قد تضحك، لكن ليس عليك البحث بعيدًا عن مثال للمغناطيس العالمي. هذا يعني أننا نأخذ جسمًا بلاستيكيًا أصفر أو أخضر أو ​​​​أحمر ساطعًا من قلم حبر جاف أو قلم فلوماستر، ونفركه بقوة على قطعة قماش صوفية باستخدام لافسان ونحضره إلى جزيئات صغيرة من مجموعة واسعة من المواد الصلبة. يجب أن أقوم بالحجز على الفور: لم أتمكن من العثور على مادة لا تنجذب جزيئاتها إلى مثل هذا الجسم المكهرب. وهنا من المهم أن نلاحظ أنه، على سبيل المثال، تنجذب رقائق الرصاص نحو مقبضنا بقوة أكبر بكثير من النحاس، وأقوى بكثير من الألومنيوم. ومن هنا الاستنتاج: إن قوة جذب المواد البسيطة المختلفة في تجربتنا تتناسب طرديًا مع كتلتها الذرية. هذه نقطة مهمة جدا. بالإضافة إلى ذلك، تنجذب أوراق النباتات والكائنات الحية الصغيرة نحو المقبض، على سبيل المثال، "دودة الدم" المعروفة التي يستخدمها الصيادون كطعم. علاوة على ذلك، فإن "التوت" يزحف رأسًا على عقب على طول جسم المقبض وكأن شيئًا لم يحدث.

في الواقع، يُعتقد أن قوة الجاذبية المتبادلة في هذه التجربة المنزلية تتناسب طرديًا مع حجم الشحنات الكهربائية المعاكسة - المقبض والأجسام "التجريبية". ومع ذلك، فإن جميع الأجسام في حالتها الطبيعية تكون محايدة كهربائيًا. ولذلك، فإن الأمر لا يتعلق بالكهرباء.

تنكر فيزياء الجاذبية وجود أي شحنات كهربائية في الطبيعة (بالمناسبة، تم إثبات ذلك بالفعل - في عام 2010 - في مصادم الهادرونات الكبير). وفيه فإن جميع الظواهر الفيزيائية الناجمة عن تزامن حركة الأقمار الصناعية النووية في ذرات الجسم وإضافة لحظات الجاذبية لعدد كبير من الذرات المتزامنة والمثارة تسمى مغناطيسية وكهرومغناطيسية وكهربائية فقط من باب العادة ومن أجل أسباب عملية. ومن خلال فرك الجسم البلاستيكي للقلم بقطعة قماش، نحصل مؤقتًا على مغناطيس بوليمر دائم نسبيًا له خصائص "متعددة المغناطيسية". في الواقع، من خلال الاحتكاك نقوم بإثارة ومزامنة ذرات العناصر الكيميائية المختلفة التي يتكون منها جسم القلم، ونتيجة لذلك نحصل على عدة مغناطيسات دائمة مختلفة في مادة معقدة واحدة.

في الواقع، يتفاعل المغناطيس الحديدي الدائم بقوة مع الأجسام الحديدية فقط. في هذه الحالة، تثير ذرات المغناطيس المثارة والمتزامنة وتزامن نفس ذرات الحديد، على سبيل المثال، مسمار الحديد، الذي يصبح في هذا الوقت نفسه مغناطيسًا. يتحرك المغناطيس والمسمار تجاه بعضهما البعض عن طريق الحركة الكلية لذراتهما المتزامنة، وليس عن طريق شد خطوط القوة أو من خلال مجال "مغناطيسي" خاص. يمكن تفسير سبب التفاعل القوي بين الذرات المتزامنة للمغناطيس والمسمار من خلال مصادفة ترددات لحظات الجاذبية للذرات المتطابقة لكليهما. باختصار، الأمر كله يتعلق بالتردد. و"المغناطيس المتعدد" هو مغناطيس متعدد الترددات أو "عريض النطاق". حتى جزيئات الهواء تتفاعل مع مثل هذا المغناطيس. وغالبًا ما يكون هذا مصحوبًا بأصوات طقطقة و"تفريغات كهربائية" أو "شرارات" مرئية.

ومع ذلك، فإن الخواص المغناطيسية لجسم ما لا تعتمد على كمية مادة معينة، بل تعتمد على عدد الذرات المثارة والمتزامنة للجسم الممغنط. لذلك، يمكن إزالة مغناطيسية أي مغناطيس دائم بسهولة. على سبيل المثال، إذا تم تسخين مغناطيس مناسب تمت إزالته من حامل باب الأثاث قليلاً على موقد غاز وتم إسقاط الماء عليه، فسيتم إزالة مغنطته تمامًا. ولكن، إذا تم تسخين هذا المغناطيس مرة أخرى وتم وضع مغناطيس نشط عليه، فإنه يبرد في مثل هذا الوضع "المرؤوس"، سيعود أو حتى يحسن جميع خصائصه "السحرية". (هذه الطريقة "اللطيفة" لإزالة مغنطة المغناطيس الدائم ومغنطته، بالإضافة إلى العديد من الطرق الأصلية لتوليد الكهرباء، اقترحتها عليّ أيضًا نظرية جاذبية الذرة).

