Siły Wszechświata

Drodzy Czytelnicy Tostera Pandory! Z okazji 50. już rocznicy lądowania na Księżycu – czyli w imię kolejnego świętowania niebywałego kroku ludzkości: przepięknego sukcesu programu Apollo 11 – serdecznie zapraszamy do „wizji kosmiczno-publicystycznej” Zbigniewa Galara, redaktora naczelnego naszego naukowego oraz paranaukowego działu Laboratorium, naukowca (choć nie dziedziny fizyki, jednakże prywatnie bardzo zainteresowanego tą właśnie dyscypliną nauki)… O samym programie Apollo 11 wspomnieliśmy swego czasu tutaj, dziś natomiast prezentujemy pewien świeży koncept Galara – będący propozycją, pomysłem, zamysłem do Państwa samodzielnych przemyśleń na temat nas-Ziemian, i nt. naszej przyszłości…

Redakcja Tostera Pandory – Lyo Art Grupa

Siły Wszechświata

Wszechświat uczył nas kiedyś, czym jest grawitacja, gdy spadaliśmy z drzew. Była to pierwsza siła Wszechświata, której doświadczył człowiek. Paradoksalnie jest ona również najsłabszą z nich oraz posiada jako jedyna tę szczególną własność, że nie potrafi niczego odpychać, a jedynie przyciąga. Tylko grawitacja ma nieograniczony zasięg, nie może zostać pochłonięta, nie można się przed nią obronić, osłonić, a jej samej transformować, czy ukierunkować. To dlatego pomimo swojej relatywnie mikroskopijnej siły, stanowi ona najważniejszą przyczynę zmian we Wszechświecie, najbardziej obecną oraz iluzoryczną siłę.

Siła grawitacji jest 10 razy milion razy milion razy milion razy milion (10^25) razy słabsza od oddziaływania odpowiadającego za rozpad radioaktywny, oddziaływania słabego. Jest ono nazywane słabym, bo jest ponad milion razy słabsze od oddziaływania elektromagnetycznego, dającego nam prąd w gniazdku (a oddziaływanie silne jest od elektromagnetyzmu jeszcze 137 razy silniejsze).

Są nawet teorie, że przenikalność grawitacji nie ogranicza się tylko do naszej brany Wszechświata (brana to wielowymiarowa struna z Teorii Strun) i rozprzestrzenia się na Wszechświaty przenikające naszą przestrzeń. Rozwiązywałoby to wiele problemów. Po pierwsze nie musielibyśmy się już głowić nad tym, czym jest ciemna materia. To zwykła materia z sąsiedniego Wszechświata przenikającego nasz i dlatego właśnie nikomu jeszcze nie udało się odnaleźć tych mistycznych ciemnych cząstek, które się na ciemną materię składają, bo one po prostu nie istnieją. Ponadto tłumaczyłoby to słabość grawitacji, gdyż rozlewa się ona na ogromne przestrzenie Wszechświatów równoległych, a nie jest skupiona i ograniczona tylko do naszego – jak np. oddziaływanie elektromagnetyczne. Ma więc ona więcej miejsca, aby się rozlać i dlatego jest aż tak rozcieńczona. Innych Wszechświatów nie jesteśmy świadomi, ponieważ oddziaływanie elektromagnetyczne jest ograniczone do naszej brany, nie ma w związku z tym możliwości zobaczenia innego Wszechświata (światło to bozony lub inaczej cząstki przenoszące oddziaływanie elektromagnetyzmu), nie ma też możliwości dotknięcia go (namacalność, a więc nieprzenikalność pod naciskiem zwykłej materii wynika z elektromagnetyzmu – odpychania się przeciwnych ładunków w atomach).

Grawitacja nie jest nam potrzebna do utrzymywania ciążenia. Znacznie lepiej radzi sobie z tym ruch obrotowy. Ziemia zawiera milion razy milion razy milion razy milion kilogramów materii. Dzieląc to przez liczbę ludzi żyjących obecnie, czyli ponad siedem i pół miliarda (7 717 319 750), na jednego człowieka przypada prawie osiemset tysięcy ton (780) razy milion – to straszne marnotrawstwo materii. Gdyby przenieść ludzi z powierzchni Ziemi do cylindrycznych habitatów o grubości kilku metrów utrzymujących ciążenie dzięki ruchowi obrotowemu, wtedy z materii naszej planety można by zbudować znacznie większą powierzchnię mieszkalną. Ponieważ obecnie pod naszymi stopami nie znajduje się kilka metrów ziemi, tylko ponad trzy miliony. Jest tam materiału na setki tysięcy kilometrów kwadratowych, np. dwie powierzchnie Polski, tylko z materii przypadającej obecnie na jedną osobę. Wszystko z wykorzystaniem dzisiejszej technologii i dużej, ogromnej ilości pracy nad tym przedsięwzięciem.

