Lasere skal sende rumfartøj afsted med hastighed nær lysets

299.792.458 meter i sekundet. Det skal speedometeret vise, før et fartøj kan siges at have rejst med lysets hastighed.

Det er aldrig lykkedes mennesket at rejse med noget nær den topfart. Den hidtil hurtigste rumfart var Apollo 10-missionen, som nåede en hastighed på 39.897 kilometer i timen eller godt 11.000 meter i sekundet.

Rumfart til fremmede solsystemer kræver lysets hastighed

Lysets hastighed er omkring 27.000 gange hurtigere, end Apollo 10 var.

Men menneskehedens længsel efter at nå fremmede galakser og kolonisere stjerner og planeter uden for vores solsystem kræver, at vi kan rejse med en fart, som nærmer sig lysets.

»Afstanden til Alfa Centauri, som er vores nærmeste stjerne ud over Solen, er 4,37 lysår, og det vil altså tage tilsvarende år at rejse dertil, hvis man rejser med lysets hastighed. Men det er jo i tid regnet her fra Jorden. Personen, som eventuelt rejste derud, ville opleve det som kortere tid,« siger Ulrik Ingerslev Uggerhøj, som er professor ved Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet.

Hvorfor tiden påvirkes på en rejse med så høj en topfart, vender vi tilbage til sidst i artiklen.

Læs også: På rumrejse i solsystemet

Det er umuligt at rejse med lysets hastighed

Albert Einstein kom i begyndelsen af 1900-tallet frem til, at lysets hastighed er ultimativ, altså endegyldig, og at objekter med masse såsom rumfartøjer derfor aldrig kan overhale den.

I dag, omkring 100 år og mange fysiske eksperimenter senere, bekræfter lektor ved Niels Bohr Instituttet Jan Westenkær Thomsen Einsteins teori.

»Muligheden for at rejse med lysets hastighed er udelukket. Når et objekt skal accelerere, kræver det energi. Einsteins relativitetsteori medfører, at der kræves mere og mere energi, jo tættere objektet kommer på lysets hastighed. Det skyldes, at objektets masse – altså dets vægt – stiger, når hastigheden bliver så høj,« siger han og tilføjer:

»Ved lyshastigheden bliver massen uendelig stor. En rejse med lysets hastighed ville derfor kræve alt energi i hele universet.«

Læs også: Robonauten klar til sin første rumrejse

Lasere muliggør interstellar rejse

Selvom rumrejser med lysets hastighed ikke er fysisk mulige, tror Stephen Hawking – den sklerose-ramte, verdensberømte fysiker – og en gruppe af verdens andre førende videnskabsfolk på, at ny teknologi kan realisere interstellare rejser; eksempelvis en rumsondes rejse mellem stjerner.

Ved hjælp af lasere vil de sende bittesmå rumskibe til Alfa Centauri med projektet Breakthrough Starshot. Laserne skal samles i et ’Phased Laser Array’, der er opbygget af mange små lasere, som kan synkroniseres og dermed agere én stor, kraftfuld laser. I videoen øverst i artiklen kan du se, hvordan det skal foregå.

Ifølge forskernes beregninger vil dette resultere i, at de små rumfartøjer kan nå en topfart på op mod 20 procent af lysets hastighed. Med den fart er der en halv times rejse til Mars og ’kun’ 20 år til Alfa Centauri.

Denne metode er ifølge Jan Westenkær Thomsen fysisk mulig.

»Hvis man kigger på regnestykket af, hvorvidt det er muligt at accelerere et lille rumfartøj på få gram op mod 20 procent af lysets hastighed, så er det ikke urealistisk. Det er muligt, fordi lyset fra laserne har en kraft, som kan drive det lille element fremad, hvis man kan holde laserstrålen på det længe nok.«

Læs også: Tag med på musikalsk rumrejse

20 millioner stærke lasere

Det kræver en laser med 60 gigawatts styrke at sende et objekt på to gram ud i rummet med en femtedel af lysets hastighed, forklarer Jan Westenkær Thomsen.

»Det svarer til 20 millioner almindelige, men meget kraftige, lasere, som hver især fylder det samme som en tyk bog og vejer fem kilo,« fortæller han.

I videoen øverst i artiklen forklares det, at det vil tage den planlagte ’superlaser’, Phased Laser Array, 2.200 år at give fremdrift for et fyldt rumfartøj. Der er altså brug for en markant større version, hvis mennesker skal nå samme topfart.

Ulrik Ingerslev Uggerhøj vurderer også, at Stephen Hawking og kollegaernes metode er mulig på et »fysisk teoretisk niveau«, men han påpeger, at der er en lang vej med mange teknologiske bump forud, før projektet kan realiseres.