لنتخيل الآن لوحًا من البوليمر على أرضية المحطة المدارية. ومن حيث مجموعة العناصر الكيميائية ونسبتها الكمية، فإن مادة اللوح تقابل تقريبًا وجود تلك الموجودة في جسم الإنسان. أنا متأكد من أنه إذا تمكنا من إثارة ومزامنة الذرات في مجموعات مختلفة من العناصر الكيميائية لمثل هذه اللوحة، فإن الشخص سوف "يمغنط" بها - تمامًا مثل يرقة البعوض طويلة المدى، والتي تسمى شعبيًا "دودة الدم" أو قفزت "التوتة" وانجذبت إلى جسم قلمنا.

ولا يمكن إثارة ومزامنة جميع ذرات "المغناطيس الكوني" إلا من خلال ما يمكن أن نطلق عليه "التيار الكهربائي في البوليمرات". لا تزال الطرق الفعالة لإنتاج "تيارات بوليمرية" قوية لغزا. الوداع. ومع ذلك، إذا تم استبدال السلك النحاسي الموجود في الملف الدوار لمولد تيار تقليدي بخيط بوليمر خاص... فقد ينجح شيء ما.

وهنا تجربة بسيطة. نقوم بإحضار مغناطيس تركيبات عادي من الأسفل إلى كوب الإيبونيت الخاص بموازين الرافعة المتوازنة. لا يختل توازن الميزان. نفسر ذلك بحقيقة أن المغناطيس لا يتفاعل مع العوازل. نحن نأخذ المقاييس بأكواب النحاس. نتيجة التجربة تبقى كما هي. والآن، جلب المغناطيس إلى الكأس، نبدأ في خفضه بسلاسة. إن كوب المقياس - سواء كان من النحاس أو الإيبونيت - يتبع المغناطيس المتحرك، كما لو كان ملتصقًا. نستبدل المغناطيس بجسم كثيف وبمعالجات مماثلة لا نلاحظ "التصاق" المقاييس به. وبهذه الطريقة يمكننا ببساطة ملاحظة ظاهرة تفاعل المغناطيس الدائم المتحرك مع الأجسام الكثيفة المختلفة. سؤال: ما هو الفرق الأساسي بين تفاعل الجاذبية والكهرباء؟ مغناطيسي؟

التعليقات

فيكتور، شكرا لك، مقالة مفيدة للغاية.
بالأمس فقط، توصل ابني الصغير بنفسه إلى استنتاج مفاده أن أرضنا، التي تجذب الأجسام الصغيرة (بما في ذلك نحن)، تعمل كمغناطيس ضخم، لذلك لا نطير بعيدًا عنها. بالإضافة إلى أن الغلاف الجوي له أيضًا وزنه الكبير. وكلما زادت كتلة الكوكب، زادت قوة الجذب.
في الواقع، على نطاق الفضاء، تعمل الجاذبية مثل المجال الكهرومغناطيسي على نطاق أصغر، فقط شدتها تعتمد بشكل أساسي على كتلة الأجسام، وليس على الكتل الذرية للمواد أثناء التفاعل الكهرومغناطيسي. لكن في كلتا الحالتين، تعتمد شدة الجذب أيضًا على المسافة بين الجسمين.
شكرا لك و حظا جيدا!
بإخلاص،

بي.في. تحدث راوشنباخ، رفيق كوروليف في السلاح، عن كيفية توصله إلى فكرة إنشاء جاذبية صناعية على متن سفينة فضائية: في نهاية شتاء عام 1963، كان كبير المصممين، الذي كان يمهد الطريق للثلوج بالقرب من منزله في شارع أوستانكينسكايا، كان هناك عيد الغطاس، كما يمكن للمرء أن يقول. دون انتظار يوم الاثنين، اتصل بروشنباخ، الذي يعيش في مكان قريب، وسرعان ما بدأوا معًا في "تمهيد الطريق" إلى الفضاء لرحلات طويلة.
وتبين أن الفكرة، كما يحدث في كثير من الأحيان، بسيطة؛ يجب أن تكون بسيطة، وإلا فلن ينجح أي شيء في الممارسة العملية.

