От Далеков до сфер Дайсона, откройте для себя науку и технику, стоящие за Повелителем Времени
Доктор всегда буквально расширял границы пространства и времени. С тех пор, как он впервые появился на экранах телевизоров в 1963 году, Доктор Кто продолжает расширять наше воображение, путешествуя по чужим мирам в далеких галактиках и углубляясь в сложности путешествий во времени. Наука и научная фантастика тщательно переплетаются, чтобы создать интересную комбинацию фантазии и реальности, подкрепленную несколько точными описаниями различных научных принципов. От доктора Черви, который проникает через червоточины до сражения с Киберменами, он полон скрытой науки, которая кажется совершенно невозможной.
Как Повелитель Времени, Доктор настроен на тонкие швы в ткани пространства-времени и на то, как лучше всего перемещаться по ним. Шоу посвящено как ограничениям, так и бесконечным возможностям путешествия во времени и пространстве в соответствии с теориями специальной и общей теории относительности Эйнштейна. Даже создание жестоких злодеев на основе квантовой механики (Плачущие ангелы) и продвинутой бионики (кибермены) или сбора энергии от звезд (например, Тардис) - это лишь некоторые из способов, которыми Доктор Кто держит науку на переднем крае научной фантастики.
Наука о пространстве-времени
Мы часто думаем о пространстве и времени как о двух разных сущностях. Пространство воспринимается в трех измерениях, но мы рассматриваем время в единственном измерении, всегда перетекая в будущее. Однако истина заключается в том, что пространство и время объединены вместе как четырехмерное пространство-время, или, как говорит доктор, «большой шар волнисто-шаткого времени-времени».
.stuff».
Пространство-время можно представить как растягивающийся лист, а массы, такие как планеты, сидящие в пространстве-времени, искажают его так же, как шар для боулинга создает падение на поверхности батута. Если бы масса шара для боулинга была достаточно велика, провал продолжал бы двигаться вниз и потенциально связывался с другим листом. Это теоретически соединит два листа пространства-времени туннелем, называемым червоточиной, или мостом Эйнштейна-Розена. Теоретически, эти связанные складки пространства-времени могут быть использованы для создания межзвездного ярлыка между различными областями вселенной.
Общая теория относительности
Представленная в 1915 году, эта теория объясняет пространство-время
Свободное падение и плавающий
Эйнштейн объяснил в своей теории общей теории относительности, что свободное падение - это то же самое, что плавание в пространстве, поэтому одна только теория гравитации Ньютона не может быть правильной.
Гравитация и ускорение
Ускорение в автомобиле ощущается так же, как гравитация. Эйнштейн предположил, что оба они вызваны изогнутыми путями в пространстве-времени.
Изгиб света
При ускорении в вашем сосуде путь света от источника, казалось бы, изгибается из-за кривизны пространства-времени.
Максимальная солнечная энергия
Доктор использует энергию звезды для питания ТАРДИС, но могут ли люди действительно использовать такие потенциалы солнечной энергии? Если бы мы хотели использовать всю энергию звезды, нам нужно было бы создать так называемую сферу Дайсона. В 1960 году ученый Фриман Дайсон впервые описал концепцию сети солнечных панелей, чтобы полностью охватить звезду и использовать ее огромную энергию. Солнечная мегаструктура сферы Дайсона, или оболочки, теоретически будет состоять из миллионов отдельных спутников солнечных панелей, способных захватывать, хранить и передавать энергию обратно на Землю для использования. Однако, чтобы построить такой массив вокруг звезды, подобной Солнцу, нам потребуется больше материала, чем в настоящее время существует во всей нашей Солнечной системе!
Разливая звезду по бутылкам
Если техника Земли не может достичь Солнца, чтобы создать сферу Дайсона, то почему бы не воссоздать звезду на Земле? Ядерный синтез Солнца стал возможным благодаря его огромной массе и гравитации, нагревающим его ядро до 15 миллионов градусов по Цельсию. Внутри его внутреннего мусоросжигателя атомы водорода могут плавиться вместе, образуя гелий. Именно эта реакция высвобождает энергию, и это процесс, который мы могли бы попытаться воспроизвести.
В настоящее время мы освоили процесс расщепления атома с выделением энергии, известный как ядерное деление. Однако, если бы мы могли черпать вдохновение от Солнца и преуспеть в создании жизнеспособного термоядерного реактора для соединения атомов, наш производящий энергию потенциал мог бы быть вне этого мира.
Существует два основных подхода к достижению ядерного синтеза: магнитное или инерционное удержание. Инерционное удержание использует лазерные лучи для фокусировки энергии и нагревания изотопов водорода, заставляя атомы объединяться в гелий. Магнитное удержание, однако, использует магнитные поля, чтобы ограничить и сжать водородную плазму при высоких температурах, пока не произойдет синтез, генерируя гелий и энергию.
В обоих случаях энергию, выделяющуюся при синтезе, можно использовать для нагрева воды, создавая пар, который, в свою очередь, вращает турбину, которая может приводить в действие генератор, в конечном итоге вырабатывая электричество. Однако при нашей современной технологии термоядерного реактора энергия, необходимая для питания процесса термоядерного синтеза, больше энергии, выделяемой реакторами.
Не моргай!
Будучи одним из самых жутких злодеев « Доктор Кто», Плачущих Ангелов можно остановить только тогда, когда они встретятся с человеческим взглядом - конечно, пока вы не моргнете. Этот зловещий навык, однако, не просто научный трюк - он основан на квантовой физике.
Известный как квантовый эффект Зенона, это когда частица, движущаяся в пространстве, останавливается, когда ее постоянно наблюдают в том, что по сути является игрой в частицы. Сколько времени, мистер Вольф? Несколько экспериментов, в том числе известный как «двойной разрез», показали, что частицы при наблюдении действуют по-разному, обеспечивая некоторые из первых проявлений явления квантового эффекта Зено.
Звуковая наука
Отвертка, ручка, губная помада и оружейная технология всегда были в надежном захвате Доктора, ее друзей и врагов. При нажатии кнопки Доктор может разоружить силурийского солдата, разорвать подвесную веревку и взломать любой замок, до тех пор, пока он не сделан из дерева.
Сила звуковой отвертки является не просто продуктом механического воображения, но следует логике высококинетических звуковых волн. Физические возможности звуковой технологии могут быть продемонстрированы в акустической левитации. При использовании излучающего звук преобразователя звуковые волны направляются вверх к нависающему отражателю, который отражает волны обратно. На определенной длине волны это звуковое давление может удерживать объект в своих руках и, кажется, заставлять его подниматься. Тем не менее, эти звуковые волны могут сделать гораздо больше, чем удерживать мяч в воздухе.
Звуковые волны, такие как ультразвук, могут использоваться для наблюдения внутри тела, которые используются на высоких частотах для отвода грязи при очистке резервуаров, в то время как инфразвук может использоваться даже для воздействия на слух, баланс и вызывать головные боли.
Эта статья была первоначально опубликована в выпуске «Как это работает» 117
Чтобы узнать больше о научных и технических статьях, приобретите последнюю версию « Как это работает» во всех хороших магазинах или на нашем веб-сайте. Если у вас есть планшет или смартфон, вы также можете загрузить цифровую версию на свое устройство iOS или Android. Чтобы никогда не пропустить выпуск журнала «Как это работает», подпишитесь сегодня !