بیگ بنگ: سفر میان ستاره‌ای تنها چیزی است که بشر فقط در داستان‌های علمی تخیلی به آن دست یافته است – مانند بازماندگان عرشه ناو هواپیمابر در فیلم پیشتازان فضا (Star Trek) که از موتورهای پادماده برای سفرهای فضایی استفاده می‌کردند.

به گزارش بیگ بنگ، پادماده فقط یک داستان علمی تخیلی نیست. پادماده واقعاً وجود دارد. “ایلان ماسک” قدرت پادماده را «بلیط سفرهای میان ستاره‌ای» نامیده و فیزیکدانی مانند “رایان وید” در حال بررسی چگونگی مهار آن است. پادماده از ذراتی تقریباً مانند ماده معمولی اما با بار الکتریکی مخالف تشکیل شده است. این بدان معناست که وقتی پادماده با ماده معمولی تماس پیدا می‌کند، هم از بین می‌رود و هم می‌تواند مقادیر زیادی انرژی تولید کند.

“وید” یکی از بنیانگذاران و مدیر عامل شرکت پوزیترون داینامیکس، شرکتی که برای توسعه‌ی یک سیستم رانش پادماده کار می‌کند، گفت: «نابودی پادماده و ماده، جرم را مستقیماً به انرژی تبدیل می‌کند.» فقط یک گرم پادماده می‌تواند انفجاری معادل یک بمب هسته‌ای، ایجاد کند. برخی می‌گویند این نوع انرژی است که می‌تواند ما را جسورانه با سرعت بی‌سابقه به جایی برساند که قبلاً هیچکس نرفته است.

سفر فضایی با سرعت بی‌سابقه

مزیت تمام این انرژی این است که می‌توان از آن برای شتاب دادن یا کاهش شتاب فضاپیماها با سرعت‌های سرسام‌آوری استفاده کرد. به عنوان مثال، فرض کنید به نزدیکترین منظومه ستاره‌ای یعنی پروکسیما قنطورس، در فاصله‌ی حدود 4.2 سال نوری، سفر می‌کنیم.

“وید” در سال 2016 گفت: «یک موتور پادماده از نظر تئوری می‌تواند یک فضاپیما را با سرعت 1 گرم (9.8 متر بر ثانیه) شتاب دهد و ما را تنها در پنج سال به پروکسیما قنطورس برساند. این سرعت 8000 برابر بیشتر از سرعتی است که فضاپیمای ویجر 1 – یکی از سریع‌ترین فضاپیماهای تاریخ – نیاز دارد تا حدود نیمی از مسافت را طی کند.

حتی در منظومه شمسی خودمان، یک فضاپیمای پادماده می‌تواند در عرض 3.5 هفته به پلوتو برسد، در مقایسه با 9.5 سالی که برای رسیدن کاوشگر نیوهورایزنز طول کشید.

چرا موتور پادماده نداریم؟

دلیل اینکه ما موتورهای پادماده نداریم، علی‌رغم قابلیت‌های فوق‌العاده‌ی آن‌ها، به هزینه برمی‌گردد، نه فناوری. “جرالد جکسون” یک فیزیکدان شتاب‌دهنده که روی پروژه‌های پادماده در آزمایشگاه فرمی کار می‌کرد، در سال 2016 به فوربس گفت که با داشتن بودجه‌ی کافی، می‌توانیم ظرف یک دهه یک نمونه اولیه از فضاپیمای پادماده داشته باشیم.

فناوری اولیه وجود دارد. فیزیکدانانی که به قدرتمندترین شتاب دهنده‌های ذرات جهان مجهز شده‌اند، اتم‌های پادپروتون و پادهیدروژن را ساخته‌اند. مسئله این است که ساخت این نوع پادماده فوق‌العاده گران است. این ماده گران‌ترین ماده‌ی روی زمین در نظر گرفته می‌شود. “جکسون” به ما گفت که ساخت و نگهداری یک ماشین پادماده چقدر هزینه دارد.

“جکسون موسس” رئیس و مدیرعامل Hbar Technologies است که در حال کار بر روی مفهومی تحت عنوان بادبان فضایی پادماده برای کاهش سرعت فضاپیماهایی است که 1 تا 10 درصد سرعت نور را طی می‌کنند – یک طرح مفید برای ورود به مدار یک ستاره، سیاره یا قمر دوردست که می‌خواهند مطالعه کنند.

“جکسون” گفت که او یک برخورددهنده‌ی پروتون نامتقارن را طراحی کرده که می‌تواند 20 گرم پادماده را در سال تولید کند. “جکسون” گفت: «برای یک بسته علمی 10 کیلوگرمی که با 2 درصد سرعت نور حرکت می‌کند، 35 گرم پادماده برای کاهش سرعت فضاپیما و تزریق آن به مدار پروکسیما قنطورس مورد نیاز است.»

او گفت که برای ساخت یک نیروگاه خورشیدی، به دلیل نیاز به انرژی عظیم در هنگام تولید پادماده، 8 میلیارد دلار بودجه لازم است و هزینه عملیاتی آن 670 میلیون دلار در سال می‌باشد. ایده فعلاً همین است. “جکسون” گفت: «در حال حاضر هیچ بودجه‌ی جدی برای مفاهیم پیشران فضایی پیشرفته وجود ندارد.»

