Когда космические путешествия (включая любые сверхсветовые сверхсветовые) и другие технологии станут обычным явлением?

На мой взгляд, в развитии данной технологии можно выделить четыре основные вехи:

1. Открыты теоретические принципы
2. Достигнуто «доказательство концепции»
3. Технология разработана до такой степени, что она действительно полезна
4. Технология разработана таким образом, чтобы она была доступной/рыночной.

Различные технологии, которые вы описали, сейчас находятся на разных стадиях этого прогресса, и, похоже, вы хотели бы, чтобы они были на стадии 4 или, по крайней мере, на стадии 3 . Например, люди уже могут жить в космосе, пока за это платит правительство (и все другие логистические требования). Это ставит космические станции на предварительную стадию 3 . Постоянное заселение/колонизация враждебной планетарной среды находится где-то между стадией 2 и 3 , в зависимости от того, какие факторы вы хотите принять во внимание, и насколько враждебной является среда, о которой вы думаете: у нас есть большая часть технологий, и нам удалось жить в довольно неприятные условия в Антарктиде в течение длительного времени,но не все попытки создать полностью закрытую систему до сих пор проходили гладко . Ваше третье требование, мгновенная связь на расстоянии, по крайней мере эквивалентна сверхсветовой транспортировке, если не сложнее (см. комментарии), или стадии 3 , если вы счастливы ограничиться связью со скоростью света с помощью электромагнитных средств, таких как лазеры. . Но ваше второе требование, сверхсветовые путешествия, даже не находится на стадии 1 — почти все потенциальные пути имеют больше недоброжелателей, чем сторонников.

Причина, по которой я поднимаю все эти вопросы, заключается в том, что я пытаюсь придумать для вас способ операционализации оценки дат. Сложность заключается в том, что невозможно узнать, когда наступит этап 1 — прорыв может произойти в любое время. Возможно, вы могли бы принять во внимание технологии-предшественники, но, в конце концов, одна догадка так же хороша, как и другая. Они могут объявить рабочий принцип на следующей неделе, но столь же вероятно, что после нескольких лет попыток придумать доказательство концепции он может развалиться, оставив нас снова на стадии 0 . Другими словами, вы можете выбрать любую дату, которая вам нравится, но ваше решение может быть основано на сроках других требований, которые может быть немного легче рационализировать.

Чтобы выяснить, сколько времени требуется, чтобы доказать работоспособность теории и довести ее до стадии 2 , и, в свою очередь, сколько времени потребуется, чтобы перейти оттуда к стадии 3 , а затем к стадии 4 , я бы обратился к истории. В нашей собственной истории науки и техники существует множество различных временных рамок, вы можете выбрать ту, которая кажется вам подходящей, и, вероятно, убедить читателя, что ваши технологические достижения шли по тому же пути.

Сила пара

• Этап 1: – 1 век н.э.
• Этап 2: Где-то между этим и 1690 годом , в зависимости от того, кого вы спрашиваете .
• Этап 3: - 1698 г., коммерческий пароводяной насос Томаса Савери.
• Этап 4: – Вероятно, 1760-1840 гг., промышленная революция.

Вы можете считать это очень консервативным/медленным таймфреймом. Если бы FTL пошла по этому пути, и мы открыли бы ключевой принцип в самом ближайшем будущем, люди не порхали бы между звездами примерно до 4000 года. Однако имейте в виду, что мы могли бы развиваться намного быстрее, если бы не продолжать разрушать цивилизацию, какой мы ее знали, сжигать все наши библиотеки, убивать наших ученых и философов и начинать заново...

Компьютеры

Прежде чем я начну с этого, имейте в виду, что компьютеры, какими мы их знаем, зависят также от изобретения электричества и, что более важно, от изобретения математики и логики. Давайте опустим их, и ради аргумента давайте также опустим первые одноразовые механические калькуляторы, такие как механизм Antikythera , и сосредоточимся на том, что мы могли бы также назвать машинами Тьюринга.