لتكتمل الصورة. مارس 1966، الأمريكيون في برج الجوزاء 11:

الساعة 11:29 صباحًا، انفصلت مركبة جيميني 11 عن أجينا. الآن تبدأ المتعة: كيف سيتصرف جسمان متصلان بواسطة كابل؟ في البداية، حاول كونراد إدخال الرابط في تثبيت الجاذبية - بحيث يتدلى الصاروخ بالأسفل، وتكون السفينة بالأعلى ويكون الكابل مشدودًا.
ومع ذلك، لم يكن من الممكن التحرك مسافة 30 مترًا دون التسبب في اهتزازات قوية. في الساعة 11:55 انتقلنا إلى الجزء الثاني من التجربة - "الجاذبية الاصطناعية". أدخل كونراد الرباط في الدوران. في البداية، امتد الكابل على طول خط منحني، ولكن بعد 20 دقيقة تم تقويمه وأصبح الدوران صحيحًا تمامًا. زاد كونراد سرعته إلى 38 درجة/دقيقة، وبعد العشاء إلى 55 درجة/دقيقة، مما أدى إلى ثقل قدره 0.00078 جرام. لم يكن بإمكانك الشعور بها "عند اللمس"، لكن الأشياء استقرت ببطء في قاع الكبسولة. في الساعة 14:42، بعد ثلاث ساعات من الدوران، تم إطلاق النار على الدبوس، وابتعد الجوزاء عن الصاروخ.

قد لا تكون مهتمًا بالفضاء، لكن من المحتمل أنك قرأت عنه في الكتب، وشاهدته في الأفلام والألعاب. في معظم الأعمال، كقاعدة عامة، هناك خطورة - نحن لا ننتبه إليها ونعتبرها أمرا مفروغا منه. إلا أن هذا ليس صحيحا.

تجذب الأشياء الضخمة الأقوى والأصغر منها الأضعف.

العتاد

الأرض مجرد جسم ضخم. لذلك، الناس والحيوانات والمباني والأشجار وشفرات العشب أو الهاتف الذكي أو الكمبيوتر - كل شيء ينجذب إلى الأرض. لقد اعتدنا على هذا ولا نفكر أبدًا في مثل هذا الشيء الصغير.

التأثير الرئيسي لجاذبية الأرض علينا هو تسارع الجاذبية، المعروف أيضًا باسم g. وهي تساوي 9.8 م/ث². أي جسم في حالة عدم وجود دعم سوف يتسارع بالتساوي نحو مركز الأرض، ويكتسب 9.8 متر من السرعة في كل ثانية.

وبفضل هذا التأثير، نقف بشكل مستقيم على أقدامنا، ونميز بين "أعلى" و"أسفل"، ونسقط الأشياء، وما إلى ذلك. إذا استبعدنا جاذبية الأرض، فسوف تنقلب جميع الإجراءات المعتادة رأسًا على عقب.

وهذا معروف لدى رواد الفضاء الذين يقضون جزءًا كبيرًا من حياتهم في محطة الفضاء الدولية. ويتعلمون من جديد كيفية الشرب والمشي والتعامل مع الاحتياجات الأساسية.

وهنا بعض الأمثلة.

في الوقت نفسه، في الأفلام والمسلسلات التلفزيونية والألعاب وغيرها من قصص الخيال العلمي المذكورة، فإن الجاذبية على سفن الفضاء "موجودة ببساطة". لم يشرح المبدعون حتى من أين أتت هذه الفكرة، وإذا فعلوا ذلك، فهذا غير مقنع. نوع من "مولدات الجاذبية"، مبدأ تشغيلها غير معروف. هذا لا يختلف عن "إنه كذلك" - من الأفضل عدم الشرح على الإطلاق في هذه الحالة. إنه أكثر صدقا.

النماذج النظرية للجاذبية الاصطناعية

هناك عدة طرق لإنشاء الجاذبية الاصطناعية.

الكثير من الكتلة

الخيار الأول (والأصح) هو تكبير السفينة وجعلها ضخمة جدًا. ثم سيوفر تفاعل الجاذبية التأثير المطلوب.

لكن عدم واقعية هذه الطريقة واضح: مثل هذه السفينة تتطلب الكثير من المادة. ويجب القيام بشيء ما بشأن التوزيع الموحد لمجال الجاذبية.

تسارع مستمر

بما أننا بحاجة إلى تحقيق تسارع جاذبية ثابت قدره 9.8 م/ث²، فلماذا لا نصنع المركبة الفضائية على شكل منصة تتسارع بشكل عمودي على مستواها بنفس الجاذبية؟

بهذه الطريقة سيتم تحقيق التأثير المطلوب - ولكن هناك العديد من المشاكل.

