Διαστρικά ταξίδια…του Αλέξη Δεληβοριά

Το πνεύμα της εξερεύνησης, που χαρακτηρίζει το ανθρώπινο γένος παραμένει άσβεστο. Είναι το ίδιο αυτό πνεύμα που οδήγησε τις διαστημοσυσκευές μας στα πέρατα του Ηλιακού συστήματος, και αποτυπώνεται χαρακτηριστικά στην πασίγνωστη «ατάκα» της σειράς επιστημονικής φαντασίας Σταρ Τρεκ: «να εξερευνήσουμε παράξενους νέους κόσμους, να αναζητήσουμε νέα ζωή και νέους πολιτισμούς και με τόλμη να πάμε εκεί που κανείς ως τώρα δεν έχει πάει». Εάν υποθέσουμε βάσιμα ότι η κατασκευή βάσεων στην Σελήνη, αλλά και για την πρώτη επανδρωμένη αποστολή τον Άρη είναι δύο απολύτως εφικτοί στόχοι που θα υλοποιηθούν στις επόμενες μερικές δεκαετίες, μπορούμε, άραγε, να ισχυριστούμε το ίδιο για τα διαστρικά ταξίδια; Παρόλο που αρκετοί επιστήμονες αναλογίζονται ήδη τους τρόπους με τους οποίους θα καταφέρουν να αντιμετωπίσουν τις τεράστιες επιστημονικές και τεχνολογικές προκλήσεις ενός ταξιδιού στα άστρα, το ταξίδι αυτό, για το ορατό τουλάχιστον μέλλον, παραμένει σενάριο επιστημονικής φαντασίας.

Μέχρι σήμερα έχει επιβεβαιωθεί η ύπαρξη 3.300 περίπου εξωπλανητών, ενώ σύμφωνα με τις τελευταίες θεωρητικές αναλύσεις και μελέτες, μόνο ο Γαλαξίας μας εμπεριέχει δισεκατομμύρια πλανήτες. Η συναρπαστική πιθανότητα της ύπαρξης δυνητικά «κατοικήσιμων» εξωπλανητών που, θεωρητικά τουλάχιστον, ευνοούν την εμφάνιση και την ανάπτυξη μορφών ζωής, εξακολουθεί να εξάπτει την φαντασία και να παρακινεί το ενδιαφέρον για την εξερεύνησή τους. Θα μπορούσαμε ποτέ να τους επισκεφτούμε; Δυστυχώς, η απάντηση είναι όχι, ή τουλάχιστον όχι για πολύ καιρό ακόμα. Γι’ αυτό και τα διαστημικά ταξίδια, που θα μας επιτρέψουν να διαφύγουμε από τα στενά όρια του Ηλιακού συστήματος και να ταξιδέψουμε στο αχανές Διάστημα, παραμένουν άπιαστο όνειρο.

Ας δούμε γιατί. Το πλησιέστερο σε μας άστρο είναι ο Εγγύτατος του Κενταύρου, σε απόσταση 4,24 ετών φωτός από την Γη, γεγονός που σημαίνει ότι το φως που εκπέμπει, ταξιδεύοντας με 300.000 km/s, χρειάζεται 4,24 χρόνια προκειμένου να διανύσει την απόσταση των 40 τρισ. km που μας χωρίζει. Το Voyager 1, η διαστημοσυσκευή που έχει απομακρυνθεί περισσότερο από οποιαδήποτε άλλη απ’ όσες έχουμε στείλει στον «ωκεανό» του Διαστήματος, 39 ολόκληρα χρόνια μετά την εκτόξευσή της βρίσκεται σε απόσταση που «μόλις» υπερβαίνει τα 20 δισ. km. Κινούμενο με την ίδια ταχύτητα και με την προϋπόθεση ότι τα καύσιμά της θα διαρκέσουν «για πάντα», θα χρειαζόταν περίπου 80.000 χρόνια, προκειμένου να φτάσει στον Εγγύτατο του Κενταύρου και περισσότερα από 2 δισ. χρόνια, προκειμένου να διασχίσει τον Γαλαξία μας από την μία του άκρη στην άλλη!

