¿Cuándo podrían ser comunes los viajes espaciales (incluido FTL de cualquier tipo) y otras tecnologías?

Como yo lo veo, probablemente hay cuatro hitos principales en la progresión de una tecnología determinada:

1. Se descubren los principios teóricos.
2. Se logra una "prueba de concepto"
3. La tecnología está diseñada hasta el punto de que es realmente útil
4. La tecnología está diseñada hasta el punto de que es asequible/vendible

Las diferentes tecnologías que ha descrito se encuentran en diferentes etapas de esta progresión en este momento, y parece que le gustaría que estuvieran en la etapa 4 , o al menos en la etapa 3 . Los humanos ya pueden vivir en el espacio, por ejemplo, siempre que un gobierno pague por ello (y todos los demás requisitos logísticos). Esto coloca a las estaciones espaciales en una etapa tentativa 3 . La habitación/colonización permanente de entornos planetarios hostiles se encuentra en algún lugar entre la etapa 2 y 3 , según los factores que desee considerar y qué tan hostil sea el entorno que esté pensando: tenemos la mayor parte de la tecnología y nos las arreglamos para vivir en las condiciones bastante desagradables en la Antártida desde hace mucho tiempo,pero no todos los intentos de un sistema completamente cerrado hasta ahora han ido completamente bien . Su tercer requisito, la comunicación instantánea a distancia, es al menos equivalente al transporte FTL, si no más difícil (ver comentarios), o la etapa 3 si está feliz de limitarse a la comunicación a la velocidad de la luz a través de medios electromagnéticos como láseres. . Pero su segundo requisito, los viajes FTL, ni siquiera se encuentran en la etapa 1 : casi todas las rutas potenciales tienen más detractores que partidarios.

La razón por la que planteo todos estos problemas es porque estoy tratando de idear una manera para que ustedes puedan hacer operativa la estimación de fechas. Lo que lo hace difícil es que no hay forma de saber cuándo sucederá la etapa 1 : un gran avance podría ocurrir en cualquier momento. Tal vez podría tener en cuenta las tecnologías precursoras, pero al final una conjetura es tan buena como otra. Podrían anunciar un principio viable la próxima semana, pero es muy probable que después de algunos años de tratar de encontrar una prueba de concepto, se desmorone y nos deje nuevamente en la etapa 0 . En otras palabras, puede elegir la fecha que desee, pero su decisión puede basarse en los plazos de los demás requisitos, que pueden ser un poco más fáciles de racionalizar.

Para averiguar cuánto tiempo lleva probar que una teoría es viable y llevarla a la etapa 2 y, a su vez, cuánto tiempo lleva pasar de allí a la etapa 3 y luego a la etapa 4 , estaría mirando la historia. Hay un montón de líneas de tiempo diferentes en nuestra propia historia de la ciencia y la tecnología, puede elegir la que le parezca adecuada y probablemente convencer al lector de que sus avances tecnológicos siguieron un curso similar.

La energía de vapor

• Etapa 1: – siglo I d.C.
• Etapa 2: – En algún lugar entre entonces y 1690 , dependiendo de a quién le preguntes
• Etapa 3: – 1698 , bomba de agua a vapor comercializada por Thomas Savery.
• Etapa 4: – Probablemente 1760-1840, la Revolución Industrial

Puede considerar que este es un marco de tiempo muy conservador/lento. Si FTL siguiera este camino y descubriéramos el principio clave en un futuro muy cercano, la gente no estaría revoloteando entre las estrellas hasta aproximadamente el año 4000. Sin embargo, tenga en cuenta que podríamos haber progresado mucho más rápido si no lo hubiéramos hecho. seguir destruyendo la civilización tal como la conocíamos, quemando todas nuestras bibliotecas, asesinando a nuestros científicos y filósofos, y comenzando de nuevo...

Ordenadores

Antes de comenzar aquí, tenga en cuenta que las computadoras, tal como las conocemos, también dependen de la invención de la electricidad y, más fundamentalmente, de la invención de las matemáticas y la lógica. Dejemos eso fuera, y por el bien del argumento, también dejemos fuera las primeras calculadoras mecánicas de un solo uso como el mecanismo de Antikythera , y centrémonos en lo que bien podríamos llamar máquinas de Turing.