أولاً، عليك الحصول على الوقود من مكان ما لضمان التسارع المستمر. وحتى لو توصل شخص ما فجأة إلى محرك لا يتطلب انبعاث مادة، فإن قانون الحفاظ على الطاقة لن يختفي في أي مكان.

ثانيا، تكمن المشكلة في طبيعة التسارع المستمر. تقول قوانيننا الفيزيائية: لا يمكنك التسارع إلى الأبد. النظرية النسبية تقول عكس ذلك.

حتى لو غيرت السفينة اتجاهها بشكل دوري، لتوفير الجاذبية الاصطناعية، يجب أن تطير باستمرار في مكان ما. ممنوع التعليق بالقرب من الكواكب. إذا توقفت السفينة، فإن الجاذبية سوف تختفي.

لذا فإن هذا الخيار لا يناسبنا أيضًا.

دائري دائري

وهنا تبدأ المتعة. يعلم الجميع كيف يعمل الكاروسيل - وما هي التأثيرات التي يتعرض لها الشخص فيه.

كل ما هو عليه يميل إلى القفز بما يتناسب مع سرعة الدوران. من جانب الكاروسيل يتبين أن كل شيء يتأثر بقوة موجهة على طول نصف القطر. شيء "الجاذبية" تمامًا.

لذلك نحن بحاجة سفينة على شكل برميل تدور حول محورها الطولي. مثل هذه الخيارات شائعة جدًا في الخيال العلمي.

عند الدوران حول محور، يتم إنشاء قوة طرد مركزي موجهة على طول نصف القطر. وبقسمة القوة على الكتلة نحصل على التسارع المطلوب.

يتم حساب كل هذا باستخدام صيغة بسيطة:

أ=ω²R،

حيث a هو التسارع، R هو نصف قطر الدوران، و ω هي السرعة الزاوية المقاسة بالراديان في الثانية (الراديان حوالي 57.3 درجة).

ما الذي نحتاجه لحياة طبيعية على متن سفينة فضاء خيالية؟ مزيج من نصف قطر السفينة والسرعة الزاوية، والتي سيعطي مشتقها في النهاية 9.8 م/ث².

وقد رأينا شيئاً مماثلاً في عدد من الأعمال: «2001: رحلة فضائية» لستانلي كوبريك، ومسلسل «بابل 5»، و«بين النجوم» لنولان، ورواية «Ringworld» للاري نيفن، وعالم ألعاب الهالو. .

في كل منهم، تسارع الجاذبية يساوي تقريبا ز - كل شيء منطقي. ومع ذلك، فإن هذه النماذج لديها أيضا مشاكل.

مشاكل دائري

ربما تكون المشكلة الأكثر وضوحًا هي الأسهل في شرحها باستخدام مثال A Space Odyssey. يبلغ نصف قطر السفينة حوالي 8 أمتار - لتحقيق تسارع يساوي g، يلزم سرعة زاوية تبلغ حوالي 1.1 راد/ثانية. هذا هو ما يقرب من 10.5 دورة في الدقيقة.

مع مثل هذه المعلمات، يدخل "تأثير كوريوليس" حيز التنفيذ - على "ارتفاعات" مختلفة من الأرض، تعمل قوى مختلفة على الأجسام المتحركة. وهذا يعتمد على السرعة الزاوية.

لذا، في تصميمنا الافتراضي، لا يمكننا تدوير السفينة بسرعة كبيرة لأنها ستتسبب في سقوط مفاجئ ومشاكل في الدهليزي. ومع الأخذ في الاعتبار صيغة التسارع، لا يمكننا تحمل نصف قطر صغير من السفينة.

ولذلك، لم يعد نموذج «أوديسة الفضاء» ضرورياً. المشكلة هي نفسها تقريبًا مع السفن الموجودة في Interstellar، على الرغم من أن كل شيء غير واضح فيما يتعلق بالأرقام.

أما المشكلة الثانية فهي على الجانب الآخر من الطيف. في رواية Ringworld للاري نيفن، السفينة عبارة عن حلقة عملاقة نصف قطرها يساوي تقريبًا نصف قطر مدار الأرض (1 وحدة فلكية ≈ 149 مليون كيلومتر). وبالتالي، فهو يدور بسرعة مرضية تمامًا بحيث لا يلاحظ الشخص تأثير كوريوليس.