با این حال، راه‌های دیگری برای تولید پادماده وجود دارد. همینجا بود که “وید” کار خود را متمرکز کرد. مفهوم وی شامل پوزیترون‌ها، نسخه‌ی پادماده‌ی یک الکترون است.

نوع متفاوتی از موتور پادماده

“وید” گفت: «پوزیترون‌ها چندین هزار بار سبک‌تر از پادپروتون‌ها هستند و در هنگام نابودی زیاد متراکم نمی‌شوند.» با این حال، مزیت این است که آنها به طور طبیعی وجود دارند و برای ساختن آنها به یک شتاب‌دهنده‌ی غول‌پیکر و میلیاردها دلار نیاز نیست. سیستم رانش پادماده‌ی “وید” برای استفاده از کریپتون 79 – شکلی از عنصر کریپتون که به طور طبیعی پوزیترون منتشر می‌کند – طراحی شده است.

سیستم موتور ابتدا پوزیترون‌های پرانرژی را از کریپتون 79 جمع‌آوری می‌کند و سپس آنها را به سمت لایه‌ای از ماده‌ی منظم هدایت می‌کند و انرژی نابودی را تولید می‌کند. آن انرژی سپس یک واکنش همجوشی قدرتمند را برای ایجاد نیروی رانش برای فضاپیما آغاز می‌کند.

در حالی که ممکن است به دست آوردن پوزیترون‌ها نسبت به اشکال قوی‌تر پادماده ارزان‌تر باشد، اما مهار آنها دشوار است زیرا بسیار پرانرژی هستند و سرعت آنها باید کاهش داده یا «تعدیل» شود. “وید” گفت، بنابراین ساخت یک نمونه اولیه برای آزمایش در فضا، از نظر هزینه، هنوز دور از دسترس است.

چنین موردی برای تمام طرح‌های پیشرانه‌ی پادماده صدق می‌کند. در طول دهه‌ها، دانشمندان ده‌ها مفهوم را پیشنهاد کرده‌اند که هیچ‌کدام به نتیجه نرسیده‌اند.

به عنوان مثال، در سال 1953، فیزیکدان اتریشی، “یوگن سانگر” «موشک فوتون» را پیشنهاد کرد که با انرژی نابودی پوزیترون کار می‌کرد. و از دهه‌ی 80، صحبت از موتورهای پادماده حرارتی شده است که از پادماده برای گرم کردن مایع، گاز یا پلاسما برای ایجاد نیروی رانش استفاده می‌کنند.

“وید” در مورد مفهوم موتور خود گفت: «این علمی تخیلی نیست، اما تا زمانی که «قصد ماموریت» قابل‌توجهی وجود نداشته باشد، ما پرواز آن را نخواهیم دید.»

آیا می‌تواند کار کند؟

“پل ام ساتر” اخترفیزیکدان و مجری پادکست «از یک مرد فضایی بپرس» به BI گفت: «برای ساختن مفهوم “وید” در مقیاس یک سفینه فضایی، «نیازمند جزئیات مهندسی هستیم.» “ساتر” گفت: «ما در مورد دستگاهی صحبت می‌کنیم که واقعاً مقادیر بسیار زیادی انرژی را مهار می‌کند و به تعادل و کنترل عالی نیاز دارد.»

به طور کلی، این انرژی عظیم مانع دیگری است که ما را از ایجاد تحول در سفرهای فضایی باز می‌دارد. “استیو هاو” فیزیکدانی که در دهه 90 با ناسا بر روی مفاهیم پادماده کار می‌کرد، گفت: «اگر مشکلی پیش بیاید، این مشکل قطعاً انفجارهای بزرگ است.»

“هاو” که فکر می‌کند ماه می‌تواند پایگاه آزمایشی خوبی باشد، می‌گوید: «بنابراین ما به توانایی آزمایش سیستم‌های با چگالی انرژی بالا در جایی نیاز داریم که زیست کره را تهدید نمی‌کنند، اما همچنان به ما اجازه می‌دهند آن‌ها را توسعه دهیم و اگر مشکلی پیش بیاید، تکه‌ای از ماه را ذوب کرده‌اید، نه زمین.»

پادماده قدرت تخیل را در هر کسی که روی آن کار می‌کند به نمایش می‌گذارد. “ساتر” گفت: «اما، ما به ایده‌های احمقانه اما قابل‌قبولی نیاز داریم تا آن را در فضا گسترش دهیم، بنابراین ارزش بررسی را دارد.» “وید” این احساس را تکرار می‌کند و می‌گوید: «تا زمانی که دلیل قانع‌کننده‌ای برای رسیدن به کمربند کویپر، عدسی گرانشی خورشیدی یا آلفا قنطورس وجود داشته باشد – یا شاید ما در تلاش برای بازگرداندن سیارک‌های بزرگ برای استخراج معادن باشیم – پیشرفت در این زمینه کُند خواهد بود.»

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com