, mint például az Alien című filmbenForrás: wikimedia.org

De a valódi kozmikus távolságok - amelyek fényévben, parszekben mérhetők, és csak a számok hűvös nyelvén fejezhetők ki -, jellemzően már meghaladják a felfogóképességünket. Tágabb kozmikus hazánk a Galaktika vagy Tejútrendszer önmagában is háromszázmilliárd csillagból áll, amelyből mindössze az egyik a bennünket éltető Nap.

Tágabb kozmikus hazánk, a Tejútrendszer síkja a Földről nézveForrás: wikimedia.org

Ez a hatalmas, egyik végétől a másikig 100 ezer fényév kiterjedésű csillagváros szintén csak egy az Univerzum sok száz milliárd hasonló extragalaxisa közül. Megbicsaklik az értelmünk, ha a maga valóságában szeretnénk felfogni, mekkora is lehet az – az Einstein után szabadon – véges, de határtalan tér, amit látható Univerzumnak nevezünk.

Az elérhetetlen szomszéd

Ha e felfoghatatlan dimenzióból visszaugrunk a legközelebbi kozmikus szomszédságunkhoz, talán könnyebben megértjük, hogy a távolság mint a csillagközi űrutazások egyik, de nem egyetlen kihívása mit is jelent valójában. A hozzánk legközelebbi csillag, a Kentaur csillagképben található Proxima Centauri 4,24 fényév távolságra fekszik tőlünk.

Legközelebbi csillagszomszédunkat, a 4,2 fényév távolságra fekvő Proxima Centaurit a jelenlegi leggyorsabb űreszköz, a Voyager 1 nem kevesebb mint 76 ezer év alatt érné elForrás: wikimedia.org

Ha a kereken 150 millió kilométer Föld-Nap távolságot 1 méternek vesszük egy képzeletbeli modellben, úgy innen 271 kilométert kellene utaznunk, hogy elérjük a „közeli” csillagszomszédunkat. A hozzánk legközelebbi extragalaktikus szomszéd, az Androméda-galaxis kereken 2,5 millió fényév távolságra található.

A hozzánk legközelebb fekvő csillagváros, az Androméda-galaxis 2,5 millió fényév távolságra van tőlünkForrás: wikimedia.org

Amikor feltekintünk az éjszakai, égre és tiszta időben szabad szemmel is megpillanthatjuk a halvány pamacsként derengő Andromédát, talán nem is gondolunk arra, hogy a szemünkbe érkező fény még akkor indult el, amikor a Homo erectus éppen hogy megtette az első lépéseit.

A távolságot, mint üveggolyót

A csillagközi utazás egyik legnagyobb kihívása a távolság. (Csillagközi utazásnak a Tejútrendszeren belüli, extragalaktikus utazásnak pedig a csillagrendszerek közötti hipotetikus űrutazást hívjuk.) E távolságok legyőzése azonban mai ismereteink szerint – számos okból – nem történhet tetszőleges sebességgel. A jelenleg szinte még megoldhatatlan technikai problémák mellett a hipotetikus csillagközi utazások másik nagy kérdése az idő. 

A Plejádok ködös nyílt csillaghalmaza. Minél távolabbi objektumot észlelünk, annál messzebb látunk az időbenForrás: wikimedia.org

A vákuumbeli fénysebesség mint abszolút fizikai állandó az elektromágneses hullámok terjedési sebessége, amely kerekítve 300 ezer km/s. (A fénysebesség pontos értéke 299 792,458 km/s.) Jelenlegi tudásunk szerint semmilyen hatás sem terjedhet ennél gyorsabban. Albert Einstein 1905-ben publikált speciális relativitáselméletének egyik tézise, hogy a vákuumbeli fénysebesség bármilyen inerciarendszerből mérve bármilyen irányban állandó, függetlenül az észlelő vagy a fényforrás sebességétől.

Einstein fizikai "ketrecei" egyelőre kemény korlátokként állnak a jövőbeli csillagközi utazások előttForrás: wikimedia.org

Ebből viszont az következik, ha a kölcsönhatások terjedésének van maximuma, úgy ez valamennyi inerciarendszerre érvényes, és semmilyen test sem mozoghat ennél gyorsabban. A csillagközi utazás, ha még sikerülne is megoldani egy űrjármű fénysebesség-közeli tartományra való felgyorsítását, majd lefékezését, évtizedekig, sőt távolabbi objektumok esetén sok ezer évig tarthatna. Még az idődilatációt is figyelembe véve ez szintén nagyon nehezen megoldható problémákat vet fel.