يبدو أن كل شيء يتناسب مع بعضه البعض، ولكن هناك مشكلة هنا أيضًا. ستستغرق الثورة الواحدة 9 أيام، الأمر الذي سيخلق أحمالًا زائدة ضخمة بقطر الحلقة هذا. وهذا يتطلب مادة قوية جدا. في الوقت الحالي، لا تستطيع البشرية إنتاج مثل هذا الهيكل القوي - ناهيك عن حقيقة أنه في مكان ما تحتاج إلى أخذ الكثير من المادة وما زال يبني كل شيء.

وفي حالة Halo أو Babylon 5، يبدو أن جميع المشاكل السابقة غائبة: سرعة الدوران كافية حتى لا يكون لتأثير كوريوليس تأثير سلبي، ومن الممكن بناء مثل هذه السفينة (افتراضياً).

لكن هذه العوالم لها أيضًا عيوبها. اسمها هو الزخم الزاوي.

ومن خلال تدوير السفينة حول محورها، نحولها إلى جيروسكوب عملاق. ويصعب انحراف الجيروسكوب عن محوره بسبب الزخم الزاوي الذي يجب الحفاظ على مقداره في النظام. هذا يعني أنه سيكون من الصعب الطيران في مكان ما في اتجاه معين. ولكن هذه المشكلة يمكن حلها.

ينبغي أن يكون

يُسمى هذا الحل "أسطوانة أونيل": نأخذ سفينتين أسطوانتين متطابقتين، متصلتين على طول محور وكل منهما يدور في اتجاهه الخاص. ونتيجة لذلك، لدينا مجموع الزخم الزاوي صفر، وينبغي ألا تكون هناك مشاكل في توجيه السفينة في الاتجاه الصحيح.

مع نصف قطر سفينة يبلغ 500 متر أو أكثر (كما في بابل 5)، يجب أن يعمل كل شيء كما ينبغي.

الحد الأدنى

ما هي الاستنتاجات التي يمكن استخلاصها بشأن تطبيق الجاذبية الاصطناعية في المركبات الفضائية؟

من بين جميع الخيارات، الخيار الأكثر واقعية هو الهيكل الدوار، حيث يتم توفير القوة "لأسفل" من خلال تسارع الجاذبية. من المستحيل خلق جاذبية صناعية على سفينة ذات هياكل مسطحة ومتوازية مثل الأسطح، نظرًا لفهمنا الحديث لقوانين الفيزياء.

يجب أن يكون نصف قطر السفينة الدوارة كافيًا حتى يصبح تأثير كوريوليس ضئيلًا بالنسبة للبشر. من الأمثلة الجيدة من العوالم الخيالية ما سبق ذكره من هالو وبابل 5.

للتحكم في مثل هذه السفن، تحتاج إلى بناء أسطوانة أونيل - "برميلين" يدوران في اتجاهات مختلفة لضمان الزخم الزاوي الكلي للنظام صفر. سيسمح ذلك بالتحكم المناسب في المركبة الفضائية - وهي وصفة واقعية للغاية لتزويد رواد الفضاء بظروف جاذبية مريحة.

وإلى أن نتمكن من بناء شيء مثل هذا، أود من كتاب الخيال العلمي أن يعيروا المزيد من الاهتمام للواقعية المادية في أعمالهم.

فكرة المحطة لعام 1969، والتي كان من المفترض أن يتم تجميعها في المدار من المراحل المكتملة لبرنامج أبولو. وكان من المفترض أن تدور المحطة حول محورها المركزي لخلق جاذبية صناعية

لماذا؟ لأنه إذا كنت تريد الذهاب إلى نظام نجمي آخر، فستحتاج إلى تسريع سفينتك للوصول إلى هناك، ثم إبطائها بمجرد وصولك. إذا لم تتمكن من حماية نفسك من هذه التسارعات، فالكارثة تنتظرك. على سبيل المثال، للتسارع إلى الزخم الكامل في ستار تريك، إلى نسبة قليلة من سرعة الضوء، يجب على المرء أن يختبر تسارعًا قدره 4000 جم. وهذا هو 100 مرة التسارع الذي يبدأ في إعاقة تدفق الدم في الجسم.

أظهر إطلاق مكوك الفضاء كولومبيا عام 1992 أن التسارع يحدث على مدى فترة طويلة. سيكون تسارع المركبة الفضائية أعلى بعدة مرات، ولن يتمكن جسم الإنسان من التعامل معه

إلا إذا كنت تريد أن تكون عديم الوزن أثناء رحلة طويلة - حتى لا تعرض نفسك لتآكل بيولوجي فظيع مثل فقدان العضلات والعظام - فلا بد من وجود قوة ثابتة على الجسم. بالنسبة لأي قوة أخرى، من السهل جدًا القيام بذلك. في مجال الكهرومغناطيسية، على سبيل المثال، يمكن للمرء وضع طاقم في مقصورة موصلة، وسوف تختفي العديد من المجالات الكهربائية الخارجية ببساطة. سيكون من الممكن وضع لوحين متوازيين بالداخل وإنشاء مجال كهربائي ثابت يدفع الشحنات في اتجاه معين.