• Этап 1: - 1833 г., когда Чарльз Бэббидж понял, что «вычислительное устройство общего назначения» возможно .
• Этап 2: - 1910 год, когда сыну Бэббиджа удалось построить часть аналитической машины, способной (неправильно) вычислять несколько цифр числа π.
• Этап 3: — Весьма спорный, но это может быть 1943 год, Колосс , как будто он не был завершен по Тьюрингу, но был программируемым и определенно решал полезные задачи. Если нам нужен первый по-настоящему полный по Тьюрингу компьютер общего назначения, способный решить любую задачу при наличии достаточного времени и памяти, то это должен быть ENIAC , завершение которого было объявлено в 1946 году.
• Этап 4: – Компьютеры на предприятиях/университетах: с 1951 г.; Первый персональный компьютер (любительский): 1975 Altair 8800 или Olivetti P606 ; Первый компьютер «потребительского уровня»: это становится немного неясным, поскольку на этом этапе было бесчисленное множество конкурирующих продуктов, но, возможно, ZX Spectrum 1982 года был доступным и был продан тиражом более 5 миллионов единиц, не считая клонов.

При таком (ускоряющемся) темпе прогресса сверхсветовые путешествия станут доступными для крупных корпораций примерно к 2130 году; Гражданское космическое жилье может стать чем-то начиная с 2050 года, и с людьми, живущими на таких расстояниях, определенно будет мотивация (и правдоподобная вероятность) иметь по крайней мере скорость связи до изобразительного искусства в течение аналогичного периода времени. Однако это все чрезмерное упрощение, поскольку речь идет только о теориях/идеях, а не о ресурсах, безопасности, экономике или психологии человека. На самом деле я хочу сказать, что это ваша история, но если вы придерживаетесь общих «ощущений» прогресса, которые мы видели до сих пор, вы сможете добиться правдоподобия.

Имейте в виду, что сверхкритическому читателю никогда не может показаться правдоподобным , что сверхсветовые путешествия достигают стадии 4 — даже если бы можно было разместить космический корабль в каждом доме, это, вероятно, не имело бы смысла делать это. Независимо от того, насколько совершенна используемая технология, сверхсветовые приводы в художественной литературе по-прежнему обычно требуют экзотических видов топлива/материалов, поэтому закупочные и текущие расходы могут никогда не опуститься ниже, чем, скажем, сегодняшних реактивных самолетов. И что вообще может мотивировать людей путешествовать на такие расстояния? Что они не могут сделать ближе к дому? В «Звездных войнах» есть такой мир, но многие другие НФ предполагают, что только правительства, корпорации и, возможно, мегабогатые люди будут заинтересованы в путешествии на межзвездные расстояния, не говоря уже о финансах для этого. Тем не менее, у некоторых людей сегодня есть частные самолеты.

(Правка: в свете некоторых хороших моментов, поднятых в комментариях, я, возможно, смешал слишком много вещей при обсуждении стадии 4 FTL. Использование некоторых технологий в бизнесе становится широко распространенным, в то время как личное использование может никогда не стать возможным и/или желательным. Я не должен смешивать широкое коммерческое использование сверхсветовой скорости со спортивным сверхсветовым корветом в каждом космическом гараже; на самом деле, я не могу назвать ни одной серьезной научной фантастики, которая фактически подразумевает последнее. Здесь аналогия с паровым двигателем становится более показательной, чем аналогия с компьютером, я думаю. Тем не менее, я допускаю значительный период времени между правительствами / мегакорпусами, разрабатывающими / развертывающими работоспособные сверхсветовые корабли, и средним Джо / Джейн Хаулер, набрасывающимся на них своими грязными лапами соли земли.)

Предполагая, что сверхсветовые путешествия и связь, не имеющая отношения к расстоянию, возможны в нашей вселенной, хитрость построения вашей цивилизации начнется с выяснения того, как они работают.

К счастью, наша способность разбираться в вещах растет ускоренными темпами. В нашем культурном интеллекте в последнее время выросла нервная система, которая все больше помогает нам работать вместе над достижением наших целей. Интернет также сделал нас более осведомленными о проблемах друг друга, и если мы достойны будущего, которое вы предсказываете, нам придется использовать это осознание, чтобы сделать наш мир лучше для всех.

Когда мы объединимся, ни один научный факт не будет долго скрываться от нашего объединенного разума.

Итак, первый шаг на пути к звездам — это мир во всем мире и всеобщее процветание. Неужели такое может произойти через сто лет? Вероятно, нет, особенно с учетом быстро приближающейся нехватки ресурсов. Мы проведем еще столетие или два, убивая друг друга, прежде чем начнем работать вместе.

Оттуда пара веков, чтобы взломать FTL и ввести его в обиход. Это дает нам колонии на других планетах и ​​позволяет многократно удваивать нашу численность. По мере роста нашего населения растет и наш совокупный интеллект. Это приносит более быструю сверхсветовую скорость, больше колоний и больший интеллектуальный рост.