Stephen Hawking og kollegaerne er dog meget ærlige omkring projektet, og de opremser selv en lang række potentielle problemer i deres projektbeskrivelse, understreger han.

Aarhus-laser skal ramme hår i Nice

Begge fysikere fremhæver præcision som en af de største udfordringer for laserprojektet.

»Det lille rumfartøj skal være accelereret i ca. ti minutter for at nå den nødvendige topfart, hvilket kræver, at laserne skal ramme et meget lille område, mens fartøjet når 18 millioner kilometer ud i rummet. Det svarer til omkring 1/8 af distancen mellem Jorden og Solen. Dertil kommer forskellige atmosfæriske forstyrrelser, som gør det endnu sværere. Og laserne kan jo heller ikke styre fartøjet uden om forhindringer. Det er en kolossal teknisk udfordring,« siger Jan Westenkær Thomsen.

Han føjer til listen af udfordringer, at de 20 millioner lasere skal synkroniseres med et energitab som følge, samt at fartøjet, som sendes afsted, ikke kan bremse med laserteknologien, hvilket gør det besværligt at indsamle viden fra andre solsystemer.

Ulrik Ingerslev Uggerhøj stemmer i.

»Projektet kræver for eksempel en enorm præcision med at sigte. Med teknikken skal laserne kunne ramme, hvad der svarer til, at man sætter en laser op i Aarhus og så skal ramme et menneskehår i Nice i Frankrig. Det er ikke så nemt. Men hvem ved,« siger han.

Rumfartøj til Alfa Centauri om 20 til 50 år

Ulrik Ingerslev Uggerhøj tror ikke, det nogensinde bliver muligt at sende et menneske af sted i et rumfartøj mod Alfa Centauri eller andre fremmede solsystemer.

»Det vil kræve et urealistisk stort energibehov svarende til verdens samlede energiforbrug i adskillige år. Og hvis den rumrejsende skal lande i vores nabo-solsystem skal den energimængde fordobles, for der bruges samme mængde energi til at bremse. Så det virker ikke realistisk,« siger han.

Han er dog mindre afvisende over for muligheden for at sende et lillebitte rumfartøj afsted, som Phased Laser Array-projektet beskriver.

»Mit meget løse bud er, at det måske er muligt om 50 år. Men da John F. Kennedy i 1961 proklamerede, at vi skulle sende mennesker til Månen, inden årtiet var omme, tror jeg ikke, at mange gav ham de store odds. Så sådan noget kan være svært at spå om,« siger Ulrik Ingerslev Uggerhøj.

Jan Westenkær Thomsen er mere tidsoptimistisk.

»Den teknologiske udvikling arbejder med projektet; teknologien bliver mindre og mindre, men kan mere og mere. Så jeg synes ikke, det er urealistisk, at man om 20 år kan sende et lille rumfartøj afsted, som Stephen Hawking og co. planlægger det. Det kræver dog en helt anden teknologi at sende mennesker afsted med den hastighed, så den tanke ligger nok nærmere 50-75 år ude i fremtiden,« siger han.

Rejse med lysets hastighed forvrænger tid

Hvis det mod alt forventning en dag skulle lykkes at sende mennesker ud i rummet med noget nær lysets hast, så gav Albert Einstein også sit bud på, hvad det vil få af konsekvenser for rumfarernes tidsopfattelse.

Med sin berømte relativitetsteori beskrev Einstein, at jo hurtigere man rejser gennem rummet, jo mere ændres ens tidsopfattelse.

Ulrik Ingerslev Uggerhøj forklarer hvorfor:

»Lysets hastighed er en konstant, hvor vi behandler rum og tid under ét. Det er en slags vekselkurs. Det betyder, at jo mere man bevæger sig gennem rum, jo mindre ’bevæger’ man sig gennem tid – og jo langsommere ældes man, set i forhold til andre på Jorden. Du kan altså ’vinde’ tid, hvis du er villig til at ofre lidt rum,« siger han, men understreger, at forklaringen er meget forsimplet.

Det er derfor, at der forskel på, hvad en rumrejse til Alfa Centauri ville tage i ’Jord-år’, og hvor lang tid den ville opfattes for astronauten.

»Hvis man rejste hurtigere end lysets hastighed, ville tiden faktisk gå baglæns, og man ville blive yngre. Men det kan formentlig ikke fysisk lade sig gøre. Det er i hvert fald ikke lykkedes at finde partikler, som bevæger sig hurtigere end lyset endnu – selvom man leder efter dem,« tilføjer Ulrik Ingerslev Uggerhøj.