• Etapa 1: - 1833, cuando Charles Babbage se dio cuenta de que un "dispositivo informático de propósito general" podría ser posible
• Etapa 2: – 1910, cuando el hijo de Babbage logró construir parte de un motor analítico, capaz de calcular (incorrectamente) algunos dígitos de π
• Etapa 3: - Muy discutible, pero podría ser 1943, el Coloso , como si no fuera Turing-completo, era programable y definitivamente resolvió problemas útiles. Si queremos la primera computadora verdaderamente Turing completa, de propósito general, que puede resolver cualquier problema dado el tiempo y la memoria suficientes, esa sería ENIAC , cuya finalización se anunció en 1946.
• Etapa 4: – Computadoras en empresas/universidades: 1951 en adelante; Primera computadora personal (aficionado): 1975 Altair 8800 o Olivetti P606 ; Primera computadora de "grado de consumo": esto se vuelve un poco más confuso, ya que había innumerables productos de la competencia en esta etapa, pero tal vez el ZX Spectrum de 1982, que era asequible y vendió más de 5 millones de unidades, sin incluir clones.

A este ritmo (acelerado) de progreso, los viajes FTL serían accesibles para las grandes corporaciones alrededor de 2130; La habitación civil en el espacio podría ser una cosa a partir de 2050 en adelante, y con personas que viven a ese tipo de distancias, definitivamente habría motivación (y una probabilidad creíble) para tener al menos una comunicación a la velocidad de la luz hasta convertirse en un arte dentro de un marco de tiempo similar. Sin embargo, todo esto es una simplificación excesiva, ya que está pensando solo en términos de teorías/ideas, no de recursos, seguridad, economía o psicología humana. Mi punto real es que es su historia, pero si se apega a los "sentimientos" generales de progreso que hemos visto hasta ahora, debería poder lograr la verosimilitud.

Tenga en cuenta que los viajes FTL que alcanzan la etapa 4 nunca podrían ser creíbles para un lector particularmente crítico, incluso si fuera posible poner una nave estelar en cada hogar, probablemente no tendría sentido hacerlo. No importa cuán refinada sea la tecnología involucrada, las unidades FTL en la ficción aún requieren combustibles/materiales exóticos, por lo que la compra y los costos continuos nunca pueden ser inferiores a los de, por ejemplo, los aviones a reacción de hoy. ¿Y qué motivaría a las personas a viajar ese tipo de distancias? ¿Qué no pueden hacer más cerca de casa? Star Wars tiene este tipo de mundo, pero muchas otras SF asumen que solo los gobiernos, las corporaciones y tal vez los mega-ricos tendrían algún interés en viajar distancias interestelares, y mucho menos las finanzas para hacerlo. Aún así, algunas personas tienen jets privados hoy.

(Editar: a la luz de algunos buenos puntos planteados en los comentarios, es posible que haya fusionado demasiadas cosas al discutir la etapa 4 FTL. El uso comercial de algunas tecnologías se generaliza, mientras que el uso personal nunca puede ser factible o deseable. No debería combinar la amplia utilización comercial de FTL con una corbeta deportiva FTL en cada espacio-garaje; de ​​hecho, no puedo nombrar ninguna ciencia ficción seria que realmente implique lo último. Aquí es donde la analogía de la máquina de vapor se vuelve más representativa que la analogía de la computadora, yo Aún así, permitiría un período de tiempo significativo entre los gobiernos/megacuerpos que desarrollan/desplegan naves FTL viables y el Joe/Jane Hauler promedio poniendo sus sucias patas de sal de la tierra sobre ellos).

Suponiendo que los viajes FTL y las comunicaciones irrelevantes a la distancia sean posibles en nuestro universo, el truco para construir su civilización comenzará con descubrir cómo funcionan.

Afortunadamente, nuestra capacidad para resolver las cosas está creciendo a un ritmo acelerado. Nuestro intelecto cultural ha desarrollado recientemente un sistema nervioso que nos ayudará cada vez más a trabajar juntos en nuestras metas. Internet también nos ha hecho más conscientes de los desafíos de los demás y si somos dignos del futuro que predices, tendremos que usar esa conciencia para hacer que nuestro mundo sea mejor para todos.

Una vez que estemos unidos, ningún hecho científico se esconderá de nuestro intelecto combinado por mucho tiempo.

Así que el primer paso en nuestro camino hacia las estrellas es la paz mundial y la prosperidad global. ¿Puede suceder eso en cien años? Probablemente no, especialmente con la escasez de recursos que se acerca rápidamente. Pasaremos otro siglo o dos matándonos unos a otros, antes de empezar a trabajar juntos.

