宇宙への旅~人類は宇宙船でどこまで行けるか?

ふぃ~っ、、、、、、、、、、

久しぶりに水割りなんぞ作って

「 はい どうぞ~ん 」

「 まるちゃんも なんか何か飲んでもいぃ~? 」

なんてゆうて

ゼニば稼いできたです

たまに萌えモエするもの楽しいわい あははは

ところで、、、、、、

毎回マイカイ、、暗げな話題ばかり取り上げているから

なんかうんざりしてきたわ。。

書いてて 気が滅入ってきちゃう。。。。。

何か気分が明るくなるような事・・・・・・・・

それをマル的に取り上げようかな♪

 

ロバート・L・フォワード(Robert Lull Forward)

1932年 – 2002年

この人が誰であるかを説明する前に 話を始めてみたい

 

まずは背景説明を少々しておきます。。

我々が宇宙に抱く最大の関心は

地球外知性との遭遇にあります

それは科学のみならず人類の歴史上

他に比べようもないほどの

決定的価値を持つ事になるからです

もしコンタクトしたら

それ以降

ヒトの歴史は大きく変わることになるでしょう。。

人類のおろかさゆえに

色々と回り道をするかもしれませんが

どちらにしても

百年単位の流れで考えれば

必ずや人類は宇宙を目指すでしょう

可能性を求めて。。。

 

しかし・・・・・・

月までの距離が 38万キロ

火星までは最短の距離をとっても 5700万キロ

太陽系に一番近い恒星系まで 40兆6800億キロ・・

これを

スペスース・シャトルの飛行高度と並べてみますと

スペース・シャトル ・・300円

月         ・・38万円

火星       ・・・5700万円

一番近い恒星 ・・・・40兆6800億円
《単位は㎞。実感できやすいようにお金の円に》

 

宇宙の馬鹿でかさが 分かりますでしょうか。。。

 

さらに

キロメートルの 9.46×10の12乗 が

1光年なのですが

我々の天の川銀河が 10万光年

有名なアンドロメダ銀河までは 230万光年

そして

最新の宇宙論によれば

この宇宙の大きさは約900億光年。。。。

 

なんじゃっ  そりゃっっ

と ため息が出てきますが

めげずにこの巨大な空間を渡ろうと

真剣に考える人達がいます

 

我々が現在宇宙に出る手段として唯一可能な方法は

ロケット工学の父

 K・ツィオルコフスキー が 

1世紀前に発明した多段式ロケットを使い 

化学燃料によって軌道上に出る方法です。。

しかしこれですと火星まで260日もかかります

 

化学燃料の次にくるものとして

核燃料で推進する

「 N T P 」 ロケットがあります

さらにそれより10倍以上の能力を持つ

核融合ロケットが期待されています

 

核融合が出来たとして

火星まで53日~80日。。

 

この理想的な核融合ロケットにしてからが

もし片道40~50年という時間を覚悟で

隣の恒星系までロケットを送るにしても

それに必要な燃料は何万トンという

非現実的なものになってしまう

つまりロケットというものは

燃料を積む必要があるという点において

この広大な宇宙に対し あまりに非力なのです

 

これが宇宙開発の現実であり

今回の話の背景です。。。。。

 