لو عملت الجاذبية بنفس الطريقة.

ببساطة لا يوجد شيء اسمه موصل للجاذبية، كما أنه ليس من الممكن حماية نفسك من قوة الجاذبية. من المستحيل إنشاء مجال جاذبية موحد في منطقة من الفضاء، على سبيل المثال، بين لوحين. لماذا؟ لأنه على عكس القوة الكهربائية الناتجة عن الشحنات الموجبة والسالبة، هناك نوع واحد فقط من شحنات الجاذبية، وهو طاقة الكتلة. إن قوة الجاذبية تتجاذب دائمًا، ولا مفر منها. يمكنك فقط استخدام ثلاثة أنواع من التسارع - الجاذبية، والخطية، والدورانية.

تتكون الغالبية العظمى من الكواركات واللبتونات في الكون من مادة، ولكن يحتوي كل منها أيضًا على جسيمات مضادة مصنوعة من المادة المضادة، ولم يتم تحديد كتل جاذبيتها بعد

الطريقة الوحيدة التي يمكن من خلالها إنشاء جاذبية اصطناعية من شأنها أن تحميك من تأثيرات تسارع سفينتك وتزودك بدفع ثابت "لأسفل" دون تسارع هي أن تقوم بتحرير جزيئات كتلة الجاذبية السلبية. جميع الجسيمات والجسيمات المضادة التي وجدناها حتى الآن لها كتلة موجبة، لكن هذه الكتل ذات قصور ذاتي، مما يعني أنه لا يمكن الحكم عليها إلا عند إنشاء الجسيم أو تسريعه. كتلة القصور الذاتي وكتلة الجاذبية هي نفسها بالنسبة لجميع الجسيمات التي نعرفها، لكننا لم نختبر فكرتنا أبدًا على المادة المضادة أو الجسيمات المضادة.

حاليا، يتم إجراء التجارب في هذا المجال. أنتجت تجربة ALPHA في CERN الهيدروجين المضاد: وهو شكل مستقر من المادة المضادة المحايدة، وتعمل على عزله عن جميع الجسيمات الأخرى. إذا كانت التجربة حساسة بدرجة كافية، فسنكون قادرين على قياس كيفية دخول الجسيم المضاد إلى مجال الجاذبية. إذا سقط مثل المادة العادية، فسيكون له كتلة جاذبية موجبة ويمكن استخدامه لبناء موصل الجاذبية. إذا سقط إلى أعلى في مجال الجاذبية، فإنه يغير كل شيء. ونتيجة واحدة فقط، قد تصبح الجاذبية الاصطناعية ممكنة فجأة.

إن إمكانية الحصول على الجاذبية الاصطناعية أمر جذاب للغاية بالنسبة لنا، ولكنها تعتمد على وجود كتلة جاذبية سلبية. قد يكون مثل هذه الكتلة، لكننا لم نثبت ذلك بعد

إذا كانت المادة المضادة لها كتلة جاذبية سلبية، فمن خلال خلق مجال من المادة العادية وسقف من المادة المضادة، يمكننا إنشاء حقل جاذبية اصطناعي من شأنه أن يسحبك دائمًا إلى الأسفل. من خلال إنشاء غلاف موصل للجاذبية على شكل هيكل مركبتنا الفضائية، سنحمي الطاقم من قوى التسارع فائق السرعة التي قد تكون قاتلة. والأفضل من ذلك كله هو أن الناس في الفضاء لن يواجهوا بعد الآن التأثيرات الفسيولوجية السلبية التي يعاني منها رواد الفضاء اليوم. ولكن حتى نجد جسيمًا له كتلة جاذبية سلبية، فلن يتم الحصول على الجاذبية الاصطناعية إلا من خلال التسارع.

بالنسبة للأجسام الموجودة في الفضاء، يعد الدوران أمرًا شائعًا. عندما تتحرك كتلتان بالنسبة لبعضهما البعض، ولكن ليس باتجاه أو بعيدًا عن بعضهما البعض، فإن قوة الجاذبية الخاصة بهما تخلق عزمًا. ونتيجة لذلك، في النظام الشمسي، جميع الكواكب تدور حول الشمس.

ولكن هذا أمر لم يؤثر فيه الإنسان. لماذا تدور المركبات الفضائية؟ لتحقيق الاستقرار في الموقف، قم بتوجيه الأدوات باستمرار في الاتجاه الصحيح وفي المستقبل - لإنشاء جاذبية اصطناعية. دعونا ننظر إلى هذه الأسئلة بمزيد من التفصيل.