В конце концов, мы, возможно, даже сможем понять связь, не имеющую отношения к расстоянию, и родится межпланетный интернет.

Итак, где-то через 500 лет... плюс-минус несколько столетий.

Теперь многое может пойти не так, как надо, и более чем вероятно, что нам потребуется гораздо больше времени, чтобы достичь вашей цели. Но если это возможно, то мы это сделаем, и как только мы это сделаем, мы просто будем продолжать ускоряться, распространяться и экспоненциально расти как в количестве, так и в умах.

--- не по теме, но, возможно, полезно для ОП ---

Вместо того, чтобы пытаться вычислить точную дату нашей гонки к звездам, почему бы не сделать то, что сделали другие до вас. Укройтесь в идее, что земные календари и измерения времени, вероятно, долго не проживут. Зачем им, раз у нас есть колонии на других мирах? Просто создайте календарь в стиле звездных дат без каких-либо конкретных привязок к нашей текущей системе. Тогда ваши истории могут согласовываться с этим новым календарем, и вам никогда не придется рассказывать нам, сколько времени нам понадобилось, чтобы добраться туда.

На самом деле невозможно дать вам какую-либо конкретную информацию, так как мы не знаем, как обернется будущее, но вот мой мыслительный процесс. По сути, я собираюсь сосредоточиться на сверхсветовых вещах, так как все остальное по сравнению с этим выглядит как торт.

ТЛ; ДР. По моим оценкам, НАСА потребуется 10-50 лет, чтобы найти работающий сверхсветовой прототип в крошечном масштабе, 50-100 лет, чтобы получить достаточно финансирования и энергии для тестирования полномасштабных прототипов, 100-200 лет, чтобы создать колонии вокруг Солнечной системы, 100 лет. -200 лет, чтобы поместить людей в другую звездную систему, и 100-300 лет, чтобы иметь настоящую внесолнечную цивилизацию. Общая временная шкала составит 360-850 лет, если Земля научится работать в команде. Временная шкала может быть от тысяч лет до никогда, если мы этого не сделаем.

Энергетические потребности для предлагаемого FTL

FTL может никогда не быть возможным. Все наши нынешние модели говорят, что это либо невозможно, либо, по крайней мере, не имеет практического смысла (нет особого смысла в путешествии со скоростью, превышающей скорость света, если вместо человека появляется ядерный взрыв).

Итак, давайте предположим, что текущие исследования НАСА по варп-двигателям увенчались успехом. Последнее, что я слышал, это то, что открытие варп-пузыря было чем-то вроде автобуса антивещества. Википедия говорит, что школьный автобус весит от 4500 до 16000 кг. Из$e=mc^2$, мы можем видеть, что это$4\cdot 10^{20}$к$1.4\cdot 10^{21}J$ ¹ . Давайте разделим разницу и назовем ее$10^{21}$J = 1 зеттаджоуль. WolframAlpha говорит нам, что это примерно столько же энергии, сколько мы получаем за 1,6 часа солнечного света на всей поверхности планеты, или$1\over 7$энергии мировых запасов нефти или$1\over 6$энергии мировых запасов природного газа. По сути, нам понадобится каждый последний клочок природной энергии на планете только для того, чтобы проверить это. Нашими единственными вариантами будут магия или солнечная энергия.

Современные солнечные панели могут работать на 40-45% в идеальных условиях. Допустим, мы каким-то образом увеличим этот показатель до 50% для панелей массового производства. Сейчас около Земли у нас около$1350{W\over m^2}$ $={J\over s\cdot m^2}$. Таким образом, мы можем получить много энергии, либо долго ожидая, либо построив действительно большую солнечную ферму, либо и то, и другое. Скажем, 1 год — приемлемый срок для зарядки варп-аккумулятора. Это$50\%\cdot 1350{J\over s\cdot m^2}\cdot 86400{s\over day}\cdot{365.25(ish) days\over yr}\cdot 1yr$ $=2.1\cdot 10^{10}{J\over m^2}$. Хорошо, так что нам нужно$10^{21}J\over 2.1\cdot 10^{10}{J\over m^2}$ $=4.8\cdot 10^{10}m^2$солнечных панелей, которые постоянно направлены прямо на солнце. Или около 76% Западной Вирджинии ($6.3\cdot 10^{10}m^2$).