Ale nie musimy przecież rozbierać Ziemi, czy Księżyca. Fruwających swobodnie w kosmosie skał – w naszej najbliższej okolicy w Układzie Słonecznym – wystarczy na więcej powierzchni mieszkalnej, niż obecnie posiada Ziemia. W rezultacie w przyszłości znacznie więcej ludzi może mieszkać w takich stacjach kosmicznych niż na powierzchniach planet.

Dlaczego? Ponieważ ograniczeniem ekonomicznym przyszłości nie będzie nakład pracy związany z budowaniem habitatu. Roboty zespawają i wypełnią gruntem taką stację kosmiczną, a będą zasilane choćby przez panele słoneczne podłączone do darmowej słonecznej energii (to przy założeniu obecnych technologii, czyli gdy nie będziemy wykorzystywać dużo tańszej fuzji). Ekonomicznym ograniczeniem dla gospodarki przyszłości będzie więc tylko budulec. W związku z tym mieszkanie w obrotowym cylindrze będzie (w porównaniu z mieszkaniem na Ziemi) około miliona razy tańsze (dla nieco ponad 3 metrów grubości ściany cylindra).

Jak coś jest 10 razy tańsze, to nadal możemy się na taki wybór z wahaniem zdecydować, choćby z powodu przywiązania do tradycji, i samej siły tradycji – bowiem mieszkanie na Ziemi będzie przecież wiązać się z dużym poziomem prestiżu. W końcu jest to wszak kolebka życia i ludzkości. Jednak jak coś jest 1000 razy droższe, wtedy już tylko szaleniec będzie się na to decydował, bo wtedy traci 999-krotności, które może wydać na inne rzeczy, zamiast na nieruchomości. Kiedy coś jest milion (1 000 000) razy droższe – w ogóle nie podlega dyskusji, ponieważ zdroworozsądkowe rozpatrywanie skali takiej różnicy staje się po prostu niewykonalne.

Czy powyższe oznacza, że Ziemia utraci w przyszłości status najważniejszego miejsca dla ludzkości? Czy największe miasta zostaną zastąpione rojem, czy też konstelacją połączonych obrotowych habitatów? Całkiem możliwe. Zwłaszcza jeśli Ziemia pozostanie nietknięta – jako swego rodzaju rezerwat, klejnot w koronie, symbol naszych początków i świadectwo historii.

Jednak Ziemię może także czekać dużo ciekawsza, bo odmienna przyszłość. Może nabudowywać kolejne mieszkalne warstwy – za pomocą wyniesienia warstw skalnych na kształt spirali albo budowy utrzymujących się nad atmosferą pierścieni orbitalnych, które z czasem przykryją całą jej powierzchnię, stając się warstwą orbitalną. Takie dodawanie warstw nie będzie wiązało się z wieloma problemami dla samej Ziemi, natomiast Wszechświat utraci możliwość podziwiania błękitnej planety z orbity, bo jej błękit i inne kolory będą przykryte całkowicie sztuczną skorupą. Skorupą dla lepszej komunikacji ze statkami kosmicznymi (przywożącymi jedzenie hodowane w obrotowych cylindrach), prawdopodobnie także pozbawioną atmosfery, wyglądającą jak radiator w celu wypromieniowania nawarstwiającego się wewnątrz ciepła.

Takie nabudowywanie warstw o ziemskiej sile ciążenia jest całkiem proste, bo już teraz możliwe. Wystarczy, że poszerzona odległość od centrum Ziemi będzie równa dodanej masie składającej się na unoszony kontynent. Dodatkowa warstwa nie będzie oddziaływać na wnętrze w sensie odczuwalnej wagi, ponieważ symetryczny sferyczny obiekt znosi swoje oddziaływanie grawitacyjne (oczywiście netto; sama grawitacja nie ginie, tylko spowalnia czas). Zakładając więc dość skuteczne odprowadzanie ciepła z dobudowywanych kolejnych dziesiątek, czy nawet setek warstw, mamy receptę na mega-Ziemię (czy: Superziemię). Zakładając, że poszczególne warstwy będą połączone słupami konwekcji ciepła, a więc odprowadzanie nadmiaru energii nie będzie stanowiło problemu (przysłoniętą powierzchnię trzeba oświetlić, a i same miasta będą wytwarzać ogromne ilości ciepła), poszerzanie Ziemi i tym samym poszerzanie powierzchni mieszkalnej na kolejnych warstwach – sprowadza się tylko do zdobywania coraz to nowych materiałów budowlanych (w tym celu trzeba rozbierać cały Układ Słoneczny – aby pozyskać materię).

