De afstanden tussen sterren zijn ongeveer honderdduizend maal zo groot als de afstanden binnen het zonnestelsel. Kortom:we hebben radicaal andere technologie nodig als we het zonnestelsel willen verlaten en de rest van de Melkweg willen koloniseren. Technologie die er nu nog niet is, al hebben we wel steeds meer een idee van hoe deze technologie er uit moet komen te zien. National Geographic deed onderzoek en stelde deze documentaire samen.
https://youtu.be/RDwEW9C1Ltw
Zoals gebruikelijk bij NGC,worden hier vooral de meer brave, wetenschappelijk voldoend onderbouwde scenario’s belicht. Het grootste probleem is de benodigde stuwstof en reistijd. Chemische raketten zijn al nauwelijks voldoende om binnen het zonnestelsel te navigeren. Buiten het zonnestelsel zijn ze hopeloos ontoereikend. We moeten qua voortstuwing dus kiezen voor een zeer energiedichte energiebron, zoals nucleair of antimaterie, of laseraandrijving vanuit ons zonnestelsel. Ook zijn we zelfs met de beste voortstuwingstechniek gebonden aan de lichtsnelheid. In minder dan 4,2 jaar kunnen we volgens de klassieke natuurkunde niet Alfa Centauri, de dichtstbijzijnde zonachtige ster, bereiken.
Het conceptruimteschip Icarus met fusieaandrijving, dat de interstellaire leegte zou kunnen bereizen. – Icarus Interstellar
Tenzij we voor de warpdrive kiezen, natuurlijk. Hiermee zou het in theorie -misschien- mogelijk zijn te ontsnappen aan ruimtetijd, door de ruimte voor en achter het ruimteschip te vervormen. Lokaal staat het schip stil, maar de “bel” ruimtetijd waarin het zich bevindt, ploegt wel met warpsnelheid door het heelal.
DARPA, het onderzoeksbureau van het Pentagon, wil dat iemand een manier bedenkt om naar de sterren te reizen. De winnaar krijgt een half miljoen dollar met het idee. Deze maand hebben honderdvijftig mededingers zich aangemeld. Het plan is om interstellair reizen in ongeveer een eeuw mogelijk te maken.
Het Interstellar Solar Sail, een van de kansrijkere concepten om naar de sterren te kunnen reizen.
Het nieuwe zogeheten 100-year Starship Study concept komt van het Defense Advanced Research Projects Agency. het bureau besteedt in totaal een miljoen dollar aan het project. Nadat de deelnemers deze herfst presentaties op een conferentie in Orlando, Florida, hebben gegeven, beslist DARPA in december wie recht heeft op de prijs. De half miljoen is “seed money”, bedoeld om onderzoek te kunnen doen naar het winnende concept. Hiermee kan het dan vanuit de privésector van de grond komen, aldus David Neyland, directeur van DARPA’s afdeling tactische technologie op een persconferentie.
Hij zei er bij dat het hier niet gaat om een reis naar een buurplaneet, zoals Mars, of het sturen van robotsondes. Het ministerie van Defensie is daarin niet geïnteresseerd.
Dit is geen eenvoudig probleem. De interstellaire afstanden zijn enorm. Het licht reist in ongeveer vijf uur van de aarde naar Neptunus, de buitenste planeet. Het licht doet er maar liefst vier jaar over om de dichtstbijzijnde ster, het Alfa-Centauri sterrenstelsel dat uit drie sterren bestaat, te bereiken. Dat is bijna zevenduizend keer zo ver: 25 biljoen kilometer. Deze afstanden zijn zo groot dat een reis waarschijnlijk honderden jaren duurt. Met onze snelste raket van nu zou het meer dan vierduizend jaar duren.
Voor deze reis moeten dus oplossingen bedacht worden voor een verblijf van honderden jaren in de ruimte, wat ethische dilemma’s, geneeskundige vraagstukken, voedselvoorziening en zelfvoorziening op de agenda zet.
Eén van de geïnteresseerden is wetenschapper en miljonair Craig Venter, die mee deed met de poging het eerste menselijke genoom in kaart te brengen. Hij doet nu onderzoek op het gebied van kunstmatig leven en alternatieve brandstoffen.
“We willen de verbeelding van mensen prikkelen.”, aldus Neyland.
Uiteraard zijn er ook in de door economische tegenspoed geteisterde Verenigde Staten de nodige criticasters op dit plan. Steve Ellis, vicepresident van de anti-belastingorganisatie Taxpayers for Common Sense, zegt, “Als je naar het universum van mogelijkheden (sic) kijkt waar we geld aan kunnen besteden, moet dit vrij laag op het prioriteitenlijstje komen te staan.” Maar dan nog. Een miljoen dollar. Daar doe je nog niet eens een paar uur Irakoorlog van en laten we eerlijk zijn. Dit is een stuk leuker en fantasievoller dan het zoveelste zinloze bloedvergieten.