現在あらゆる場所で日常的に使われている

レーザー は

1960年に発明されたのですが

そのわずか数年後に

冥王星に巨大なレーザー発振基地を建設して

ここからレーザー・ビームで恒星間宇宙船を推進する

というアイデアを提唱したのが

「フォワード質量探知機」と呼ばれる

航空機搭載用異常重力探知機を発明したりした

米国の物理学者

ロバート・L・フォワード です

フォワードはこのアイデアを科学論文だけではなくて

のちに 『 ロシュワールド 』 という

S F でも発表しました

レーザー・ビームは

大きな光学系を使用すれば

何光年先にでも

エネルギー密度を保ったまま到達させる事が可能です

彼は 全備重量8万2000トン

光帆の直径が1000キロの 光帆宇宙船を

1300テラワットのレーザー・ビームで

0.1Gの定常加速を与えて

へびつかい座バーナード星系まで飛ばす事を考えました

科学者である彼のアイデア

物理学に反する事は 当然ながら無いです

このレーザー光帆宇宙船は

ロケットよりもはるかに優れています

巨大なインフラ・ストラクチャー

つまり 設備投資が必要になります

桁外れに大きい光帆宇宙船だけではなく

レーザー発振衛星をはじめとした膨大な施設群に

巨額の初期投資が欠かせない

真剣に外宇宙を目指すなら

もっとコスト・パフォーマンスの高い

宇宙船を考えなければ・・

そこで フォワードが考えたのが

「 スター・ウィスプ 」 です

これの本体は 髪の毛よりも細い

0.1ミクロンのアルミ線で織られた

重さ16グラム 差し渡し1キロ という

六角形の網です

その網目のすべての交点に超LSIを搭載し

本体自体が撮像素子になっていまして

さらにそれ自体に蓄積した超伝道電力を使うことにより

遠宇宙から映像を地球に送信できます

一つの太陽発電衛星から

10ギガワットのレーザー・ビームを受け取るだけで

115Gというとんでもない加速で

3万5000秒後にはもう0.2光速に達する

優れものであります

 

しかし・・・

やはり人間を宇宙船に乗せたい・・・・・・・・

これにたいしても

フォワードはその ドタマ を使い惜しみません

宇宙船の推進能力は ε という数値で決まります

ε=1

つまり燃料が100%エネルギーに変換されるのが

理論上もっともすぐれた

推進システムということになります

このとき噴射するのは純粋なエネルギー

これはつまり光でありますから

この乗り物を 「 光子ロケット 」と言います

正物質と反物質が互いの質量を打ち消しあう

「 対消滅 」 を エネルギーとします

 

1955年以来 反陽子や陽電子などの反物質は

加速器によって人工的に生産されています

反粒子である陽電子の存在を

ポール・ディラック が予言したのが1928年だから

はやいですね

対消滅の凄まじいエネルギーは

アインシュタインの有名な公式

E=mc2  で

簡単に計算できます

1グラムの反物質が完全にエネルギーEに変換されると

その値は

9×10の13乗ジュール

TMT換算でなんと27キロトンのエネルギーです

これを宇宙船の推進に使おうというわけです

しかし

フォワードの詳細な解析によれば

反水素のようなものを燃料とする対消滅ロケットは

ロスが避けられず

ε=1  は実現が難しい事が分かりました

 

そこで彼が考えた対消滅ロケットは

対消滅反応によって生じる熱を

タングステンの塊にいったん吸収させ

その中を水素ガスが通過することにより

ガスが高温に加熱される

というシステムです

これはフォワードのいつものアイデアらしく

実現性が非常に高い

 

その他

量子ブラックホールをエネルギーに使うアイデアなど

色々ありますが

これらは燃料を搭載しなければならないという点で

基本的に同じであります

 

燃料を積まず宇宙船を飛ばせないか?

飛ばせます。。。。

宇宙船が光速の90%を超えて

相対論的なスピードを出せれば

その中にいる人間は

外の世界より時間が遅れはじめるので

船内時間にして20年で

銀河中心まで飛行可能です(光速で約3万年の距離)

しかしそんな加速を維持する燃料を搭載するのは

絶対 不可能です

ならば燃料を積まなければいいのです!