Z czasem taka warstwowa mega-Ziemia zacznie spowalniać czas na najniższych warstwach. Ludzie żyjący więc na najniższej, pierwotnej i historycznej warstwie obecnej Ziemi – będą w rezultacie patrzeć na zewnętrzny Wszechświat jakby w przyspieszonym filmie. Ale żeby ten efekt przyspieszonego tempa unaocznił się w zauważalnym stopniu, ilość nabudowanych warstw musiałaby być przeogromna – tak wielka, że to nie Ziemia będzie okrążać Słońce, tylko Słońce Ziemię…

A jak rozwiązać pierwszy i najbardziej pierwotny problem takiego scenariusza? Cóż takiego miałoby utrzymywać w górze każdą kolejną warstwę ważącą więcej niż kontynent? To akurat jest proste – elektromagnetyzm i bezwładność. Ze względu na ogromne różnice pomiędzy tymi siłami oddziaływania – utrzymywanie czegoś w górze za pomocą elektromagnetyzmu jest całkowicie wykonalnym zadaniem, i to jeszcze do tego w zasięgu dzisiejszej, już dostępnej, bo opracowanej kilkadziesiąt lat temu technologii  (lewitacji magnetycznej, dzięki której działają superszybkie pociągi typu maglev).

Aby tę koncepcję dobrze zobrazować, wyobraźmy sobie kolejną warstwę Ziemi jako złożenie wielu orbitalnych pierścieni, które połączono mostami i na wszystko wysypano trochę piasku, dużo piasku, a może nawet wylano oceany. Kiedy więc umiemy zbudować jeden pierścień orbitalny samodzielnie utrzymujący się w górze, możemy zbudować je wszystkie, a więc możemy zabudować całą nową powierzchnię dla Ziemi. A jak się buduje samopodtrzymujący się pierścień orbitalny…?

To akurat jest proste – wystarczy posiadać rakietę i dużo miedzi lub innego przewodzącego materiału, z którego zrobimy kabel. Rakieta wynosi miedziany kabel w postaci wielkiej szpuli i umieszcza go (jak satelitę) na orbicie. Po wyniesieniu setek, może i tysięcy takich szpul (w zależności od grubość nośnego drutu), mielibyśmy konstelację rolek zajmujących jedną orbitę oddalonych od siebie o długość kabla nawiniętego na każdą z nich. Potem rozwijamy rolki, tak aby połączyć orbitujący kabel w jeden o długości ponad 40 tysięcy kilometrów (tyle mniej więcej wynosi obwód Ziemi na równiku, ale my potrzebujemy nieco więcej – ze względu na wysokość orbity).

Taki połączony kabel nie spada, bo jest on rozpędzony do prędkości orbitalnej i jeśli go nic w tym ruchu nie spowolni, nie ma ryzyka, że będzie mógł spaść na Ziemię (nie ma także przy tym zbyt wielu strat energii, bo jego przekrój czołowy jest minimalny i porusza się w prawie całkowitej próżni). W etapie drugim należy wynieść na orbitę po jednym wagonie i złożyć na orbicie coś w rodzaju pociągu (każdy wagon będzie najpierw rozpędzony do prędkości orbitalnej, więc nie spadnie, tak jak nie spadają satelity). Potem wystarczy nałożyć na taki kabel elektromagnetyczny pociąg typu maglev, wtedy utrzymywać go będzie nad kablem siła elektromagnetyczna z powodu szybko przesuwającego się przewodnika, w którym będzie płynąć prąd. Taka lewitująca magnetycznie kolejka będzie ściągała przewodnik w dół, dlatego aby temu przeciwdziałać, każda dodawana masa nakładana na przewodnik będzie musiała być równoważona dalszym rozpędzaniem drutu w ruchu na orbicie. Potem dodajemy kolejne wagony i po obudowaniu całości kabla – otrzymujemy orbitalny pierścień.