A partir de ahí, un par de siglos para descifrar FTL y ponerlo en uso común. Eso nos da colonias en otros planetas y nos permite duplicar repetidamente nuestro número. A medida que crece nuestra población, también lo hace nuestro intelecto combinado. Eso trae FTL más rápido y más colonias y más crecimiento intelectual.

Eventualmente, podríamos incluso ser capaces de descifrar las comunicaciones irrelevantes a la distancia, y nacerá la Internet interplanetaria.

Entonces, en algún lugar alrededor de 500 años a partir de ahora... más o menos unos pocos siglos.

Ahora muchas cosas pueden salir mal en el camino y es más que probable que tardemos mucho más en alcanzar tu objetivo. Pero si es posible, lo haremos y, una vez que lo hagamos, seguiremos acelerando, extendiéndonos y creciendo exponencialmente tanto en número como en mente.

--- fuera de tema pero posiblemente útil para el OP ---

En lugar de tratar de calcular la fecha exacta de nuestra carrera hacia las estrellas, ¿por qué no hacer lo que otros han hecho antes que usted? Refúgiese en la idea de que los calendarios basados ​​en la Tierra y las medidas de tiempo probablemente no sobrevivirán mucho más tiempo. ¿Por qué lo harían, una vez que tengamos colonias en otros mundos? Simplemente cree un calendario de estilo de fecha estelar sin vínculos específicos con nuestro sistema actual. Entonces, sus historias pueden ser coherentes con ese nuevo calendario, y nunca tendrá que decirnos cuánto tiempo nos llevó llegar allí.

Realmente no es posible darle ninguna información concreta, ya que no sabemos cómo resultará el futuro, pero este es mi proceso de pensamiento. Básicamente, me voy a centrar en las cosas de FTL, ya que todo lo demás es pan comido al lado de eso.

TL;DR. Estimaría entre 10 y 50 años para que la NASA encuentre un prototipo FTL funcional a escalas pequeñas, entre 50 y 100 años para obtener suficiente financiación y energía para probar prototipos a gran escala, entre 100 y 200 años para obtener colonias alrededor del sistema solar, 100 -200 años para poner a la gente en otro sistema estelar, y 100-300 años para tener una verdadera civilización extrasolar. La línea de tiempo total es entonces de 360 ​​a 850 años si la Tierra aprende a trabajar en equipo. La línea de tiempo podría ser de miles de años a nunca si no lo hacemos.

Requerimientos de energía para el FTL propuesto

Puede que FTL nunca sea posible. Todos nuestros modelos actuales dicen que es imposible o al menos no tiene sentido en la práctica (no tiene mucho sentido viajar más rápido que la luz si lo que aparece es una explosión nuclear en lugar de una persona).

Así que supongamos que la investigación actual de la NASA sobre los motores warp da resultado. Lo último que escuché fue que abrir una burbuja warp era algo así como un autobús de antimateria. Wikipedia dice que un autobús escolar pesa de 4500 a 16000 kg. De$e=mc^2$, podemos ver que es$4\cdot 10^{20}$a$1.4\cdot 10^{21}J$ ¹ . Dividamos la diferencia y llamémoslo$10^{21}$J = 1 zettajulio. WolframAlpha nos dice que esa es la cantidad de energía que obtenemos en 1,6 horas de luz solar en toda la superficie del planeta, o$1\over 7$de la energía en las reservas mundiales de petróleo o$1\over 6$de la energía en las reservas mundiales de gas natural. Efectivamente, necesitaríamos hasta el último fragmento de energía natural en el planeta solo para probar la cosa. Nuestras únicas opciones serán la magia o la energía solar.

Los paneles solares actuales pueden operar alrededor del 40-45% en circunstancias ideales. Digamos que elevamos eso hasta un 50% para los paneles producidos en masa de alguna manera. Ahora, cerca de la Tierra, tenemos alrededor$1350{W\over m^2}$ $={J\over s\cdot m^2}$. Entonces, podemos obtener mucha energía esperando mucho tiempo o construyendo una granja solar realmente grande, o ambas cosas. Digamos que 1 año es un período de tiempo aceptable para cargar una batería warp. Ese es$50\%\cdot 1350{J\over s\cdot m^2}\cdot 86400{s\over day}\cdot{365.25(ish) days\over yr}\cdot 1yr$ $=2.1\cdot 10^{10}{J\over m^2}$. Bien, entonces necesitamos$10^{21}J\over 2.1\cdot 10^{10}{J\over m^2}$ $=4.8\cdot 10^{10}m^2$de paneles solares que están constantemente apuntando directamente al sol. O alrededor del 76% de West Virginia ($6.3\cdot 10^{10}m^2$).