Ikrek, akik között százévnyi a korkülönbség

Mielőtt továbbmennénk a fénysebesség-közeli utazás technikai-fizikai nehézségeire, először nézzük meg, hogyan is telne az idő a hipotetikus csillaghajónk fedélzetén. Két esemény között eltelt idő attól függ, hogy melyik rendszerből nézzük. Ezt példázza a híres iker- vagy óraparadoxon is. Ha például egy ikertestvérpár egyik tagja a Földön marad, a másik pedig fénysebességgel haladó űrhajó fedélzetén utazik, annak ellenére, hogy az űrhajós órája ugyanúgy méri az időt, mint a Földön maradt testvéréé, és a csillaghajó fedélzetén számára csak egy év telt el, visszaérkezve azt tapasztalná, hogy a testvére évtizedekkel idősebb lett, vagy már nem is él.

A Messier M 104-es Sombrero-galaxis. Az intergalaktikus űrutazás még fénysebességgel is sok millió évig tartanaForrás: wikimedia.org

Noha a fénysebességhez közeli tartományban az idő lelassul, a csillagközi utazások még így is annyi időt vennének igénybe, hogy egyes utak ugyanazzal a személyzettel nem lennének teljesíthetők. A teoretikus, úgynevezett többgenerációs utazások során a célt nem az útnak indult asztronauták, hanem csak azok leszármazottai érnék el. Viszont az évtizedekig, esetleg évszázadokig tartó űrbéli utazás kolóniájának életben tartása egyelőre szintén megoldhatatlan kihívásnak tűnik. Még ha minden problémát sikerülne is áthidalni, és csak a legközelebbi csillag elérése lenne a cél, a hosszú évek múltán hazatérő űrhajósok - az ikerparadoxon miatt – egy számukra ismeretlen új világba csöppennének vissza.

Megközelíthető-e a fénysebesség?

Ha a most rendelkezésünkre álló űreszközök fedélzetén szeretnénk elrepülni akár csak a legközelebbi csillagokig, évszázadokig, de még inkább évezredekig utazhatnánk a kozmoszban. Ezt az időintervallumot csak a sebesség jelentős megnövelésével lehet lerövidíteni. A közeli csillagokhoz vezető néhány évtizedes úthoz a jelenlegi űreszközök sebességének legalább az ezerszeresére lenne szükség. A fő probléma az ehhez a sebességhez szükséges energia mennyisége. Ennek alsó határa a mozgási energia, a fékezéshez pedig ezt jelentősen meghaladó többletenergiára lenne szükség. Egy tonnának csak a fénysebesség tizedére való felgyorsításához 125 milliárd kWh energiára lenne szükség, és akkor még nem került terítékre az energia előállításának és tárolásának kérdése.

A csillagközi űrutazás egyelőre csak a sci-fi alkotásokban létezikForrás: wikimedia.org

A szükséges rendkívüli energiamennyiség miatt egyesek eleve kivitelezhetetlennek tartják a csillagközi utazást. A jövőbeni űreszközök meghajtási lehetőségeiről 2008-ban megrendezett Joint Propulsion Conference résztvevői igen szkeptikusan kezelték ezt a kérdést.

Járhattak már idegenek a Földön? A Val Camona-i barlangrajzok alapján egyesek szerint igenForrás: wikimedia.org

A konferencián az a többségi álláspont alakult ki, hogy az ember által végrehajtott csillagközi űrutazások valószínűsége igen csekély. Brice N. Cassenti, a Rensselaer Intézet Műszaki és Tudományos Részleg professzorának számítása szerint akár csak a legközelebbi csillag fénysebesség közeli tartományban történő eléréséhez, a jelenlegi globális energiatermelés százszorosára lenne szükség. Ha a jövőben sikerül is meghaladni ezt a problémát, még mindig maradnak bőven nehézségek. És a csillagközi utazások rendkívül fogós kérdése egyszerű feladatnak tűnik a sokmilliószorosan nagyobb távolságot jelentő extragalaktikus utazások problematikájához képest.

