Как далеко человечество может распространиться по Вселенной?

Согласно этому источнику ( https://phys.org/news/2019-09-fast-universe-mystery.html ), Вселенная расширяется со скоростью от 70 до 90 км/с/мегапарсек. Со средним значением 82.

Ракета, даже идеальная, ограничена уравнением ракеты: dv = ve (mo/mf)

Замените c на ve, и dv, равное 0,3c, будет иметь соотношение mf/mo, равное 74%. Именно на разгоне. В квадрате, чтобы включить торможение 30%c, требуется, чтобы около 96% корабля было топливом.

Итак, давайте назовем 30% ca практическим верхним пределом для космического полета на ракете.

Таким образом, все, что находится достаточно далеко, чтобы расширяться быстрее, чем 0,3с, навсегда останется вне нас, с ракетными технологиями. Примерно 300000 х 0,3 = 82 х расстояние. Это дает расстояние примерно в 1097 мегапарсеков. 1 мегапарсек = 3,2 миллиона световых лет. Наша вселенная, достижимая с помощью ракет, составляет 3,2 миллиарда световых лет.

Часть первая из четырех:

Предполагая относительно реалистичные и вероятные космические путешествия.

Если предположить, что люди в конечном итоге смогут построить космический корабль, который сможет разгоняться до скорости от 0,001 до 0,1 скорости света и замедляться в конце своего путешествия, то космическому кораблю потребуется от 10 до 1000 лет, чтобы пройти один световой год.

Предполагая, что люди могут колонизировать звездные системы без обитаемых миров, строя космические жилища, и что средняя звезда имеет несколько звездных систем с 10 световыми годами, а путешествие в 10 световых лет, занимающее от 100 до 10 000 лет, является максимальной длиной, мир будет колонизировать все звездные системы с 10 световыми годами в пределах от 100 до 10 000 лет после отправки первых кораблей колонии.

Если предположить, что каждой колониальной системе требуется от 100 до 1000 лет, чтобы стать заселенной и достаточно развитой, чтобы отправить собственные колониальные корабли, мир должен колонизировать все звезды в пределах 10 световых лет в течение примерно от 200 до 11 000 лет после колонизации.

Таким образом, люди смогут распространяться по галактике со скоростью 10 световых лет каждые 200–11 000 лет, со средней скоростью от 0,000909 до 0,05 скорости света, и, таким образом, распространяться со средней скоростью от 0,000909 до 0,05 световых лет. в год.

Поскольку самые дальние части галактического диска, вероятно, находятся на расстоянии менее 100 000 световых лет от Земли. при таких темпах потребуется от 2 000 000 до 110 000 110 лет, чтобы колонизировать весь галактический диск галактики.

Но было бы невозможно колонизировать те части галактического гало, где плотность звезд настолько низка, что большинство звезд находятся на расстоянии более 10 световых лет от своих ближайших соседей. Таким образом, было бы невозможно достичь большинства или всех шаровых звездных скоплений и большинства или всех малых галактик-спутников Млечного Пути, не говоря уже о более далеких галактиках местной группы, таких как галактика Андромеды, не говоря уже о десятках или сотнях галактик. миллионы световых лет, не говоря уже о галактиках, удаленных на миллиарды световых лет.

Часть вторая:

Предполагая гораздо более быстрое и менее вероятное космическое путешествие.

Но если люди смогут построить космический плот, способный двигаться намного быстрее, чем от 0,001 до 0,1 скорости света, и/или смогут построить космический корабль, способный доставлять людей-колонистов к далеким звездам после путешествий продолжительностью от 100 до 10 000 лет, люди могли распространяться намного быстрее и достигать гораздо более отдаленных мест за одно путешествие.

Таким образом, люди могли бы распространяться от звезды к звезде даже среди широко удаленных друг от друга звезд в гало Галактики Млечный Путь и, таким образом, достигать шаровых скоплений и даже небольших галактик-спутников.

Часть третья:

Предполагая возможности космических путешествий в исходном вопросе.

И если люди разработают космический корабль, который может путешествовать почти со скоростью света, так что замедление времени замедлит время на борту кораблей до крошечной доли времени во внешней вселенной, корабль сможет преодолеть 100 000 или 1 000 000 световых лет всего за несколько десятилетий корабельного времени, и люди предположительно могли бы распространяться из галактики в галактику. Таким образом, люди могли бы предположительно добраться до каждой галактики, которая не так далеко, чтобы удаляться быстрее скорости света или быстрее, чем скорость очень близкого приближения к скорости света, которую могли бы развивать такие корабли.

Таким образом, люди, вероятно, могли бы колонизировать каждую галактику, которая сейчас находится не более чем в нескольких десятках миллиардов световых лет от нас.

Часть четвертая:

Предполагая сверхсветовую скорость

И если когда-нибудь станет возможным строить корабли с двигателем Алькубьерре или какой-либо другой формой передвижения со скоростью, превышающей скорость света, то, как говорится, небо будет пределом.