Ahora, parece probable que querríamos todos esos paneles solares en órbita alrededor del Sol, para que reciban la máxima insolación en todo momento. Este blog dice que los paneles solares están alrededor$2$a$3{lb\over ft^2}$ $=12{kg\over m^2}$. Así que tenemos que levantar$12{kg\over m^2}\cdot 4.8\cdot 10^{10}m^2$ $=5.8\cdot 10^{11}kg$de paneles solares en órbita. De acuerdo con esta respuesta de SE , lo más barato que podemos hacer es sobre$\$2000\over kg$en órbita. Ese es$5.8\cdot 10^{11}kg\cdot {$2000\over kg}$ $=\$1.2\cdot 10^{15}$o unas 100 veces más de lo que ganan los ciudadanos estadounidenses en un año (antes de pagar impuestos, facturas, etc.).

Entonces debemos tener en cuenta el costo de producción del panel solar. Este sitio fotovoltaico dice que los paneles en sí representan del 30 al 35 % del costo de instalación, y este otro sitio fotovoltaico dice que un$28 m^2$el sistema cuesta alrededor de £ 7000 = $ 10000, o alrededor$\$340\over m^2$. Esto es insignificante comparado con el$\$24000\over m^2$necesitamos ponerlo en órbita, así que no hay necesidad de agregarlos. Sin embargo, sí sugiere que FTL temprano podría funcionar mejor con energía solar basada en tierra que lleva más tiempo obtener la misma energía pero cuesta alrededor del 1% más para generar.

Logística de Obtención de Energía

Ahora, no soy economista, pero esos son algunos números bastante importantes. No hay forma de que el mundo simplemente diga "claro, todos contribuiremos 100 veces más de lo que gana EE. UU. en un año". Ni siquiera estoy seguro de que tengamos ese tipo de recursos para gastar. Siendo realistas, estamos viendo que tal vez el 1% de eso se destine a campos solares cada vez más grandes durante muchas décadas, pero es posible que varios países estén ayudando. Así que digamos un 2% para ser optimistas. Son 50 años de inyectar dinero en una granja de paneles solares solo para iniciar un viaje inaugural.

Pero hay un problema. Los paneles solares no son inmortales, por lo que debemos tener en cuenta los costos de reemplazo. Desafortunadamente, esa matemática parece muy complicada, así que la voy a omitir. Probablemente no importe demasiado, ya que la mayoría de los paneles tienen una calificación del 80 % después de 25 años (dicen estos muchachos ), pero llevará más tiempo alcanzar nuestro objetivo. Por otro lado, la tecnología solar se abaratará con el tiempo. Entonces, desde la primera vez que la NASA puede demostrar que son posibles burbujas de deformación muy pequeñas, probablemente estemos mirando más de 50 años para que la primera nave espacial de tamaño humano realice un vuelo de prueba. Dada la naturaleza de la política, podría tomar mucho más tiempo que eso.

Expansión y Colonización

A partir de aquí, tenemos que expandirnos. El problema es que realmente no hay muchas razones para explorar el espacio, excepto decir que lo hicimos. Es muy, muy caro, con muy poca recuperación. Entonces, FTL temprano será "¡¡¡Sí, demostramos que FTL es posible !!!!!" seguido de un larguísimo período de prácticamente nada. Eventualmente, la gente rica comenzará a allanar el camino para bodas en Marte, torneos de baloncesto en Europa, etc. contratar ingenieros, cocineros, conserjes, lo que sea. Pero no podemos simplemente arrojar billones de dólares a un proyecto y esperar que rinda beneficios al instante. Tomará mucho tiempo hacer que algo funcione en serio.

Dicho esto, las burbujas warp no son inherentemente FTL. Presumiblemente, también se pueden usar para viajes sublumínicos, y es posible que encontremos formas de hacerlo por menos dinero. Si podemos convertir el viaje de ida y vuelta de 2,5 años a Marte en un viaje de 2,5 semanas (0,07% c), mucha más gente estará dispuesta a salir para ayudar con cualquier material científico que queramos. Y si podemos encontrar fuentes de recursos naturales en asteroides u otros planetas, podemos obtener algún retorno de la inversión de esa manera ( este artículo aleatorio sugiere que los asteroides pueden ser muy lucrativos para los metales de tierras raras; también tiene algunas ideas sobre energía solar basada en el espacio).