Enterprise és társaik; csillaghajók hajtóművei

A sci-fi irodalom egyszerűen átlép e kérdésen; a tudományos fantasztikum birodalmában a mindenre elszánt kozmonauták úgy repkednek egyik rendszerből a másikba, mint ahogy az egyszerű halandó átmegy Budáról Pestre. Ugyanakkor kitűnő elmék egész sora töpreng a fénysebességhez közeli repülés problematikáján. Az egyik igen felkapott, és legutóbb még hazai közszereplő által is emlegetett opció az ionhajtású csillaghajó álma. 

Tesztelés alatti ionhajtóműForrás: NASA/JPL

Az ion- és plazmahajtóművek elve kidolgozott, sőt 1998-ban a Deep Space-1 űrszonda a NASA New Millennium programjának keretén belül sikerrel tesztelte az első, űreszközbe épített ionhajtóművet. Az NSTAR hajtómű kereken 678 napig működött. A 2003-ban felbocsátott japán Hayabusa szonda pedig négy xenonion-hajtóművel rendelkezett. E konstrukció lényege, hogy a hajtómű kamrájában nemesgázt ionizálnak, az így kapott töltött részecskéket pedig elektromos mezőben gyorsítják fel, ebből nyerve a tolóerőt.

A Deep Space-1 űrszonda ionhajtóműveket használtForrás: wikimedia.org

A plazmahajtómű elvi konstrukciójában a rádióhullám és mágneses mező segítségével több millió fokra felhevített hidrogéngáz a hajtóanyag, amely plazmaállapotban lövell ki a hajtóműből, és gyorsítja fel a szerkezetet. Akármennyire is érdekesek ezek a konstrukciók, nem elég erősek a csillagközi utazáshoz. A világhírű csillagász és ismeretterjesztő, Carl Sagan által népszerűsített fúziós hajtómű, az antianyaghajtás vagy a részecskesugár-meghajtás egyelőre még ugyanúgy a jövő zenéje, mint a csillagközi utazásra alkalmas napszélvitorla.

Kozmikus teleportálás, féreglyukak és időugrás

Elméletileg lehetne a fény sebességével utazni, ha képesek lennénk fizikai entitásokat fénysugár segítségével információként úgy elküldeni, hogy azok a célnál az információ alapján újjáalkothatóvá válnának. (Űrhajósok elektromágneses hullámból hús-vér emberré történő visszaalakítása azonban egyelőre még igencsak sci-fi ízű feladatnak tűnik.) Amíg a külső megfigyelő számára fénysebességgel történő űrutazás idejének tűnne a nagy kaland, addig a résztvevők számára csupán egy pillanatnak. Sok tudós elme és fantáziadús sci-fi szerző gondolkodott már a fénynél gyorsabb űrutazás inspiráló lehetőségén, de ezeknek az elképzeléseknek az einsteini törvények még makacsul ellenállnak.

 

A téridő görbületet ábrázoló infografikaForrás: wikimedia.org

Hacsak… Az általános relativitáselmélet nem zárja ki a fénynél gyorsabb haladást, ha a téridő görbült. A téridő görbületét kihasználva ugyanis elvileg elképzelhető, hogy egy tárgyat a görbült teret rövidítő úton küldjünk az egyik pontból a másikba. Ez alkotja az úgynevezett térhajtás koncepciójának egyik verzióját. A féregjáratok a téridő olyan torzulásai, amelyek képesek összekapcsolni az Univerzum két tetszőleges távoli pontját, az úgynevezett Einstein-Rosen hídon keresztül. A féreglyukak létét elméletileg jósolták meg a világegyetem keletkezési teóriája alapján.

Fantáziagrafika a féreglyukon áthaladó űrjárműrőlForrás: wikimedia.org

John Archibald Wheeler és Robert Fuller az 1960-as években elvégzett modellszámításai szerint a féreglyukak mint a világegyetem egyik pontjából a másikba való majd egyidejű átjutás hipotetikus kapui azonban olyan rövid időre nyílnak csak meg, hogy azon még a fény sem tud keresztülhatolni. Létezhetnek-e olyan, a miénknél fejlettebb civilizációk a világegyetemben, amelyek minderről már sokkal többet tudhatnak? Erre még nincs egzakt válasz, de - Shakespeare Hamletjéből idézve, „Több dolgok vannak földön és égen, Horatio, mintsem bölcselmetek azt álmodni képes”.