Теперь кажется вероятным, что мы бы хотели, чтобы все эти солнечные панели находились на орбите вокруг Солнца, чтобы они постоянно получали максимальную инсоляцию. В этом блоге говорится, что солнечные батареи повсюду$2$к$3{lb\over ft^2}$ $=12{kg\over m^2}$. Итак, нам нужно поднять$12{kg\over m^2}\cdot 4.8\cdot 10^{10}m^2$ $=5.8\cdot 10^{11}kg$солнечных батарей на орбиту. Согласно этому ответу SE , самое дешевое, что мы можем сделать, это около$\$2000\over kg$на орбиту. Это$5.8\cdot 10^{11}kg\cdot {$2000\over kg}$ $=\$1.2\cdot 10^{15}$или примерно в 100 раз больше, чем граждане США зарабатывают в год (до уплаты налогов, счетов и т. д.).

Затем нам нужно принять во внимание стоимость производства солнечных панелей. На этом фотоэлектрическом сайте говорится, что сами панели составляют от 30 до 35% стоимости установки, а на другом фотоэлектрическом сайте говорится, что$28 m^2$система стоит около 7000 фунтов стерлингов = 10000 долларов США , или около$\$340\over m^2$. Это ничтожно по сравнению с$\$24000\over m^2$нам нужно вывести его на орбиту, так что нет необходимости их добавлять. Тем не менее, это предполагает, что ранние FTL могут лучше питаться от наземной солнечной энергии, которая требует больше времени для получения той же энергии, но стоит примерно на 1% больше, чем ее производство.

Логистика получения энергии

Я не экономист, но это довольно внушительные цифры. Мир не может просто сказать: «Конечно, мы все заработаем в 100 раз больше, чем США зарабатывают за год». Я даже не уверен, что у нас есть такие ресурсы, которыми можно разбрасываться. На самом деле, мы ожидаем, что 1% этой суммы будет направлен на создание все более крупных солнечных полей в течение многих десятилетий, но помощь могут оказывать несколько стран. Итак, скажем, 2% для оптимизма. Это 50 лет вливания денег в ферму с солнечными панелями только для того, чтобы начать первое плавание.

Но есть проблема. Солнечные панели не бессмертны, поэтому мы должны учитывать стоимость замены. К сожалению, эта математика выглядит очень сложной, поэтому я ее пропущу. Вероятно, это не имеет большого значения, так как рейтинг большинства панелей составляет 80% через 25 лет (говорят эти ребята ), но для достижения нашей цели потребуется больше времени. С другой стороны, солнечные технологии со временем будут дешеветь. Таким образом, с тех пор, как НАСА впервые смогло продемонстрировать, что очень маленькие варп-пузыри возможны, нам, вероятно, потребуется более 50 лет, чтобы отправить первый космический корабль размером с человека в испытательный полет. Учитывая природу политики, это может занять гораздо больше времени.

Расширение и колонизация

Отсюда нам нужно расширяться. Проблема в том, что на самом деле нет особых причин исследовать космос, кроме как сказать, что мы это сделали. Это очень, очень дорого, с очень небольшой окупаемостью. Так что ранний FTL будет звучать так: «Ура, мы доказали, что FTL возможен!!!!!» за которым последовал очень долгий период практически ничего. Со временем богатые люди начнут прокладывать путь к свадьбам на Марсе, баскетбольным турнирам на Европе и т. д. Как упоминается в статьях, подобных этой, от британских космонавтов , мы действительно получаем некоторую отдачу от инвестиций, поскольку мы создаем рабочие места за счет найм инженеров, поваров, дворников, кого угодно. Но мы не можем просто вложить в проект квадриллионы долларов и ожидать, что он сразу же даст отдачу. Потребуется много времени, чтобы что-то заработало всерьёз.

Тем не менее, варп-пузыри по своей сути не сверхсветовые. Предположительно, их можно использовать и для субсветовых путешествий, и мы можем найти способ сделать это дешевле. Если мы сможем превратить 2,5-летнее путешествие на Марс туда и обратно в 2,5-недельное путешествие (0,07% c), гораздо больше людей захотят отправиться туда, чтобы помочь с любыми научными вещами, которые мы хотим. И если мы сможем найти источники природных ресурсов на астероидах или других планетах, мы сможем таким образом получить некоторую отдачу от инвестиций ( эта случайная статья предполагает, что астероиды могут быть очень прибыльными для редкоземельных металлов — в ней также есть некоторые идеи о космическая солнечная энергия).

