Videnskabens fiktive kunstige tyngdekraft vil ikke fungere; Lad os tale G-Forces

Gravity er hård. Det tog Newton lang tid at knække det og mange newtonske fysikere hundrede år for at bekræfte Einsteins gravitationsteorier. Og det er de naturligt forekommende ting. Kunstig tyngdekraft er en hel del mere forvirrende.

Mining sci-fi - som er overraskende frugtbar til futuristisk problemløsning - er håbløs her. Overveje Star wars Lore, som stak en uklar finger i hvert midichlor-størrelse hul kunne det. Den kunstige tyngdekraft på Millennium Falcon og hver anden hunk af plads skranke? Det er genereret af en kunstig tyngdekraft generator. Wookieepedia, som har ti tusind gnarly ord på Darth Maul, har alle to sætninger på Lucas logik besejre nul- g:

Kunstige tyngdekraftsgeneratorer blev brugt til at skabe et stabilt tyngdepunkt uden for en planets naturlige tyngdekraftbrønd og dermed hjælpe livet i rummet. De blev også brugt til at komprimere objekter - til opbevaring med gasformige råvarer, og til tider at skabe syntetiske ædelstene.

Også selvom Star Trek, som formodes at være Star wars for Model U.N. kids, er ikke bedre. Men det er ikke rigtig fair at vælge sciencefiction. Syntetisk tyngdekraft, som i tyngdekraft skabt af mennesker, er for øjeblikket ud over vores forståelse.

Problemet

Problemet er, at i forhold til de andre kræfter er tyngdekraften svag - piddy magneter kan besejre det. Hvad det betyder i praksis er, at den nemmeste måde at opbygge et rumskib med kunstig tyngdekraft, der er lig med jordbaseret tyngdekraft ville være at give det Jordens masse. At undgå noget underligt supertæt nonsensmateriale eller umulig undersøgelse, der pludselig bliver replikeret, er uden for spørgsmålet.

Det betyder dog ikke, at der ikke er mere komplicerede løsninger. Den kunstige pålæggelse af normal tyngdekraft vil bare ikke være en af ​​dem.

Den sandsynlige løsning

Hvis du accelerere bare den rigtige mængde - enten i en linje eller en cirkel - kan du oprette g-kræfter svarende til tyngdekraften. Problemet med at accelerere i en retning er, at dit brændstof til sidst vil blive udtømt. Heldigvis er rummet et vakuum, så når rotationsacceleration gør sit arbejde, er der intet til at bremse en rumstations rulle. Du har set dette på skærme i Elysium, Martianen, og glorie - og det gennemsyrer usirder NASA koncepter. (Det er ikke kun gammel koncepter som 1969-kunst ovenfor - spinning rumskibe er på NASA's 2015 køreplan for fremtiden.)

Som alle kræfter koger konceptet ned til masse gange acceleration. I dette tilfælde er den cirkulære acceleration ω ^ 2 gange R (hvor ω er vinkelhastighed og R er skibets radius). Fordi masse forbliver den samme, uanset hvor du er, skaber du den rigtige falske tyngdekraft, bliver ækvivalent en øvelse for at gøre dit skib den rigtige størrelse og spinde den i den rigtige hastighed.

Problemet med den sandsynlige løsning

Men at bygge Goldilocks 'spindeskib er ikke let. Hvis radiusen er for lille, støder du op mod Coriolis-effekten. Når din interne ramme roterer hurtigt, træffer simple handlinger rare egenskaber. Du kan føle dig komfortabel Jordlignende g-kræfter står stille, men selv ved at vippe hovedet kunne du smide dine to indre ører ud af synkronisering. Derfor kan du ikke kaste en basketball lige over en karrusel, påpeger PBS 'YouTube-serie Space Time:

Hvis du gør skibet stort nok, behøver du ikke spinde det så hurtigt - men du får utrolige mekaniske belastninger på dit rumfartøj, hvis du gør det stort. Sci-fi sødestedet, PBS Rumtid siger, er tæt på Halo's ring. I betragtning af at det er titusindvis af dollars per pund at få materialer off-planet, "astronomiske", som en Cornell University-astronom satte det, måtte vi bygge ting i rummet. Givet en tilstrækkelig stor kickstarter, kan du lave nul-g i de enkelte cifre.