الاستقرار الدوراني

عندما ننظر إلى السيارة، نعرف في أي اتجاه تتجه. ويتم التحكم فيه من خلال التفاعل مع البيئة الخارجية – التصاق العجلات بالطريق. حيث تدور العجلات، تذهب السيارة بأكملها إلى هناك. ولكن إذا حرمناه من هذه القبضة، إذا أرسلنا السيارة على إطارات أصلع لتتدحرج على الجليد، فسوف تدور في الفالس، والتي ستكون خطيرة للغاية بالنسبة للسائق. نادرًا ما يحدث هذا النوع من الحركة على الأرض، ولكنه هو القاعدة في الفضاء.

كتب بي في راوشنباخ، الأكاديمي والحائز على جائزة لينين، في "التحكم في حركة المركبات الفضائية" عن ثلاثة أنواع رئيسية من مشكلات التحكم في حركة المركبات الفضائية:

1. الحصول على المسار المطلوب (التحكم في حركة مركز الكتلة)،
2. التحكم في الاتجاه، أي الحصول على الموضع المطلوب لجسم المركبة الفضائية بالنسبة إلى المعالم الخارجية (التحكم في الحركة الدورانية حول مركز الكتلة)؛
3. الحالة التي يتم فيها تنفيذ هذين النوعين من التحكم في وقت واحد (على سبيل المثال، عندما تقترب المركبة الفضائية من بعضها البعض).

يتم تدوير الجهاز لضمان وضع ثابت للمركبة الفضائية. وهذا ما يظهر بوضوح من خلال التجربة في الفيديو أدناه. ستتخذ العجلة المتصلة بالكابل موضعًا موازيًا للأرضية. ولكن إذا تم تدوير هذه العجلة لأول مرة، فإنها ستحتفظ بوضعها الرأسي. والجاذبية لن تتدخل في هذا. وحتى حمولة كيلوغرامين متصلة بالطرف الثاني من المحور لن تغير الصورة كثيرًا.

الكائن الحي الذي يتكيف مع الحياة في ظروف الجاذبية قادر على البقاء بدونها. وليس فقط من أجل البقاء، ولكن أيضًا للعمل بنشاط. لكن هذه المعجزة الصغيرة لا تخلو من العواقب. أظهرت التجربة المتراكمة على مدار عقود من الرحلات الفضائية البشرية أن الإنسان يعاني من ضغوط كبيرة في الفضاء، مما يترك بصمة على الجسم والنفسية.

على الأرض، يحارب جسمنا الجاذبية، التي تسحب الدم إلى الأسفل. وفي الفضاء، يستمر هذا الصراع، ولكن لا توجد قوة جاذبية. لهذا السبب رواد الفضاء منتفخون. يزداد الضغط داخل الجمجمة، ويزداد الضغط على العينين. مما يؤدي إلى تشويه العصب البصري ويؤثر على شكل مقلة العين. ينخفض ​​محتوى البلازما في الدم، وبسبب انخفاض كمية الدم التي يجب ضخها، ضمور عضلات القلب. يكون عيب الكتلة العظمية كبيرًا وتصبح العظام هشة.

ولمكافحة هذه التأثيرات، يضطر الأشخاص الموجودون في المدار إلى ممارسة التمارين الرياضية يوميًا. ولذلك، فإن خلق الجاذبية الاصطناعية يعتبر أمرا مرغوبا فيه للسفر إلى الفضاء على المدى الطويل. يجب أن تخلق هذه التكنولوجيا ظروفًا طبيعية من الناحية الفسيولوجية للأشخاص للعيش على متن الجهاز. يعتقد كونستانتين تسيولكوفسكي أيضًا أن الجاذبية الاصطناعية ستساعد في حل العديد من المشاكل الطبية لرحلات الفضاء البشرية.

وتقوم الفكرة نفسها على مبدأ التكافؤ بين قوة الجاذبية وقوة القصور الذاتي، والذي ينص على أن: “قوى تفاعل الجاذبية تتناسب مع كتلة جاذبية الجسم، بينما قوى القصور الذاتي تتناسب مع كتلة القصور الذاتي”. من الجسم. إذا كانت كتلتي القصور الذاتي والجاذبية متساويتين، فمن المستحيل التمييز بين القوة التي تؤثر على جسم صغير معين: قوة الجاذبية أم قوة القصور الذاتي.