Тем не менее, учитывая, как медленно продвигаются космические программы, нам, вероятно, понадобится 100 с лишним лет, прежде чем мы действительно сойдем с ума. Я ожидаю, что пройдет несколько столетий, прежде чем у нас действительно появятся цивилизации за пределами Земли, хотя на самом деле это всего лишь предположение.

сверхсветовая связь

Если мы можем использовать сверхсветовые скорости с кораблями, то само собой разумеется, что мы можем найти способы сделать сверхсветовые скорости и с помощью средств связи, хотя методы и скорости будут сильно зависеть от типа сверхсветовой скорости. Портативная червоточина может позволить крошечному лучу света передавать информацию почти мгновенно после установления соединения, в то время как какой-нибудь варп-пузырь будет работать как нынешняя почтовая служба. Тем не менее, я ожидаю, что сверхсветовые коммуникации будут развиваться более или менее одновременно со сверхсветовыми путешествиями.

За пределами Сола

До сих пор я предполагал, что потребность в энергии для сверхсветовой скорости примерно такая же, как и при простом создании варп-пузыря (я действительно не знаю, так что это может иметь огромное значение). Но попытка пересечь межзвездное пространство потребует огромного количества энергии. Пространство. Является. Огромный. Плутон находится примерно в 40 астрономических единицах от Солнца. Проксима Центавра (ближайшая к нам звезда) находится примерно в 270 000 астрономических единиц, или в 6640 раз больше. Более реалистично, мы направимся к Юпитеру всего в 5,2 а.е., что составит P Центавра в 51000 раз дальше. Нам нужно не только больше энергии, чтобы добраться туда, но мы должны сделать это быстрее. Немногие справятся с задачей потратить 40 лет на то, чтобы достичь этого при 10% c. Таким образом, если варп-двигатели менее эффективны на более высоких скоростях, это экспоненциально увеличивает потребность в энергии.

Таким образом, одно путешествие к ближайшей звезде потребует огромных усилий по сравнению с отправкой людей туда и обратно к газовым гигантам несколько раз в год. Если через 300 лет мы запустим сверхсветовые сверхсветовые объекты на регулярной основе, вероятно, пройдет еще 100 с лишним лет, прежде чем мы добьемся реального прогресса в области внесолнечной экспансии, и еще столетие или два, прежде чем мы сможем основать там настоящие колонии.

И, честно говоря, я, наверное, довольно щедр. Вполне возможно, что эта временная шкала произойдет через пару тысяч лет. Но в этом проблема с попытками предсказать развитие технологий, особенно в отношении технологий, которые, возможно, никогда не будут физически реализованы.

^{1 _{Технически, нам нужно в два раза больше, так как антиматерия и такое же количество обычной материи аннигилируют, но я уже сделал кучу расчетов, и все равно все приблизительно оценено, так что я не собираюсь исправлять это. .}}

Кажущийся сверхсветовой сверхсвет может стать возможным, если мы овладеем наукой получения чего-либо близкого к скорости света и будем жить полноценной кочевой цивилизацией на борту огромного звездолета, подобно тому, что они делали в День независимости. Но это будет означать, что нам придется оставить Землю позади, поэтому должен произойти какой-то сценарий «жизнь на Земле больше не является устойчивой». Грустно покидать такую ​​прекрасную планету, но когда-нибудь до этого дойдет.

В этом случае временная шкала может составлять от 100 лет до бесконечности, в зависимости от текущей скорости прогресса и истощения природных ресурсов человечества.

См. пятую таблицу по ссылке, предоставленной моим доктором Марком Миллисом (Tau Zero и NASA), в которой упоминается цивилизация Кардечева типа 2:

http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1101/1101.1066.pdf

Внутри 2900 год, средний (более вероятный) 3700 год, дольше 21000 год. (Социальная отсталость возможна и уже произошла для некоторых транспортных технологий) А именно, ракеты, автомобили, самолеты... частная авиация. Технология производства электроэнергии....

Мощность для Типа II основана на 4 x 10 ^ 26 ватт ... (что все еще ниже, чем формулы деформации приводят к деформации пространства в сверхсветовой скорости), исходя из нашего понимания Алькубьерри, работы уравнения деформации Натарио и даже с доктором Уайтсом. работы по уменьшению энергии, эти предполагаемые годы все еще могут быть оптимистичными для искривляющего космического двигателя на сверхсветовых скоростях. Билл Торнтон