Cần những gì để tạo ra một đối tượng di chuyển với tốc độ 1% so với tốc độ của ánh sáng?

Ánh sáng nhanh chóng. Trên thực tế, đó là thứ nhanh nhất tồn tại, và một quy luật của vũ trụ là không có gì có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Ánh sáng di chuyển với tốc độ 186,000 dặm mỗi giây (300,000 kilomet mỗi giây) và có thể đi từ Trái Đất đến Mặt Trăng chỉ trong hơn một giây. Ánh sáng có thể lao vun từ Los Angeles đến New York trong thời gian ngắn hơn cả một nhấp mắt.

Mặc dù 1% của bất cứ điều gì cũng không nghe có vẻ nhiều, nhưng với ánh sáng, đó vẫn là rất nhanh - gần 7 triệu dặm mỗi giờ! Ở tốc độ 1% so với tốc độ của ánh sáng, sẽ mất hơn một giây để đi từ Los Angeles đến New York. Điều này nhanh hơn hơn 10,000 lần so với một máy bay thương mại.

Những thứ nhanh nhất từng được tạo ra

Đạn có thể đi 2,600 mph (4,200 kmh), hơn ba lần tốc độ âm thanh. Máy bay nhanh nhất là chiếc máy bay jet X3 của NASA, có tốc độ tối đa là 7,000 mph (11,200 kph). Điều này nghe có vẻ ấn tượng, nhưng vẫn chỉ là 0.001% so với tốc độ của ánh sáng.

Những đối tượng do con người tạo ra nhanh nhất là các vật thể ngoài hành tinh. Chúng sử dụng tên lửa để thoát khỏi trọng lực của Trái Đất, cần một tốc độ 25,000 mph (40,000 kmh). Vật thể ngoài hành tinh di chuyển nhanh nhất hiện tại là Parker Solar Probe của NASA. Sau khi phóng từ Trái Đất vào năm 2018, nó lao vào bầu khí quyển nóng chảy của Mặt Trời và sử dụng trọng lực của Mặt Trời để đạt tới tốc độ 330,000 mph (535,000 kmh). Điều này nhanh chóng đến mức chỉ là 0.05% so với tốc độ của ánh sáng.

Tại sao thậm chí 1% tốc độ ánh sáng cũng khó khăn

Điều gì đang làm cho con người không thể đạt được 1% tốc độ ánh sáng? Một từ, năng lượng. Bất kỳ đối tượng nào đang di chuyển đều có năng lượng do chuyển động của nó. Các nhà vật lý gọi điều này là năng lượng động. Để đi nhanh hơn, bạn cần tăng năng lượng động. Vấn đề là để tăng tốc độ cần rất nhiều năng lượng động. Để làm cho một thứ đi gấp đôi tốc độ yêu cầu bốn lần năng lượng. Làm cho một thứ đi gấp ba lần tốc độ yêu cầu chín lần năng lượng, và cứ thế.

Ví dụ, để đưa một người teenager nặng 110 pounds (50 kilograms) lên 1% tốc độ ánh sáng sẽ tốn 200 triệu Joules (một đơn vị đo lường năng lượng). Đó chừng như là lượng năng lượng mà 2 triệu người ở Mỹ sử dụng trong một ngày.

Chúng ta có thể đi nhanh đến đâu?

Có thể đưa một thứ gì đó lên 1% tốc độ ánh sáng, nhưng nó sẽ mất một lượng năng lượng khổng lồ. Liệu con người có thể làm cho một thứ đi nhanh hơn không?

Có! Nhưng các kỹ sư cần tìm ra cách mới để làm cho vật thể di chuyển trong không gian. Tất cả các tên lửa, kể cả những tên lửa mới mẻ của SpaceX và Blue Origins, đốt nhiên liệu tên lửa không khác nhiều so với xăng trong ô tô. Vấn đề là đốt cháy nhiên liệu rất không hiệu quả.

Các phương pháp khác để đẩy một tàu vũ trụ liên quan đến việc sử dụng lực điện hoặc từ trường. Hợp nhất hạt nhân, quá trình cung cấp năng lượng cho Mặt Trời, cũng hiệu quả hơn nhiều so với nhiên liệu hóa học.

Các nhà khoa học đang nghiên cứu nhiều cách khác nhau để đi nhanh - thậm chí cả động cơ warp, hình thức du hành vượt tốc độ ánh sáng nổi tiếng do Star Trek sáng tạo.

Một cách triển vọng để đưa một thứ gì đó di chuyển rất nhanh là sử dụng cánh buồm mặt trời. Đây là các tấm nhựa lớn, mỏng được gắn vào một tàu vũ trụ và được thiết kế sao cho ánh sáng mặt trời có thể đẩy chúng, giống như gió trong một chiếc buồm thông thường. Một số tàu vũ trụ đã sử dụng cánh buồm mặt trời để chứng minh rằng chúng hoạt động, và các nhà khoa học nghĩ rằng một cánh buồm mặt trời có thể đẩy tàu vũ trụ đến 10% tốc độ ánh sáng.

Một ngày nào đó, khi nhân loại không còn bị hạn chế ở một phần nhỏ của tốc độ ánh sáng, chúng ta có thể du hành đến các vì sao.

Bài viết của Chris Impey, Giáo sư Nổi tiếng về Thiên văn học, Đại học Arizona

Bài viết được tái xuất bản từ The Conversation dưới giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.