それが  「 恒星間ラムジェット 」

という

推進機関なのです。。

 

宇宙空間は何も物質が存在しない本当の真空ではなく

水素原子が 希薄ながら浮いています

1959年米ベル研究所の ジョン・ピアース が

アイデアを提唱し

ロスアラモス研究所の

ロバート・バサード も翌年に着想したのが

希薄な水素をかき集めながら

核融合燃料として燃やしつつ

どこまでも飛んでいける宇宙船なのです

 

もし 1Gで加速を続けたら

その船は相対論的時間短縮効果により

船内時間にして40年で

宇宙の果てまで行けます

(ただし宇宙船の外では気の遠くなる時間が過ぎている)

 

具体的には

何十万テスラの強力なダイポール磁場を

直径数十万キロで展張し

巨大な吸入口から

電離した水素を磁場でからめとって圧縮するのです

 

さらにこれの発展型が

「 量子ラムジェット 」 です

量子力学の基本的認識ですが

何も存在しない真空というものは存在しません

真空がゼロ・エネルギーであるのを

観測で確定しようとしたら

不確定原理により

その観測に要する時間は無限大になるからです

本質的に真空が持つエネルギーを

「 零点エネルギー 」 といいます

リチャード・ファィンマン の見積もりだと

振動モードの最小成分を

陽子の振動の波長までと限って計算しても

そのエネルギー密度は

1立方センチあたり

102の29乗ジュール

質量が 10の15乗グラム !!!!

(これはリチャード・ファィンマンの計算。ある見積もりでは1立方センチあたり10の108乗ジュールという数値が出た。これはなんと、、、超新星爆発の10の64乗発分のエネルギーに相当する・・・銀河ごと消滅しますネ・・・・)

これを宇宙船の推進に使用することを考えたのが

マグダネル・ダグラス社の H・フローニング

10のマイナス6乗センチのレベルで

真空からエネルギーをくみ出す量子ラム・ジェットは

毎秒100キロの加速で

船内時間にしてわずか1ヵ月で

アンドロメダ(光速で230万年の距離)まで

飛行できるとしている。。。。。。

 

重力工学の専門家でもあるフォワードは

反重力飛行も考察している

〈電場は磁場をつくるが

磁場は電場に直接作用できず

磁場を介してのみ電場を動かせる〉

という電磁場理論にもとずき

重力磁場を介して重力場を制御する方法を考えた

コイルでトーラス状構造物を作り

その中に量子ブラックホールなどの

超高密度の物体を含む流体を高速で流すことにより

トーラスの中心に重力場を発生させるというものだ

ワープ航法にも言及している

フォワードによれば

一般相対性理論+量子力学から生まれたワープ航法は

①ブラックホールの事象の地平線の内側にできる

「 ワームホール 」 を使う

②電荷をもつブラックホール
(カー=ノルドシュトローム・ブラックホール)

を使う

③高速で回転するカー・ブラックホールがつくりだす特異な時空構造を応用した

「 リング・ワープ 」

など

フォワードがワープ航法に関して注目したのが

ロジャー・ペンローズが唱える

「 ツイスター理論 」 である

かねてより

量子重力理論も含む本当の統一理論が完成したら

そこから大きな可能性が開けると

考えていたフォワードは

宇宙を八次元の投影像とする

この理論を支持したのだが・・・

実際のところ

ツイスター理論が

物理学の最終理論になるかについては

疑問が多いのが現状なのです

宇宙の一部に特定の歪みを加えると

時空の広がりそのものが局部的に抹消される

というこの理論ならば

無時間で宇宙のどこにでも移動できる

夢のワープが可能だったんですが。。。。。

しかししかししかし、、、、、、、

現代物理学は

「 負のエネルギー 」

なるものを否定してません

宇宙船の周囲を負のエネルギーからなる

時空の泡で包みこみ

前方で時空が収縮 後方で伸長し

この泡自体が

超光速で通常の時空を移動できることを

ウェールズ大学のミゲル・モヤ が

示したりしております。。

 

夢を生涯追い続けたフォワードさん

素晴らしい人生です。。。

 

ワシゃどうしても銀河を 旅してみたい。。。。

ロバート・L・フォワードのおすすめ著作は

『SFはどこまで実現するか』・講談社ブルーバックス

です。。

あはは、、途中で寝ないで最後まで読んでくれた人いるかなぁ

お疲れ様でした。。。もう終わりですょぅ。。。。。

こんなん読んでくれて ありがとう。。。

マル子

2006

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