Annons

”Så skulle det faktiskt kunna se ut”, säger fysikern Claes Uggla efter att ha tittat på hur rymdskeppet Endurance, i filmen Insterstellar, närmar sig ett maskhål för att ta en genväg genom rymden.

Bild: 
(C) Warner Bros. Pictures 2014

Att tänka på vid resor i maskhål

Maskhål och tidsparadoxer är vanliga inslag i science fiction, inte minst i den senaste superfilmen Interstellar. Men vad säger egentligen forskarna?

Författare: 

Publicerad:

2014-11-17

Jordens resurser håller på att ta slut, mänskligheten måste flytta till någon annan plats i rymden. Några filmhjältar ger sig i väg med rymdskeppet Endurance till en annan galax. Men avstånden är ohyggligt stora, därför tar de genvägen via ett maskhål som förbinder två avlägsna platser i den på Einsteins vis krökta rymden.

– Två svarta hål som är sammanbundna med en så kallad Einstein-Rosen-brygga är kända sedan länge. Och de kan faktiskt finnas därute, även om ingen har sett dem än. Stora maskhål, som är som en tunnel genom rumtiden, måste däremot skapas artificiellt, säger Claes Uggla, professor i fysik vid Karlstads universitet och science fiction-entusiast.

Att göra sådana maskhål farbara var en annan utmaning, som Kip Thorne tog sig an. Han är professor vid California institute of technology och världskänd utforskare av relativitetsteorin. Hans samarbete med Hollywood började i slutet på 1980-talet, när han fick frågan om tidsresor i samband med att Jodie Foster i filmen Contact skulle ta sig tillbaka till barndomen och träffa sin far. Thorne utvecklade då teorin om maskhål, vilket han nu fortsatt med inför inspelningen av Interstellar.

– Problemet är att maskhål kollapsar så fort något faller in i dem. För att staga upp ett maskhål måste det byggas med hjälp av okänd exotisk materia, säger Claes Uggla.

Om man dyker ner in i en maskhålstunnel tillförs den gravitation, och ju mer gravitationen ökar, desto mer sluter sig hålet. Antigravitation skulle kunna råda bot på detta, alltså materia som utövar ett negativt tryck. Den liknar den mystiska energi som får universum att utvidgas allt snabbare.

– Men vi vet ju inte ens om sådan materia existerar, och än mindre hur vi skulle hantera den. I universum är det rummet självt som expanderar, medan det i ett maskhål skulle vara något som vi måste skapa lokalt på konstgjord väg.

I filmen Interstellar är just maskhålet den mest genomarbetade och dyrbara detaljen. Med Kip Thornes uträkningar och Hollywoods mest kända experter på visualisering har filmskaparna skapat en sorts sfär omgiven av förvrängda bilder.

– Så skulle det faktiskt kunna se ut runt ett svart hål. Man kan se samma galax på flera olika ställen samtidigt, liksom andra former som ljusbågar och ringar, som är en följd av att ljuset tar olika vägar genom den krökning som det svarta hålet åstadkommer i rymdväven.

Effekten används faktiskt redan i dag av astronomerna för att upptäcka mörk materia. Om de ser att ljusstrålarna färdas längs den böjda rymden så kan de räkna ut hur mycket materia som bör finnas där.

Att ta sig fram tar tid – bara att fara till vår granne Mars skulle med våra farkoster i dag ta minst ett halvt år. Till Saturnus, dit filmens rymdskepp Endurance är på väg, tar resan kanske fem år. Visserligen passerade Nasas rymdsond New horizons Saturnus redan efter två år och fyra månader, men då var den på väg till Pluto och behövde inte bekymra sig om att bromsa in, vilket tar tid och kraft.

– Bara att resa till den närmaste stjärnan skulle ta mycket lång tid. Och vårt närmaste svarta hål i Vintergatans centrum är ju ännu längre bort, så det skulle ta minst 100 000 år att komma dit, säger Claes Uggla.

Däremot krävs det ingen ny fysik för att åstadkomma gravitation genom den centrifugalkraft som uppstår i ett roterande rymdskepp. Kraften ökar med skeppets radie och rotationshastighet. Om radien är mindre än jordklotets dryga 6 300 kilometer, vilket är rimligt, så räcker det alltså inte med ett varv per dygn. Rymdskeppet måste snurra fortare.

– En effekt av att bo på ett sådant roterande rymdskepp är att saker och ting inte faller rakt ner. På jorden kallas effekten för corioliskraften. Ju högre acceleration, desto större avvikelse. På rymdskeppet går den från noll i centrum till att bli störst och förmodligen ganska märkbar vid ytterkanten.

Märkligast av allt är dock när gravitationen blir så stor som i ett svart hål, eller ett maskhål för den delen.

– När du faller in i ett svart hål så upplever du att du bara rör dig fortare och fortare. Men om något rör sig väldigt fort så står tiden stilla, enligt Einstein. Och stark gravitation har samma effekt, så utifrån sett går det alltså oändligt långsamt. Du kommer aldrig in i det svarta hålet. Detta trotsar vardagsförnuftet, men å andra sidan är det ju inte vardag.

