วิทยาศาสตร์แรงโน้มถ่วงประดิษฐ์สวมไม่ได้ผล; Let's Talk G-Forces

แรงโน้มถ่วงเป็นเรื่องยาก นิวตันใช้เวลานานในการถอดรหัสและนักฟิสิกส์ของนิวตันหลายร้อยปีเพื่อยืนยันทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ และนั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แรงโน้มถ่วงประดิษฐ์เป็นความสับสนที่ดีกว่ามาก

การทำ Sci-Fi ซึ่งมีผลอย่างน่าประหลาดใจสำหรับการแก้ปัญหาในอนาคตเป็นสิ่งที่ไร้ความหวังที่นี่ พิจารณา สตาร์วอร์ส ตำนานที่ติดนิ้วสกปรกในทุกหลุมขนาด midichlorian แรงโน้มถ่วงประดิษฐ์บน มิลเลนเนียมฟอลคอน และขยะอวกาศขนาดใหญ่อื่น ๆ ? มันสร้างขึ้นโดยเครื่องกำเนิดแรงโน้มถ่วงประดิษฐ์ Wookieepedia ซึ่งมีคำศัพท์หมื่นคำบน Darth Maul มีประโยคทั้งหมดสองประโยคในการเอาชนะตรรกะของลูคัสให้เป็นศูนย์ - ก.:

เครื่องกำเนิดแรงโน้มถ่วงประดิษฐ์ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างสนามแรงโน้มถ่วงที่เสถียรนอกแรงโน้มถ่วงตามธรรมชาติของโลกซึ่งช่วยชีวิตในอวกาศ พวกเขายังใช้ในการบีบอัดวัตถุ - เพื่อวัตถุประสงค์ในการจัดเก็บด้วยสินค้าก๊าซและบางครั้งเพื่อสร้างอัญมณีสังเคราะห์

แม้ สตาร์เทรค ซึ่งควรจะเป็น สตาร์วอร์ส สำหรับเด็ก Model U.N. ไม่ดีกว่า แต่มันก็ไม่ยุติธรรมเลยที่จะเลือกนิยายวิทยาศาสตร์ แรงโน้มถ่วงสังเคราะห์เช่นเดียวกับแรงโน้มถ่วงที่มนุษย์สร้างขึ้นนั้นอยู่นอกเหนือความเข้าใจของเรา

ปัญหา

ปัญหาคือเมื่อเทียบกับแรงโน้มถ่วงอื่น ๆ แรงโน้มถ่วงอ่อนแอ - แม่เหล็ก piddly สามารถเอาชนะได้ สิ่งที่หมายถึงในทางปฏิบัติคือวิธีที่ง่ายที่สุดในการสร้างยานอวกาศที่มีแรงโน้มถ่วงเทียมเท่ากับแรงดึงดูดของโลกจะให้มวลของโลก ยกเว้นเนื้อหาไร้สาระที่มีความหนาแน่นสูงพิเศษแปลก ๆ หรือการศึกษาที่ไม่สามารถอธิบายได้โดยฉับพลันที่เกิดขึ้นซ้ำ ๆ

อย่างไรก็ตามนั่นไม่ได้หมายความว่ามีวิธีแก้ปัญหาที่ซับซ้อนกว่านี้ไม่ได้ การกำหนดค่าความโน้มถ่วงปกติจะไม่เป็นหนึ่งในนั้น

ทางออกที่น่าจะเป็น

หากคุณเร่งความเร็วในปริมาณที่เหมาะสมไม่ว่าจะเป็นเส้นหรือวงกลมคุณสามารถสร้างแรง g เท่ากับแรงโน้มถ่วง ปัญหาเกี่ยวกับการเร่งความเร็วในทิศทางเดียวคือเชื้อเพลิงของคุณจะหมดลงในที่สุด โชคดีที่พื้นที่เป็นสุญญากาศดังนั้นเมื่อการเร่งความเร็วในการหมุนทำงานมันก็ไม่มีอะไรที่จะทำให้การหมุนของสถานีอวกาศช้าลง คุณเห็นสิ่งนี้บนหน้าจอใน สวรรค์, ชาวอังคาร และ รัศมี - และมันแทรกซึมแนวคิดของนาซา (ไม่เพียง แต่ เก่า แนวคิดเช่นศิลปะปี 1969 ยานอวกาศหมุนรอบตัวอยู่บนแผนงานของนาซ่าในปี 2558 สำหรับอนาคต)

เช่นเดียวกับกองกำลังทั้งหมดแนวคิดจะเร่งความเร็วขึ้นเป็นเท่าตัว ในกรณีนี้ความเร่งแบบวงกลมคือ ω ^ 2 คูณ R (โดยที่ ω คือความเร็วเชิงมุมและ R คือรัศมีของเรือ) เนื่องจากมวลยังคงเหมือนเดิมไม่ว่าคุณจะอยู่ที่ใดการสร้างแรงดึงดูดของปลอมที่เทียบเท่าจะกลายเป็นแบบฝึกหัดในการทำให้เรือของคุณมีขนาดที่เหมาะสมและหมุนด้วยความเร็วที่เหมาะสม

ปัญหาด้วยการแก้ไขอาจเป็นไปได้

แต่การสร้างเรือปั่นของ Goldilocks ไม่ใช่เรื่องง่าย ถ้ารัศมีมีขนาดเล็กเกินไปคุณจะชนกับ Coriolis effect เมื่อเฟรมภายในของคุณหมุนอย่างรวดเร็วการดำเนินการอย่างง่ายจะใช้คุณสมบัติแปลก ๆ คุณอาจรู้สึกสะดวกสบายเหมือนกองกำลัง g- โลกที่หยุดนิ่ง แต่แม้กระทั่งการเอียงศีรษะของคุณก็สามารถทำให้หูชั้นในทั้งสองข้างหลุดออกมาได้ นี่คือเหตุผลที่คุณไม่สามารถโยนบาสเก็ตบอลข้ามม้าหมุนชี้เวลาซีรีย์ YouTube ของ PBS’ได้:

หากคุณทำให้เรือมีขนาดใหญ่พอคุณไม่จำเป็นต้องหมุนอย่างรวดเร็ว - แต่คุณจะได้รับแรงกดดันทางกลอย่างไม่น่าเชื่อในยานอวกาศของคุณถ้าคุณทำให้มันใหญ่ จุดหวาน Sci-Fi PBS Space Time กล่าวว่าใกล้กับวงแหวนของ Halo พิจารณาว่าเป็นหมื่นดอลลาร์ต่อปอนด์เพื่อนำวัสดุออกนอกโลก“ ดาราศาสตร์” ในฐานะนักดาราศาสตร์ของมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์วางไว้เราต้องสร้างสิ่งต่าง ๆ ในอวกาศ ด้วย Kickstarter ที่ใหญ่พอคุณสามารถทำให้ zero-g นั้นเป็นเลขหลักเดียว