Placera en person i rymden, bort från jordytans gravitationsbindningar, så kommer han att känna viktlöshet. Även om alla universumets massor fortfarande kommer att agera gravitationellt mot honom, kommer de också att locka alla rymdskepp som personen befinner sig i, så han flyter. Och ändå, på TV, visades vi att besättningen på ett visst rymdskepp ganska framgångsrikt går på golvet med sina fötter under alla förhållanden. För att göra detta används konstgjord tyngdkraft skapad av installationer ombord på ett fantastiskt fartyg. Hur nära är detta med verklig vetenskap?
Kapten Gabriel Lorca på Discovery-bron under en simulerad strid med Klingonerna. Hela besättningen lockas av konstgjord tyngdkraft, och det är som sagt en kanon
När det gäller tyngdkraften var Einsteins stora upptäckt likvärdighetsprincipen: med enhetlig acceleration kan referensramen inte skiljas från tyngdfältet. Om du stod på en raket och inte kunde se universum genom ett fönster, skulle du inte ha någon aning om vad som händer: dras du ner av tyngdkraften eller är raketens acceleration i en viss riktning? Detta var idén som ledde till allmän relativitet. 100 år senare är detta den mest exakta beskrivningen av tyngdkraften och accelerationen som vi känner till.
Det identiska beteendet hos en boll som träffar golvet i en raket under flykt (vänster) och på jorden (höger) visar Einsteins likvärdighetsprincip
Det finns ett annat trick, säger Ethan Siegel, som vi kan använda om vi vill: vi kan få rymdskeppet att snurra. I stället för linjär acceleration (som en raket) kan centripetalacceleration göras att fungera, så att personen ombord kan känna det yttre skrovet i rymdskeppet trycka det mot mitten. Detta var det trick som användes 2001 A Space Odyssey, och om ditt rymdskepp var tillräckligt stort, skulle den konstgjorda tyngdkraften inte skilja sig från den verkliga tyngdkraften.
Endast en men. Dessa tre typer av acceleration - gravitation, linjär och rotation - är de enda som vi kan använda för att simulera effekterna av gravitationen. Och detta är ett enormt problem för rymdskeppet.
Konceptet 1969-stationen, som skulle monteras i omloppsbana från Apollo-programmets tillbringade faser. Stationen var tvungen att rotera på sin centrala axel för att skapa konstgjord tyngdkraft
Varför? För om du vill resa till ett annat stjärnsystem måste du påskynda ditt fartyg för att komma dit och sedan sakta ner det vid ankomst. Om du inte kan isolera dig från dessa accelerationer väntar katastrof på dig. Till exempel, för att accelerera till full impuls i Star Trek, upp till några procent av ljusets hastighet, måste man uppleva en acceleration på 4000 g. Detta är 100 gånger accelerationen som börjar hindra blodflödet i kroppen.
Kampanjvideo:
Lanseringen av rymdfärjan Columbia 1992 visade acceleration under en lång period. Rymdskeppets acceleration kommer att vara många gånger högre, och människokroppen kommer inte att klara det.
Om du inte vill vara viktlös på en lång resa - för att inte utsätta dig för fruktansvärt biologiskt slitage, till exempel förlust av muskler och benmassa, måste kroppen ständigt utsättas för kraft. För någon annan kraft är detta ganska enkelt att göra. När det gäller elektromagnetism kan man till exempel placera besättningen i en ledande cockpit och många externa elektriska fält skulle helt enkelt försvinna. Det skulle vara möjligt att anordna två parallella plattor inuti och få ett konstant elektriskt fält, trycka laddningarna i en viss riktning.
Om gravitationen fungerade på samma sätt.
Ett sådant begrepp som en gravitationsledare existerar helt enkelt inte såväl som förmågan att skydda sig från gravitationskraften. Det är omöjligt att skapa ett enhetligt gravitationsfält i ett rymdområde, till exempel mellan två plattor. Varför? Eftersom till skillnad från den elektriska kraften som genereras av positiva och negativa laddningar finns det bara en typ av gravitationsladdning, och det är massenergi. Tyngdkraften lockar alltid, och det finns ingenstans att gömma sig för den. Du kan bara använda tre typer av acceleration - gravitation, linjär och rotation.
Den överväldigande majoriteten av kvarkar och leptoner i universum består av materia, men var och en av dem har också partiklar från antimateria, vars gravitationsmassor inte är bestämda
Det enda sättet som konstgjord tyngdkraft skulle kunna skapas som skulle skydda dig från effekterna av ditt skepps acceleration och ge dig konstant nedåtgående dragkraft utan acceleration skulle vara tillgängligt om du upptäcker partiklar med negativ tyngdmassa. Alla partiklar och antipartiklar som vi hittills har hittat har en positiv massa, men dessa massor är tröghet, det vill säga de kan bedömas endast när en partikel skapas eller accelereras. Tröghetsmassa och gravitationsmassa är desamma för alla partiklar som vi känner, men vi har aldrig testat vår idé om antimateria eller antipartiklar.
För närvarande genomförs experiment på just denna del. ALPHA-experimentet vid CERN har skapat antihydrogen: en stabil form av neutralt antimateria och arbetar för att isolera det från alla andra partiklar. Om experimentet är tillräckligt känsligt kan vi mäta hur en antipartikel träffar ett tyngdfält. Om den faller ner, som vanligt ämne, har den en positiv gravitationsmassa och kan användas för att bygga en gravitationsledare. Om det faller upp i gravitationsfältet förändrar det allt. Ett resultat och konstgjord tyngdkraft kan plötsligt bli möjligt.
Möjligheten att uppnå konstgjord tyngdkraft väcker oss otroligt, men den är baserad på förekomsten av negativ gravitationsmassa. Antimateria kan vara så massiv, men vi har inte bevisat det ännu
Om antimateria har en negativ gravitationsmassa, genom att skapa ett fält av vanlig materia och ett tak av antimateria, kan vi skapa ett konstgjord tyngdkraftsfält som alltid skulle dra dig ner. Genom att skapa ett gravitationellt ledande skal i form av rymdskeppets skrov, skulle vi skydda besättningen från ultrasnabba accelerationskrafter som annars skulle bli dödliga. Och bäst av allt, människor i rymden skulle inte längre uppleva de negativa fysiologiska effekterna som plågar astronauter idag. Men tills vi hittar en partikel med negativ gravitationsmassa, kommer kunskapsgravitet endast att erhållas genom acceleration.
Ilya Khel