Następnie powtarzamy wszystko powyższe, zaczynając od wynoszenia szpul, i dodajemy kolejne kable – i kolejne pierścienie obok siebie (w praktyce nie musimy znajdować tyle miedzi na Ziemi – wystarczy przyciągnąć asteroidę zawierającą metale w pobliże naszej planety i na orbicie przetapiać ją na kabel). Potem łączymy ze sobą równolegle wagony kolejki. Po jakimś czasie mamy tyle wirującego przewodnika, że nawet rozerwanie kilku kabli nie doprowadzi do katastrofy w postaci zawalenia się konstrukcji i upadku na Ziemię. Takich kabli może być kilkaset – tysiące… i każda mechaniczna awaria może być równoważona przez zapas siły nośnej z pozostałych przewodników, rozpędzanych w razie potrzeby do większych prędkości. Rozpędzanych nawet za pomocą zwykłych (na moment rozpędzania przyczepiających się do drutu) silników rakietowych. Cały pierścień orbitalny utrzymuje nad drutem siła elektromagnetyczna (tak aby nie było strat energii z powodu styku), a sam drut jest utrzymywany w górze nad planetą dzięki swojej sile odśrodkowej.

Po spowolnieniu wagonów kolejki (a właściwie po rozpędzeniu na orbicie obudowy pierścienia w przeciwnym kierunku do prędkości orbitalnej) jej poszczególne wagony będą utrzymywać się nad jednym punktem, a panujące tam ciążenie będzie równe ziemskiemu 1g – już nie będzie tam nieważkości, bo względem Ziemi każdy wagon kolejki będzie w spoczynku (w praktyce ciążenie będzie pomniejszone o kilka procent, dokładnie o odległość pomiędzy powierzchnią Ziemi a orbitą, wyrażoną jako procent promienia Ziemi: 3170 km).

Po zbudowaniu tysięcy takich bezpiecznych pierścieni, których lewitacja będzie zabezpieczona przez tysiące redundantnych przewodzących drutów utrzymujących ich masę, tworzy się powierzchnia zabezpieczona po miliony razy przed upadkiem (awaria siły nośnej nawet całego pojedynczego orbitalnego pierścienia będzie równoważona przez sąsiednie, także zawierające tysiące elementów nośnych, które są od siebie niezależne). Taka sztuczna powierzchnia będzie dużo bardziej stabilna niż tektoniczna i pełna wulkanów powierzchnia Ziemi. W rezultacie mieszkanie na kolejnej orbitalnej powierzchni będzie po prostu bezpieczniejsze i znacznie tańsze niż na pierwotnej powierzchni Ziemi (kolejne warstwy będą mieć większą powierzchnię i dużo mniejszy prestiż niż te zamieszkiwanie poniżej). Ponadto po pewnym czasie (po zbudowaniu kolejnych warstw) poszczególne warstwy będą musiały być połączone słupami służącymi jako przewody odprowadzające gromadzące się ciepło, co będzie stanowić dodatkowy element zabezpieczający, bo stabilizujący oraz jednocześnie nośny (tu warto zwrócić uwagę, że jednak słupy nie są konieczne do podtrzymywania konstrukcji, więc ciepło będzie też mogło być wypromieniowywane wyżej na długości fali elektromagnetycznej przezroczystej dla atmosfery – będzie to taki odwrócony panel słoneczny: emitujący, a nie pobierający energię).

A jakie ograniczenie na taką nawarstwiającą się konstrukcję nakładają prawa grawitacji – prawa fizyki? Możemy budować tak wielką warstwową Ziemię, zawierającą prawdziwą Ziemię w swoim centrum, że zużyjemy całą materię nie tylko z naszej gwiazdy, czyli Słońca (które zawiera w swoim wnętrzu 99,86% masy Układu Słonecznego), ale również z sąsiednich układów słonecznych. Realnym ograniczeniem jest tylko wydajność odprowadzania ciepła z kolejnych warstw Ziemi oraz spowalniający wszystko upływ czasu we wnętrzu, związany z rosnącą masą całego układu warstwowej Ziemi. Rosnąca średnica układu będzie zwiększać powierzchnię kolejnych warstw, ale odległości pomiędzy kolejnymi – wcale nie muszą być ani równe, ani małe, dlatego dyspozycyjna powierzchnia mieszkalna może rosnąć bardzo szybko, a gęstość układu może być w ten sposób bardzo łatwo regulowana.