Att vistas i närheten av stark gravitation blir samtidigt rena föryngringskuren. För ju högre gravitationen är, desto långsammare går tiden. Filmens rymdresenärer hamnar på en planet som är så kompakt och har så stark gravitation att en timmes vistelse där motsvarar sju år på jorden.

– Det låter verkligen skumt. Visserligen påverkar gravitationen tidens hastighet, men om tidsskillnaden är så stor, så kommer du förmodligen att slitas sönder eftersom gravitationen påverkar våra kroppsdelar olika beroende på hur långt från planeten de befinner sig.

Ju högre gravitation, desto större blir skillnaden. Och eftersom vi alltid har en utsträckning i höjdled så påverkar gravitationen våra kroppsdelar olika starkt. Detta kallas för tidvatteneffekten, och den blir större ju mindre objektet är som skapar gravitationen.

– Till och med i jordens gravitationsfält åldras dina fötter mindre än ditt huvud, eftersom fältet är starkare ju närmare jorden du är. Hur mycket det blir beror på hur mycket du sitter eller ligger, men jag har räknat ut att skillnaden blir cirka en nanosekund per år. Så sju år låter helt vansinnigt, eftersom tidvatteneffekten skulle slita dig i bitar.

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

2

Dela artikeln:

TIDNINGEN FÖR DIG SOM ÄR NYFIKEN PÅ ALLVAR
10 nummer 779 kr
2 nummer 99 kr
Du vet väl att du kan läsa Forskning & Framsteg i din läsplatta? Ladda ned appen från App Store eller Google Play. (Läsplatteutgåvan ingår i alla prenumerationer.)

Kommentarer

En sak har alltid förbryllat mej:om kärnan av ur-explotionen av universium då,borde det finnas två eller fler som avlägsnar sej med galaxer från varandra?Det kan inte bara vara åt ett håll?Och om mot vi skulle få en signal skulle det vara från en avlägsnande galax eller mot oss,den tidigare motsäger alla att inget kan gå fortare än ljuset hastighet.Det är nogot som inte stämmer med som sam-klangar realitets-teorin.

På sidan 19 står ”Däremot krävs ingen ny fysik för att åstadkomma gravitation genom den centrifugalkraft som uppstår i ett roterande rymdskepp. Kraften ökar med skeppets radie och rotationshastighet.”

Just det, och för att undersöka saken närmare kan vi använda ”centrifug-formeln”

G = 1.118 x 10^-3 x N^2 x R …................................... (1)

där

G är den relativa centrifugalkraften med normala tyngdaccelerationen G0 = 9.81 m/s2 som enhet
N är antalet varv per minut och
R är banradien i meter

för att beräkna G för den roterande jorden.

Med N = 1 varv/24h = 1/1440 varv/min och jordradien R = 6.37 x 10^6 m får vi

G = 1.118 x 10^-3 x (1/1440)^2 x 6.37 x 10^6 = 0.00343 x G0 = 0.00343 x 9.81 = 0.0336 m/s2 vilket uppenbarligen är en ytterst ringa bråkdel av tyngdaccelerationen.

Därför är det inte helt lätt att förstå det som står på nästa rad:

”Om radien är mindre än jordklotets dryga 6300 kilometer, vilket är rimligt, så räcker det alltså inte med ett varv per dygn.” eftersom ett varv på 24 timmar enligt ovanstående beräkning inte heller räcker till på långa vägar.

Observera speciellt att tyngdacccelerationen vid jordytan har mycket lite att göra med centrifugalkraft. Det är gravitation (attraktion mellan massor) som det handlar om i första hand här, medan den centrifugalkraft som visserligen också förekommer samtidigt, bara medför ett nästan försumbart och dessutom negativt tillskott.

Det finns därför ingen anledning att försöka göra troligt att (det förmodat starka?) men faktiskt mycket svaga sambandet mellan tyngdkraften och jordrotationen skulle kunna ge insikter om hur man bör dimensionera ett roterande rymdskepp för att åstadkomma önskad artificiell gravitation.

Vi undersöker saken ändå:

Hur snabbt måste jorden rotera för att centrifugalkraften ska bli lika stor som gravitationen?
Jo, i formel (1) måste vi ändra varvtalet från N till N1 så att (N1/N)^2 = 1/ 0.00343, för då blir G = 1

OBS! Ett föremål vid jordytan blir då ”viktlöst”, eftersom den utåtriktade centrifugalkraften i det fallet precis balanserar den inåtriktade tyngdkraften.

Vi får därför N1 = N x (1/ 0.00343)1/2 = 17.1 x N, vilket motsvarar drygt 17 varv/24 h eller ett varv på ungefär 84 minuter.

Eftersom satelliter i låg kretsbana runt jorden har omloppstider på omkring 90 minuter, verkar beräkningen stämma.

Ett rymdskepp med en tusendel av jordens radie – fortfarande ett imponerande byggnadsverk med radien 6.4 km – skulle behöva rotera ungefär 32 gånger snabbare eller ett varv på ungefär 3 minuter.

Lägg till kommentar