Πραγματικά, οι τεράστιες αποστάσεις είναι η μεγαλύτερη πρόκληση που αντιμετωπίζουν τα διαστρικά ταξίδια αφού, προκειμένου να υλοποιηθούν, απαιτούνται όχι μόνο τεράστιες ταχύτητες, αλλά και ανάλογα μεγάλος χρόνος ταξιδιού. Δεν είναι, όμως και η μόνη. Για παράδειγμα, ποια θα είναι η προωστική μέθοδος και τα καύσιμα που θα χρησιμοποιηθούν στο απώτερο μέλλον από τα διαστημόπλοια των μακρινών μας απογόνων; Με ποιον τρόπο θα προστατεύονται οι επιβάτες από την επικίνδυνη κοσμική ακτινοβολία, αλλά και την μυοσκελετική ατροφία που θα προκαλεί η παρατεταμένη παραμονή τους σε συνθήκες μικροβαρύτητας; Αυτές είναι ελάχιστες μόνο από τις τεχνολογικές προκλήσεις που αντιμετωπίζουν τα διαστρικά ταξίδια.

Ήδη, όμως, συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας, αλλά και επιστήμονες, οραματίζονται γιγάντια αστρόπλοια, τα οποία θα φιλοξενούν διαδοχικές γενεές του αρχικού πληρώματος, ώστε αυτοί που θα φτάνουν στον τελικό προορισμό του ταξιδιού θα είναι οι μακρινοί απόγονοι εκείνων που το ξεκίνησαν! Μια άλλη λύση που έχει προταθεί προκειμένου να παρακαμφθεί το πρόβλημα της εξαιρετικά μεγάλης διάρκειας των διαστρικών ταξιδιών, ιδιαίτερα δημοφιλή σε ταινίες επιστημονικής φαντασίας, βασίζεται στην τεχνητή επιβράδυνση του ανθρώπινου μεταβολισμού, την τοποθέτηση δηλαδή των αστροναυτών σε «στάση», σε ένα είδος χειμερίας νάρκης, από την οποία θα ξυπνήσουν όταν φτάσουν στον προορισμό τους. Άλλοι, ωστόσο ισχυρίζονται ότι οι επανδρωμένες αποστολές σε μακρινά αστρικά συστήματα είναι εντελώς ανέφικτες και μόνο η αποστολή μη επανδρωμένων ρομποτικών διαστημοσυσκευών έχει κάποιο νόημα.

Ένα άλλο, ιδιαίτερα σημαντικό πρόβλημα που απασχολεί τους επιστήμονες είναι το τι «επιτρέπεται» και τι όχι, με βάση τους θεμελιώδεις νόμους της Φύσης, όπως τουλάχιστον τους γνωρίζουμε. Μπορούμε, για παράδειγμα, να επινοήσουμε τρόπους, προκειμένου να «παρακάμψουμε» τα θεμελιώδη θεωρητικά «εμπόδια» που μας «ορθώνουν» οι θεωρίες της σχετικότητας του Αϊνστάιν; Η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας θέτει ένα ανώτατο και απαράβατο όριο ταχύτητας, σύμφωνα με το οποίο κανένα υλικό σώμα και καμία πληροφορία δεν μπορούν να κινηθούν ή να μεταδοθούν με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός στο κενό. Και, όμως, η ίδια αυτή θεωρία «προσφέρει» μια «διέξοδο» στο πρόβλημα της μεγάλης χρονικής διάρκειας των διαστρικών ταξιδιών. Γιατί, εάν υποθέσουμε ότι ένα διαστημόπλοιο μπορεί να επιταχυνθεί σε ταχύτητες παραπλήσιες μ’ αυτήν του φωτός, το φαινόμενο της διαστολής του χρόνου, που προβλέπει η θεωρία (και έχει ήδη αποδειχθεί πειραματικά με υψηλής ακρίβειας ατομικά ρολόγια), θα καθιστούσε την διάρκεια του ταξιδιού πολύ μικρότερη για τους επιβάτες της.