В добавление к тому, что сказали М.А. Голдинг и GrumpyYoungMan, есть разумные основания полагать, что мы никогда даже не покинем Землю , не говоря уже о колонизации космоса. Если вы говорите об исследовании всей вселенной, мы могли бы установить спящий корабль с теоретической полной конверсионной ракетой и просто пойти в любом направлении, но суть колонизации космоса (а также долгосрочного освоения космоса) заключается в том, что у вас есть огромный багаж ухода за мягкими органическими тканями, которые нужно кормить, поливать и насыщать кислородом.

Даже если предположить полную эффективность рециркуляции органических веществ и воды из фекалий и мочи, проблема заключается в том, что в конечном итоге в пище закончится запасенная энергия, потому что нет внешнего источника энергии для катализа превращения углекислого газа и воды в сахара. На Земле есть внешний источник энергии в виде Солнца, но его может не быть в достаточном количестве, особенно в дальнем космосе. Вы постоянно теряете энергию из системы из-за выделения тепла человеческими телами. Большая часть технологий космических путешествий, которые у нас есть сейчас, зависят от нормированной пищи и улавливания CO2 с помощью искусственных методов, таких как цеолит, а не создания настоящей закрытой экосистемы.

Вдобавок ко всему, мы быстро обнаруживаем, что у большинства планет очень странная геохимия, которая делает их непригодными для колонизации. Марс часто упоминается как трудный для колонизации, потому что у него мало атмосферы и нет магнитосферы. Что становится все более очевидным, так это то, что марсианская почва на самом деле токсична для земной жизни из-за смертельного уровня перхлоратов, поэтому, даже если бы кто-то создал полностью закрытый пузырь на марсианской поверхности, было бы невозможно выращивать пищу. Таким образом, нужно было бы принести почву с Земли, а также воду и соответствующую атмосферу. Расходы на содержание марсианского аванпоста были бы астрономическими.

Вдобавок ко всему , существует ряд проблем с физиологией человека, которые делают нас совершенно непригодными для космических путешествий. Например, проблема потери костной массы, даже при обильных упражнениях астронавты часто теряют нетривиальное количество костной массы в космосе и никогда не возвращают ее обратно. Другие опасения включают негативные психологические последствия длительной изоляции или заточения или последствия длительного воздействия радиации в глубоком космосе, где у вас есть только небольшая толщина металла, чтобы защитить вас от радиационного облучения. Если человечество и собирается отправиться в космос, то оно будет делать это только с помощью такой обширной степени генной инженерии, что с самого начала оно не будет Homo sapiens , физиологически и, возможно, даже психологически.

Возможно, можно было бы высадить людей на Луну, Марс или даже внесолнечные планеты с помощью спящего корабля, но содержание активной колонии там было бы чрезвычайно дорого, почти невозможно и не принесло бы почти никакой пользы тому обществу, которое решило отправить миссия. Даже весь аргумент «Ноева ковчега» о том, что человечество или группа людей должны основать колонию в другом месте, чтобы избежать исчезновения или сохранения своей культуры (т. е. аргумент пуритан), был бы полностью опровергнут тем фактом, что даже планеты с жизнью скорее всего, в лучшем случае будет несовместимо с биохимией человека.

Я понимаю, что ваш вопрос касается сегодняшних возможностей, но корабль будет путешествовать на большие расстояния, нуждаясь в ремонте и модернизации по пути.

Даже если корабль ограничен знаниями и возможностями тех, а также технологиями на корабле и ограничен их медленной скоростью движения, информация от других колоний ограничена только скоростью света, поэтому они могут быть в курсе новых способов увеличения их производительность.

Это противоречит вашему вопросу, поэтому я представил это только как дополнительную информацию, но с нашими нынешними технологиями бесполезно ожидать достижения чего-либо за нашими местными звездами без серьезного повреждения или износа корабля и необходимости ремонта или замены деталей. части. К тому времени корабль, ушедший на 50 лет позже вашего, с более продвинутой техникой мог вас догнать и обогнать.

Поэтому я предлагаю подумать о том, чтобы уйти, чтобы создать аванпосты, и подумать о том, как в будущем будут задействованы тела и разумы ИИ, которые можно отправить на крошечных кораблях размером с горошину, которые могут двигаться со скоростью, близкой к скорости света, то есть эти разумы ИИ могут достигать на по крайней мере, в 2 миллиардах световых лет от них, и по достижении гигантских сверхскоплений, таких как Часовой ретикулум и за Великой стеной Слоана, они могут построить механические тела для тех разумов, которые были отправлены.

Не ответ, который вы искали, а вариант, который следует учитывать, думая о будущем человеческих возможностей с технологиями и самых дальних расстояниях во Вселенной, которые могут быть достигнуты.