Mega-Ziemia może być więc naprawdę wielka, w centrum pozostając ciągle taka sama. A najpiękniejsze jest to, że do rozpoczęcia tak absurdalnie wielkiego projektu – nie musimy opracowywać żadnej nowej technologii; potrzebujemy „tylko” dużej ilości czasu, konsekwencji i uporu… Wszystko powyższe umożliwiają bowiem przerażająco skrajne różnice pomiędzy podstawowymi siłami Wszechświata oraz bardzo szczególnymi własności najsłabiej poznanego oddziaływania – grawitacji…

Wszechświat nam sprzyja, bo zgodnie z jego niezmiennymi od miliardów lat prawami – możliwości ludzkości już przy dzisiejszych technologiach są naprawdę wielkie, wprost niewyobrażalnie ogromne.

Zbigniew Galar

B
Co myślisz o tym artykule? Wyraź swoją opinię - zgrilluj tosta!
  • bardzo ciekawy-wypieczony tost (2)
  • w porządku-niezła grzanka (2)
  • potrzebny-smaczny tost (1)
  • średni-przeciętny tost (0)
  • nie podoba mi się-spalony tost (0)

Jeden komentarz

  1. Marek Goliński

    Witam

    Chciałbym podziękować Panu, jak i całej grupie osób tworzących i utrzymujących tą stronę, doceniając przy tym nakład czasu i pracy, za rozprzestrzenianie tak interesujących idei. Doskonale czyta się takie optymistyczne wizje człowieka we Wszechświecie. To naprawdę daje nowe nadzieje. Zaznaczam też, że nie piszę tego komentarza tylko w kontekście tego artykułu, bowiem w swoim, niezbyt lekkim czasie, przeczytałem wszystkie artykuły, jakie mają tutaj Państwo. I choć większość rzeczy zapomniałem (ach, nasze niedoskonałe ciała i umysły), to zetknąłem się z wieloma ideami dla mnie nowymi i dającymi do myślenia. To ubogaciło moje postrzeganie świata i jestem Wam za to niezmiernie wdzięczny.

    Jednakowoż, patrząc na złożoność naszego życia i liczne powiązania w nich (niektóre intyicyjnie błędne) naprawdę odrębnych od siebie kategorii, muszę się z Państwem podzielić jedną, zasadniczą dla mnie wątpliwością. Chodzi mianowicie o wielkie pytanie, czy My, jako ludzie się rozwijamy, czy degenerujemy (Nie pytam nawet, co to znaczy być człowiekiem, chociaż mam na to swoje zdanie, pomijając przy tym też kwestie definiowania pojęć rozwoju i degeneracji)? Chodzi mi chyba bardziej o to, czy bardziej zalecany jest optymizm czy pesymizm w kwestii człowieka i życia w ogóle. W 2019 roku stoimy przed przełomem i zadaniami, z których z pewnością przerażająca większość ludzi jeszcze nie zdaje sobie sprawy. Następna dekada przyniesie nam tyle zmian, że ogromnej rzeszy ludzi będzie ciężko się w tym wszystkim połapać (parafrazując tutaj pewne chińskie przekleństwo, które z pewnością czytałem na tej stronie: “Obyś żył w ciekawych czasach”). Już teraz mamy małe wstrząsy zapowiadające przyszłe wydarzenia, że wspomnę tylko o kryzysie mitu demokracji, niedawnym kryzysie migracyjnym, powrocie zimnej wojny do globalnej polityki, niemożliwym do ogarnięcia rozwoju nowych technologii a kończąc na najważniejszym dla mnie kryzysie klimatycznym, który, obawiam się, doprowadzi do kolapsu cywilizacyjnego i upadku człowieka w ogóle. I to w ciągu najbliższych dekad. Jestem człowiekiem młodym i szczerze obawiam się upadku całej cywilizacji i powrotu do prawa dżungli (która w swojej uczłowieczonej, kulturowej formie nie jest aż tak… hmm… krwiożercza). Proszę napisać mi Państwa jako całości, lub oddzielnego zdania na ten temat, bowiem patrząc na realne działania ludzkości w celu zapobieżenia globalnej katastrofie (nie mówię tutaj o śmiesznych aktywistach, których działania mogą co najwyżej polepszyć im nastrój). Może z mojej tezy i państwa antytezy (antytez?) powstanie jakaś ciekawa synteza?

    Pozdrawiam

    Marek Goliński

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.