Προφανώς, οι «κλασικές»  μέθοδοι πυραυλικής προώθησης με την χρήση χημικών καυσίμων είναι εντελώς άχρηστες, αφού η τελική τους ταχύτητα παραμένει κατά πολύ μικρότερη απ’ την επιθυμητή, ενώ οι εξωπραγματικά μεγάλες ποσότητες των απαραίτητων καυσίμων, καθιστούν το μέγεθος των μελλοντικών διαστημοπλοίων απαγορευτικά μεγάλο. Και όμως, έχουν ήδη προταθεί μια σειρά από εναλλακτικές προσεγγίσεις, άλλες λιγότερο και άλλες περισσότερο «εξωφρενικές», όπως για παράδειγμα, προωστικοί πύραυλοι που θα χρησιμοποιούν ως καύσιμο την ενέργεια που εκλύεται κατά την εξαΰλωση ύλης και αντιύλης. Η παραγωγή, βέβαια, των αναγκαίων ποσοτήτων αντιύλης είναι ακόμη πάρα πολύ μακριά, αφού μπορεί να επιτευχθεί μόνο στις τεράστιες ενέργειες που επιτυγχάνονται σε γιγάντιους σωματιδιακούς επιταχυντές, σαν κι αυτούς που είναι εγκατεστημένοι στο CERN. Όπως, μάλιστα, σημειώνεται σε ιστοσελίδα του CERN, ακόμα και εάν οι επιταχυντές του κορυφαίου αυτού ερευνητικού κέντρου χρησιμοποιούνταν αποκλειστικά για την δημιουργία αντιύλης, δεν θα παρήγαγαν περισσότερο από περίπου 1 δισεκατομμυριοστό του γραμμαρίου το χρόνο, ενώ για την παραγωγή ενός μόνο κιλού, το κόστος θα ανερχόταν σε 1.000 τρισ. ευρώ! Το δεύτερο πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι πύραυλοι αντιύλης έχει να κάνει με την αποθήκευση της αντιύλης, αφού η επαφή της με τα τοιχώματα ενός δοχείου αυτομάτως θα οδηγούσε στην εξαΰλωση της. Θεωρητικά, και όσον αφορά στην ηλεκτρικά φορτισμένη αντιύλη, το πρόβλημα αυτό παρακάμπτεται με την βοήθεια ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, που την «εξαναγκάζουν» να αιωρείται, χωρίς να έρχεται σε επαφή με τα τοιχώματα του δοχείου.

Η χρήση ηλιακών ιστίων, από την άλλη, φαντάζει πιο «υλοποιήσιμη». Η ιδέα είναι σχετικά απλή και χρησιμοποιεί ως «καύσιμο»την πίεση της ακτινοβολίας που εκπέμπει ο Ήλιος, αλλά και κάθε άλλο άστρο, γεγονός που παρακάμπτει και την ανάγκη αποθήκευσης των απαραίτητων καυσίμων. Η αρχή λειτουργίας των ηλιακών ιστίων βασίζεται σ’ ένα γνωστό φυσικό φαινόμενο, σύμφωνα με το οποίο τα φωτόνια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, που προσπίπτουν στην επιφάνεια ενός λεπτού καθρέφτη, ανακλώνται προς τα πίσω, μεταφέροντας μέρος της ορμής τους στον καθρέφτη που μπορεί έτσι να κινηθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση. Εάν, λοιπόν, ήταν δυνατόν να κατασκευαστεί ένα μεγάλης επιφάνειας υπέρλεπτο «ιστίο-καθρέφτης», η πίεση που θα ασκούσε σ’ αυτό η ακτινοβολία των άστρων θα ήταν αρκετή, προκειμένου να επιταχύνει σε βάθος χρόνου μια διαστημοσυσκευή σε μεγάλες ταχύτητες. Η NASA, μάλιστα, έχει ήδη αρχίσει να διερευνά τις δυνατότητες αυτής της νέας τεχνολογίας των ηλιακών ιστίων.

