Создали ли мы объект, который может двигаться со скоростью 1% скорости света?

Крис Импи получает финансирование от Национального научного фонда и Фонда Херста.

Партнеры

Университет Аризоны предоставляет финансирование в качестве члена The Conversation US.

Любопытные дети — это сериал для детей всех возрастов. Если у вас есть вопрос, на который вы хотели бы получить ответ от эксперта, отправьте его на адрес любопытногоkidsus@theconversation.com.

Создали ли мы объект, который может двигаться со скоростью не менее 1% скорости света? – Анади, 14 лет, Джамму и Кашмир, Индия.

Свет быстрый. На самом деле, это самое быстрое из существующих существ, а закон Вселенной гласит, что ничто не может двигаться быстрее света. Свет движется со скоростью 186 000 миль в секунду (300 000 километров в секунду) и может добраться от Земли до Луны чуть более чем за секунду. Свет может пронестись от Лос-Анджелеса до Нью-Йорка менее чем за мгновение ока.

Хотя 1% чего-либо звучит не так уж и много, со светом это все равно очень быстро — около 7 миллионов миль в час! При 1% скорости света путь из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк занял бы чуть больше секунды. Это более чем в 10 000 раз быстрее, чем у коммерческого самолета.

Самые быстрые вещи, когда-либо сделанные

Пули могут лететь со скоростью 2600 миль в час (4200 км/ч), что более чем в три раза превышает скорость звука. Самым быстрым самолетом является реактивный самолет НАСА X3 с максимальной скоростью 7000 миль в час (11 200 км/ч). Звучит впечатляюще, но это всего лишь 0,001% скорости света.

Самыми быстрыми объектами, созданными руками человека, являются космические корабли. Они используют ракеты, чтобы вырваться из-под земного притяжения, скорость которого достигает 25 000 миль в час (40 000 км в час). Космический корабль, который движется быстрее всего, — это NASA Parker Solar Probe. После запуска с Земли в 2018 году он пролетел сквозь раскаленную атмосферу Солнца и использовал солнечную гравитацию, чтобы разогнаться до 330 000 миль в час (535 000 км/ч). Это ослепительно быстро — но всего 0,05% от скорости света.

Почему даже 1% скорости света — это тяжело

Что удерживает человечество от достижения 1% скорости света? Одним словом, энергия. Любой объект, который движется, имеет энергию из-за своего движения. Физики называют это кинетической энергией. Чтобы ехать быстрее, нужно увеличить кинетическую энергию. Проблема в том, что для увеличения скорости требуется много кинетической энергии.Чтобы заставить что-то двигаться в два раза быстрее, требуется в четыре раза больше энергии. Чтобы что-то двигалось в три раза быстрее, требуется в девять раз больше энергии и так далее.

Например, чтобы разогнать подростка весом 110 фунтов (50 кг) до 1% скорости света, потребуется 200 триллионов джоулей (измерение энергии). Это примерно столько же энергии, сколько потребляют 2 миллиона человек в США в день.

Как быстро мы можем идти?

Можно получить что-то со скоростью 1% скорости света, но это потребует огромного количества энергии. Могут ли люди заставить что-то двигаться еще быстрее?

Да! Но инженерам нужно найти новые способы заставить вещи двигаться в космосе. Все ракеты, даже новые элегантные ракеты, используемые SpaceX и Blue Origins, сжигают ракетное топливо, которое не сильно отличается от автомобильного бензина. Проблема в том, что сжигание топлива очень неэффективно.

Другие методы толкания космического корабля включают использование электрических или магнитных сил. Ядерный синтез, процесс, который питает Солнце, также намного эффективнее, чем химическое топливо.

Ученые исследуют множество других способов двигаться быстро — даже варп-двигатели, путешествия со скоростью, превышающей скорость света, популяризированные в «Звездном пути».

Одним из многообещающих способов заставить что-то двигаться очень быстро является использование солнечного паруса. Это большие тонкие листы пластика, прикрепленные к космическому кораблю и сконструированные таким образом, чтобы солнечный свет мог давить на них, как ветер в обычном парусе. Несколько космических кораблей использовали солнечные паруса, чтобы показать, что они работают, и ученые считают, что солнечный парус может разогнать космический корабль до 10% скорости света.

Однажды, когда человечество не будет ограничено крошечной долей скорости света, мы сможем отправиться к звездам.

Здравствуйте, любознательные дети! У вас есть вопрос, на который вы хотели бы получить ответ от эксперта? Попросите взрослого отправить ваш вопрос по адресу CuriousKidsUS@theconversation.com. Пожалуйста, сообщите нам ваше имя, возраст и город, в котором вы живете.

А так как любопытство не имеет возрастных ограничений – взрослые, дайте нам знать, что вас интересует.Мы не сможем ответить на все вопросы, но постараемся.