هذه التكنولوجيا لها عيوب. في حالة الأجهزة ذات نصف القطر الصغير، ستؤثر قوى مختلفة على الساقين والرأس - كلما ابتعدنا عن مركز الدوران، زادت قوة الجاذبية الاصطناعية. المشكلة الثانية هي قوة كوريوليس، بسبب تأثيرها سوف يهز الشخص عند التحرك بالنسبة لاتجاه الدوران. لتجنب ذلك، يجب أن يكون الجهاز ضخما. والسؤال المهم الثالث يتعلق بتعقيد تطوير وتجميع مثل هذا الجهاز. عند إنشاء مثل هذه الآلية، من المهم التفكير في كيفية تمكين الطاقم من الوصول المستمر إلى المقصورات ذات الجاذبية الاصطناعية وكيفية جعل هذه الحلقة تتحرك بسلاسة.

في الحياة الحقيقية، لم يتم استخدام هذه التكنولوجيا بعد لبناء سفن الفضاء. تم اقتراح وحدة قابلة للنفخ ذات جاذبية صناعية لمحطة الفضاء الدولية لعرض النموذج الأولي للمركبة الفضائية Nautilus-X. لكن الوحدة باهظة الثمن ومن شأنها أن تخلق اهتزازات كبيرة. من الصعب تنفيذ تصنيع محطة الفضاء الدولية بأكملها بالجاذبية الاصطناعية باستخدام الصواريخ الحالية - يجب تجميع كل شيء في المدار في أجزاء، الأمر الذي من شأنه أن يعقد نطاق العمليات بشكل كبير. وهذه الجاذبية الاصطناعية من شأنها أن تلغي جوهر محطة الفضاء الدولية كمختبر طيران للجاذبية الصغرى.

مفهوم وحدة الجاذبية الصغرى القابلة للنفخ لمحطة الفضاء الدولية.

لكن الجاذبية الاصطناعية تعيش في مخيلة كتاب الخيال العلمي. تحتوي سفينة هيرميس من فيلم The Martian على طارة دوارة في المنتصف، مما يخلق جاذبية صناعية لتحسين حالة الطاقم وتقليل آثار انعدام الوزن على الجسم.

قامت وكالة الطيران الوطنية الأمريكية بتطوير مقياس لمستويات الاستعداد التكنولوجي TRL من تسعة مستويات: من الأول إلى السادس - التطوير في إطار أعمال البحث والتطوير، من السابع وما فوق - أعمال التطوير وإظهار الأداء التكنولوجي. التكنولوجيا من فيلم "The Martian" تتوافق حتى الآن مع المستوى الثالث أو الرابع فقط.

هناك العديد من الاستخدامات لهذه الفكرة في أدب وأفلام الخيال العلمي. وصفت سلسلة ملحمة الفضاء لآرثر سي كلارك Discovery One بأنه هيكل على شكل دمبل مصمم لفصل المفاعل النووي الذي يعمل بالطاقة عن المنطقة الصالحة للسكن. ويحتوي خط استواء الكرة على "دائري" يبلغ قطره 11 مترا، ويدور بسرعة حوالي خمس دورات في الدقيقة. تخلق أجهزة الطرد المركزي هذه مستوى من الجاذبية يساوي مستوى جاذبية القمر، والذي من شأنه أن يمنع الضمور الجسدي في ظروف الجاذبية الصغرى.

"اكتشاف واحد" من "رحلة فضائية"

في مسلسل الأنمي Planetes، تحتوي المحطة الفضائية ISPV-7 على غرف ضخمة تتمتع بالجاذبية الأرضية المعتادة. تقع منطقة المعيشة ومنطقة إنتاج المحاصيل في جزأين يدوران في اتجاهات مختلفة.

وحتى الخيال العلمي الصعب يتجاهل التكلفة الهائلة لمثل هذا الحل. وأخذ المتحمسون كمثال السفينة "إليسيوم" من الفيلم الذي يحمل نفس الاسم. قطر العجلة 16 كيلومترا. الوزن - حوالي مليون طن. ويكلف إرسال البضائع إلى المدار 2700 دولار للكيلوغرام الواحد؛ وستعمل شركة SpaceX Falcon على خفض هذا الرقم إلى 1650 دولاراً للكيلوغرام الواحد. ولكن سيتعين إجراء 18382 عملية إطلاق لتوصيل هذه الكمية من المواد. هذا هو 1 تريليون 650 مليار دولار أمريكي - ما يقرب من مائة ميزانية سنوية لناسا.

لا تزال المستوطنات الحقيقية في الفضاء، حيث يمكن للناس الاستمتاع بالتسارع المعتاد البالغ 9.8 م/ث² بسبب الجاذبية، بعيدة المنال. ولعل إعادة استخدام أجزاء الصواريخ والمصاعد الفضائية ستجعل مثل هذا العصر أقرب.