Ο Μεξικανός θεωρητικός φυσικός Miguel Alcubierre και φανατικός λάτρης του Σταρ Τρεκ προτείνει μια εντελώς διαφορετική λύση, που παραπέμπει στην θρυλική «προώθηση στρέβλωσης» (warp drive) του διαστημοπλοίου Enterprise και η οποία, θεωρητικά τουλάχιστον, «υπόσχεται» της επίτευξη υπερφωτεινών ταχυτήτων.  Σύμφωνα μ΄αυτήν την ιδιαιτέρως εξωτική μέθοδο προώθησης, το απαράβατο όριο που θέτει η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας, αναφορικά με την μέγιστη επιτρεπτή ταχύτητα με την οποία μπορεί να κινηθεί ένα υλικό σώμα, φαίνεται να παρακάμπτεται. Γιατί, σύμφωνα με την Γενική θεωρία της Σχετικότητας, αυτό το «απαράβατο» όριο ισχύει για υλικά σώματα και πληροφορίες και όχι για τον ίδιο τον χωροχρόνο. Η λύση των εξισώσεων του Αϊνστάιν, που ανακάλυψε ο Alcubierre, προβλέπει την δημιουργία μιας «χωροχρονικής φυσαλίδας» στην ίδια την υφή του χωροχρόνου, με την παράξενη ιδιότητα να διαστέλλει τον χώρο πίσω της και να τον συστέλλει κατά την διεύθυνση της κίνησής της, με ταχύτητα που μπορεί και να υπερβαίνει την ταχύτητα του φωτός. Μια τέτοια φυσαλίδα, καθώς θα διασχίζει με υπερφωτεινή ταχύτητα τον χωροχρονικό ιστό του Σύμπαντος, θα «παρασέρνει» και κάθε διαστημόπλοιο, που βρίσκεται στο κέντρο της, περίπου όπως ένα κύμα παρασέρνει έναν σέρφερ. Την ίδια στιγμή, όμως, το θεμελιώδες αξίωμα της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας θα διατηρείται «αλώβητο», αφού το διαστημόπλοιο θα παραμένει ακίνητο στο εσωτερικό της. Η απαίτηση της ύπαρξης μεγάλων ποσοτήτων αρνητικής ενέργειας είναι ένα μόνο από τα πολλά και απ’ ό,τι φαίνεται ανυπέρβλητα θεωρητικά εμπόδια που αντιμετωπίζει αυτή η ευφυής, αλλά εντούτοις, εντελώς ανεφάρμοστη ιδέα.

Άλλοι θεωρητικοί φυσικοί υποστηρίζουν ότι η μετακίνηση ενός διαστημοπλοίου από μια περιοχή του Διαστήματος στην άλλη θα μπορούσε να επιτευχθεί, όχι μέσω υπερφωτεινών ταχυτήτων, αλλά «απλούστατα» ακολουθώντας έναν συντομότερο δρόμο. Φανταστείτε, για παράδειγμα, ότι επιθυμείτε να ταξιδέψετε από ένα σημείο της υδρογείου προς το αντιδιαμετρικό του σημείο, κινούμενοι όπως είναι φυσικό πάνω στην επιφάνεια του πλανήτη μας.  Εάν, όμως, επιχειρούσατε το ίδιο ταξίδι, διαμέσου μιας υποθετικής ευθύγραμμης σήραγγας, που θα ένωνε τις 2 αυτές αντιδιαμετρικές τοποθεσίες, το ταξίδι σας θα γινόταν αυτομάτως αρκετά συντομότερο, αφού θα διασχίζατε μικρότερη απόσταση. Τηρουμένων των αναλογιών, το ίδιο εικάζεται ότι ισχύει και στο Διάστημα. Γιατί, όπως πρώτοι έδειξαν οι Αϊνστάιν και Rosen το 1935, δύο οποιαδήποτε σημεία στο Σύμπαν ενώνονται μεταξύ τους και από έναν δεύτερο «δρόμο», συντομότερο απ’ αυτόν που ακολουθεί το φως. Η συντομότερη αυτή οδός, γνωστότερη ως σκουληκότρυπα ή Γέφυρα Αϊνστάιν-Rosen θα μπορούσε θεωρητικά να χρησιμοποιηθεί από ένα διαστημόπλοιο, το οποίο θα μετακινούνταν ταχύτατα από το ένα σημείο στο άλλο, όχι επειδή κινείται με ταχύτητα μεγαλύτερη απ’ αυτήν του φωτός αλλά επειδή θα «έκοβε δρόμο».