Aún así, dada la lentitud con la que los programas espaciales han avanzado hasta ahora, probablemente estemos viendo más de 100 años antes de que realmente nos volvamos locos. Espero que pasen algunos siglos antes de que realmente tengamos civilizaciones más allá de la Tierra, aunque eso es solo una suposición.

Comunicación FTL

Si podemos hacer FTL con barcos, es lógico que podamos encontrar formas de hacer FTL con comunicaciones, aunque los métodos y las velocidades dependerán en gran medida del tipo de FTL. Un agujero de gusano portátil podría permitir que un pequeño haz de luz transmita información casi instantáneamente una vez que se establezca la conexión, mientras que una especie de burbuja warp operaría más como el servicio postal actual. Aún así, espero que las comunicaciones FTL evolucionen más o menos al mismo tiempo que los viajes FTL.

más allá del sol

Hasta ahora, he asumido que los requisitos de energía para FTL eran casi los mismos que para crear la burbuja warp (realmente no lo sé, así que podría marcar una gran diferencia). Pero tratar de cruzar el espacio interestelar requerirá enormes cantidades de energía. Espacio. Es. Enorme. Plutón está a unas 40 UA del Sol. Próxima Centauri (la estrella más cercana a nosotros) está a unas 270000 UA de distancia, o 6640 veces la distancia. De manera más realista, nos dirigiremos a Júpiter, a solo 5,2 AU, lo que hace que P Centauri sea 51000 veces más lejos. No solo necesitamos más energía para llegar allí, sino que debemos hacerlo más rápido. No mucha gente va a estar a la altura de pasar 40 años para llegar al 10% c. Entonces, si las unidades warp son menos eficientes a velocidades más altas, el requerimiento de energía es exponencialmente peor.

Entonces, un viaje a la estrella más cercana requerirá una enorme cantidad de esfuerzo en comparación con enviar personas de ida y vuelta a los gigantes gaseosos varias veces al año. Si logramos que FTL funcione regularmente en 300 años, probablemente pasarán otros 100 años antes de que logremos un progreso real en la expansión extrasolar, y un siglo o dos más antes de que tengamos colonias reales fundadas allí.

Y honestamente, probablemente estoy siendo bastante generoso. Es muy posible que tome un par de miles de años para que suceda esta línea de tiempo. Pero ese es el problema de tratar de predecir la marcha de la tecnología, especialmente con respecto a las tecnologías que quizás nunca sean físicamente realizables.

^{1 _{Técnicamente, necesitaríamos el doble, ya que hay antimateria y una cantidad igual de materia normal siendo aniquilada, pero ya hice un montón de cálculos y de todos modos está estimado aproximadamente, así que no me voy a molestar en arreglarlo. .}}

FTL aparente podría ser posible si dominamos la ciencia de acercarnos a la velocidad de la luz y vivimos como una civilización nómada completa a bordo de una enorme nave estelar, similar a lo que hicieron en el Día de la Independencia. Pero eso significará que tendremos que dejar atrás la Tierra, por lo que tendrá que ocurrir algún tipo de escenario de "la vida en la Tierra ya no es sostenible". Es triste dejar atrás un planeta tan maravilloso, pero podría llegar a eso en algún momento.

En ese caso, la línea de tiempo podría ser desde 100 años hasta el infinito, dependiendo de la tasa actual de progreso y el drenaje de recursos naturales de la humanidad.

Consulte la tabla cinco del enlace proporcionado por mi Dr. Mark Millis (Tau Zero y NASA) que hace referencia a una civilización Kardechev Tipo 2:

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

En el interior, año 2900, año medio (más probable) 3700, más largo, año 21000. (El retraso social es posible y ya ha ocurrido para algunas tecnologías de transporte) Es decir, cohetes, automóviles, jets... aviación privada. Tecnología de generación de energía....

La potencia para un Tipo II se basa en 4 x 10 ^26 vatios... (que aún es menor que el rendimiento de las fórmulas de deformación para el espacio de deformación a FTL) según nuestra comprensión de Alcubierrie, el trabajo de la ecuación de deformación de Natario e incluso con el Dr. Whites trabajo de reducción de energía, estos años estimados aún pueden ser optimistas para una unidad espacial de deformación a velocidades FTL. bill thorton