研究者たちは、地球の重力と同じ1gの一定の加速度を維持しながら、光に近い速度で宇宙飛行士を推進させることに伴う膨大な課題について議論しています。物理学者のアヴィ・ローブ氏が行った分析によると、この条件下で宇宙船を加速すると、乗組員は10年以内に2万6000光年離れた天の川の中心に到達する可能性があるという。しかし、最大の障害は、この旅のための膨大な燃料需要です。
アルバート・アインシュタインによる有名な方程式 E=mc² は、静止質量 M に含まれるエネルギー E を光速 c との関係で示しています。物体が運動エネルギー E=0.5Mv² の非相対論的速度で移動するには、アインシュタインの理論は、ペイロードが光速に近づくには静止質量の約 2 倍のエネルギーが必要であることを示唆しています。
たとえば、体重 100 キログラムの宇宙飛行士 1 人が光速に近い速度に達するには、4 ギガトンの TNT に匹敵するエネルギーが必要になります。この量は、世界の核兵器に存在する総エネルギーに匹敵します。それにもかかわらず、質量単位当たり放出されるエネルギー (E/M) は c² よりも大幅に小さいため、核燃料はそのような速度でロケットを推進することはできません。従来の化学推進剤は、原子力推進剤よりもさらに効率が劣ります。
宇宙旅行用の現在の燃料の限界
噴射剤の有効性は大きく異なります。化学薬品の場合、(E/M) の平方根は 0.00001c のオーダーに達します。核分裂燃料の場合は最大 0.01c、核融合燃料の場合は 0.02c に達します。アインシュタインの方程式によれば、反物質と物質の間の消滅は、正確に c に等しい質量単位あたりのエネルギー (E/M) を放出できる唯一のプロセスです。
ロケット方程式は、ペイロードの最終速度が、燃料残留物の排出速度 (およそ E/M の平方根) に、ペイロードの初期質量 (ペイロードと燃料) の合計と最終質量の比の自然対数を乗じたものによって決定されることを示しています。光速に近い速度に達するには、核分裂スラスターの場合は 3×1043、核融合スラスターの場合は 5×102¹ の燃料質量/ペイロード比が必要です。これは、一人の宇宙飛行士を光速に到達させるのに必要な核融合燃料の最小質量は地球の質量の 10 分の 1 に相当し、他の種類の推進剤の場合はさらに大きくなります。
相対論的な推進力を持つ唯一のロケット推進剤は反物質です。しかし、1グラムの反物質の製造コストは1000兆ドルを超え、現在の応用は不可能となっている。
イノベーションとStarshotイニシアチブ
10年前、アヴィ・ローブ氏は、わずか数グラムの小型ペイロードを光速の数分の1まで加速することを目的としたプロジェクト、スターショット構想の科学諮問委員会を率いていた。これは、ペイロードに取り付けられたソーラーセイルを数分間推進する100ギガワットのレーザーを使用して行われます。しかし、発生する加速度は10⁵g程度で人体には耐えられないものです。
ソーラーセイルと神秘的な宇宙の兆候
ソーラーセイルを使って宇宙飛行士を加速度1gの光速まで推進するには、巨大な電波発信器が必要となる。 2017年3月、物理学者のアヴィ・ローブ氏と当時の博士研究員マナスヴィ・リンガム氏は、地球サイズの電波発信機が地球の太陽エネルギーをすべて利用し、その光を100メートルのソーラーセイル（サッカーボールに相当）に集中させることができると提案した。この帆は数人の宇宙飛行士を乗せた100万トンの積載物に取り付けられており、1gで加速され、光の速度に近い速度に達することになる。彼らの研究は、結果として生じる電波パルスが高速電波バースト (FRB) として長距離で検出される可能性があることを示しました。高速電波バースト (FRB) は、若い磁化された中性子星に起因することが多い、まだ原因が不明な過渡現象です。
FRBのイベントの一部は、実際に地球外文明によって開発された高度なソーラーセイルの設計によって生み出されるのではないかと期待されています。この仮説を確認すると、人類は宇宙論的に最も発達した生命体ではないことが明らかになり、宇宙における人類の位置についての私たちの理解が変わります。