Σύμφωνα, όμως, με τις έως τώρα μελέτες, οι σκουληκότρυπες θεωρούνται ότι είναι εξαιρετικά ασταθείς και ότι θα κατέρρεαν πολύ ταχύτερα απ’ όσο χρόνο θα χρειαζόταν ένα διαστημόπλοιο, προκειμένου να τις διασχίσει. Το μόνο που θα εμπόδιζε την καταστροφική «ενδόρρηξη» μιας σκουληκότρυπας πάνω στο ίδιο το διαστημόπλοιο, που θα επιχειρούσε να την διασχίσει, είναι μια υποθετικής μορφής «εξωτική» ύλη με αρνητική ενέργεια. Παρόλο που δεν υπάρχει η παραμικρή ένδειξη της ύπαρξης αυτών των παράξενων τοπολογικών δομών του χωροχρόνου, οι σκουληκότρυπες αποτελούν ίσως την πιο «ακραία» και παράξενη πρόβλεψη της Γενικής θεωρίας της Σχετικότητας.

Απ’ όσα είπαμε ως τώρα είναι εμφανές ότι, με τις υπάρχουσες επιστημονικές μας γνώσεις και με την υπάρχουσα τεχνολογία, τα διαστρικά ταξίδια είναι απαγορευτικά. Από την άλλη βέβαια, καλό θα ήταν να θυμόμαστε ότι αντίστοιχα «εξωφρενικές» θεωρούνταν κάποτε και οι επανδρωμένες πτήσεις στη Σελήνη. Πραγματικά, κανείς δεν γνωρίζει με βεβαιότητα που θα μας οδηγήσει η επιστημονική έρευνα και η τεχνολογική πρόοδος τις επόμενες χιλιετίες. Είναι χαρακτηριστικό, μάλιστα, ότι καθόλη την διάρκεια της εξέλιξης των ιδεών στις φυσικές επιστήμες πολλοί μεγάλοι επιστήμονες είχαν κατά καιρούς ισχυριστεί ότι «το τέλος της φυσικής πλησίαζε» και ότι σύντομα θα γνωρίζαμε όλα όσα ήταν δυνατό να γνωρίζουμε για το Σύμπαν. Στα 1894, για παράδειγμα, ο Albert Michelson (1852–1931) υποστήριζε ότι οι σημαντικότεροι από τους θεμελιώδεις νόμους, που διέπουν το Σύμπαν, έχουν ανακαλυφθεί και η πιθανότητα να εκτοπιστούν μέσα από νέες ανακαλύψεις είναι αμελητέα. Στο ίδιο μήκος κύματος κινήθηκε και ο Max Born (1882–1970), ο μεγάλος Γερμανός φυσικός που έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη της κβαντικής φυσικής, υποστηρίζοντας το 1928 ότι η «φυσική, όπως τη γνωρίζουμε, θα έχει τελειώσει σε 6 μήνες». Ακόμη και ο Steven Hawking, όταν το 1980 του απονεμήθηκε η Λουκασιανή έδρα στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, στην εναρκτήρια ομιλία του υποστήριζε το ίδιο. Πόσο λάθος αποδείχτηκε ότι είχαν! Γιατί κάθε φορά, ερχόταν μια «μικρή ανακάλυψη» που αποδείκνυε το μέγεθος της άγνοιάς μας.

Με την αυγή του 20^ου αιώνα και παράλληλα με τη προσπάθεια να αποκρυπτογραφηθούν οι νόμοι που διέπουν την λειτουργία του Σύμπαντος, άρχισε να αναπτύσσεται έντονα και το ενδιαφέρον για  την εξερεύνησή του. Πού θα μας οδηγήσει, όμως, αυτή η συναρπαστική περιπέτεια του Διαστήματος; Κανείς δεν το γνωρίζει ακόμη με βεβαιότητα. Ωστόσο, τα πρώτα μας δειλά βήματα προς την απεραντοσύνη του Διαστήματος είναι ακόμη πάρα πολύ μακριά, εάν ποτέ γίνουν. Όσο, όμως, διευρύνονται οι επιστημονικές μας γνώσεις και όσο βελτιώνεται και προοδεύει η τεχνολογία μας, θα ανοίγονται νέοι δρόμοι προς εξερεύνηση. Και ίσως μια μέρα καταφέρουμε να ταξιδέψουμε ακόμη πιο μακριά. Γιατί, όπως έλεγε ο μεγάλος θεωρητικός πρόδρομος της εξερεύνησης του Διαστήματος Κονσταντίν Τσιολκόβσκι (1857–1935), «η Γη είναι η κοιτίδα της ανθρωπότητας, αλλά δεν μένει κανείς στη κούνια του για πάντα»!