Licht gebruiken als bouwmateriaal? Het idee klinkt te krankzinnig voor woorden. Toch is er meer mogelijk dan mensen zich realiseren. Het is namelijk mogelijk om licht in de knoop te leggen. En een ruimteschip gemaakt van licht kan natuurlijk zo snel als het licht…
Het meeste licht komt voor in de vorm van golven. De elementaire eenheid van licht is het lichtdeeltje, het foton. Een foton bestaat uit een elektrisch veld dat steeds wisselt en hierdoor een magnetisch veld opwekt, dat door zijn veranderingen weer een elektrisch veld opwekt.
Solitonen: kogelgolven
De meeste golven lijken op een zich uitbreidende ring (op het wateroppervlak bijvoorbeeld) of bolschil. Er bestaan echter ook golven die lijken op een reizend pakketje. Zulke golven breiden zich niet uit maar blijven zeer lang intact.
Peregrines soliton. Solitonen zijn eenzame golven die ver kunnen reizen zonder uit elkaar te vallen.
Deze “eenzame golven” worden solitonen genoemd. Anders dan normale golven bestaan ze niet alleen uit een lineair (voorspelbaar) maar ook uit een niet-lineair deel (een deel dat op zichzelf reageert, als je over je manier van denken nadenkt ben je dus niet-lineair bezig). Het niet-lineaire deel houdt als het ware de golf bij elkaar.
Solitonen komen in allerlei typen golvende media voor. De eerste keer dat een soliton werd beschreven was in 1834 door de Schotse ingenieur John Scott Russell. De geheimzinnige golf vormde zich in een nauw kanaal. Russell, diep onder de indruk, zette te paard de achtervolging in tot na enkele kilometers de golf verdween.
Eind negentiende eeuw ontdekten de Nederlanders Korteweg en de Vries de KdV-vergelijking die de golven beschrijft. De eenzame golven doken in allerlei media op, van supergeleiders tot rolwolken, in de akoestiek en in kwantumvloeistoffen. Tegenwoordig worden deze kogelgolven onder meer dankbaar gebruikt in glasvezeltechniek: ze verspreiden zich niet snel, waardoor het signaal helder blijft.
Solitonen vertonen enkele eigenschappen die we anders met materie associëren: ze kunnen op elkaar afketsen, samensmelten of juist in kleinere solitonen uiteenvallen. Enkele mooie voorbeelden zijn op deze website te vinden.
Ruimteschip bouwen met solitonen
Kortom: solitonen zouden wel eens een interessant, weliswaar niet erg sterk maar wel massaloos bouwmateriaal kunnen zijn. Precies wat je zoekt voor een ruimteschip waarmee je zo snel kunt als het licht, want met massa kost dat heel erg veel energie.
De unieke morning glory rolwolken boven Burketown in Noord-Australië: een voorbeeld van solitonen in de atmosfeer.
Vervelend is alleen dat solitonen alleen voorkomen in niet-lineaire media. Vacuüm is wel lineair, tenzij met laserlicht zo extreem veel energie in het licht wordt gepompt dat het vacuüm uiteen wordt getrokken. Dit is in een experiment kort geleden gelukt. In principe zou je dus door extreem krachtig laserlicht te bundelen solitonen kunnen creëren waarmee een door mensen gemaakte structuur ongeveer zo snel als het licht naar een naburige ster kan worden gestuurd.
Aanvullend voordeel is dat micrometeorieten of interstellair gas geen issue meer is. Deze vliegen dwars door de lichtsolitonen heen. Je kan je voorstellen dat een structuur van licht, een lichtschip zo je wilt, op weg wordt gestuurd en zodra het materie raakt, hierin de atomen zo herschikt dat een zelf-assemblerende machine ontstaat die verdere instructies krijgt.
Massaloze solitonbrandstof
Of misschien kan een microruimteschip aangedreven worden door een massaloos solitonhulsel (dat door langzaam uiteen te vallen energie levert) dat op de een of andere manier ook interstellaire materie uitschakelt (bijvoorbeeld door deze te magnetiseren en weg te schieten). Misschien maken vergevorderde aliens ook wel gebruik van deze techniek.
Dit idee is, ik zeg het met nadruk, uiterst speculatief. Het gaat uit van een aantal veronderstellingen (zoals dat ingewikkelder solitonstruturen te bouwen zijn dan de kleine verzamelingen bollen die hierboven beschreven zijn), die later door verder onderzoek ontkracht kunnen worden. Die kans is zelfs vrij groot. Wel zijn er al lichtmoleculen, bestaande uit twee solitonen, aangetroffen.
