Wie wahrscheinlich ist es, einen großen Durchbruch zu erwarten, der uns Science-Fiction-Weltraumreisen (und verwandte Technologien) ermöglicht?

Ein großer wissenschaftlicher Durchbruch kann ziemlich bald erwartet werden. Die Sache ist jedoch, dass praktisch alle Durchbrüche nichts waren, was wir im Voraus erwarten konnten.

Die schiere Kraft, die in Kernreaktionen verfügbar ist, war vor Einstein undenkbar. Tatsächlich wurde darüber diskutiert, wie es der Sonne gelungen sein könnte, so lange zu brennen, dass keine chemische Reaktion lange genug genug Energie liefern konnte.

Die Natur von dampfbetriebenen Maschinen war in einer Welt, in der Wasser- und Windmühlen die Hauptquellen mechanischer Energie waren, ebenso unvorstellbar.

Die Menschen, die zuerst an frühen Computern arbeiteten, hatten keine Möglichkeit, die Möglichkeiten des Internets und des World Wide Web zu begreifen. Ich habe ein Mobiltelefon in meiner Tasche, das leistungsstärker ist als jeder Computer der Welt vor 20 Jahren, das drahtlos im Internet surfen, 3D-Bilder erzeugen und vieles mehr kann.

Wir können also davon ausgehen, dass wir noch zu unseren Lebzeiten wissenschaftliche Durchbrüche erleben werden. Aber wenn es sich um echte Durchbrüche handelt, werden sie nur sehr wenige Menschen vor ihnen kommen sehen.

Buni – Ich denke, es ist weniger realistisch, als wir gerne denken, und wir neigen zu Best-Case-Szenario-Futurismus. In den 50er bis 70er Jahren war das Bild der Zukunft auch so ... in dem, was wir heute "Retro-Futurismus" nennen, sehen wir Bilder des Arbeiters, der seine Hausfrau küsst und zur Arbeit fliegt in einem Jetpack ... alle mit einem voraussichtlichen Ankunftsdatum vor dem Jahr 2000. Bemerkenswert ist, dass die Technologieprognose nicht nur in weiter Ferne lag, sondern auch die gesellschaftlichen Veränderungen und die Abkehr davon völlig außer Acht ließ der mann + hausfrau + 3 kinder und ein weißer lattenzaun nach hause.

Einer der größeren Fehler, den wir machen, besteht darin, uns auf die physische Technologie zu konzentrieren und dabei die sozialen und individuellen Veränderungen zu vernachlässigen, die mit jedem Sprung einhergehen ... Mit der Industrialisierung kam die Massenbewegung von Menschen von ländlichen Bauernhöfen zu den städtischen Fabriken, aber sie kam auch mit a Veränderung der Zeitwahrnehmung. Die Mehrheit der Bevölkerung verlor den bäuerlichen Zeitplan, die Arbeit bei Tageslicht auf den Feldern entsprechend der Jahreszeit, und ersetzte ihn durch einen Produktionszyklus der Einhaltung der Uhr. Jeder Schritt war davon abhängig, dass ein anderer Schritt abgeschlossen wurde, und der nächste Schritt war davon abhängig, dass er rechtzeitig abgeschlossen wurde. Wir würden bauen, es in ein Lagerhaus stellen und weitermachen. Mit dem Übergang zum Informationszeitalter müssen sich die Menschen nun mit einem nahezu sofortigen Informationszugriff und einer scharfen Abweichung vom 9-5-Produktionslebensstil auseinandersetzen ... sogar bis zu dem Punkt, an dem eine „On-Demand“-Fertigung gegenüber den 9-5-Fertigungs- und Lagervorgängen wünschenswert ist. Es ist kein einfacher Prozess und viele Menschen kämpfen mit der Umstellung

Wenn wir nicht bereit sind, entweder als Einzelpersonen oder als Gesellschaft, dass der Sprung stattfindet, wird er sich verzögern, unabhängig davon, wie verfügbar die Technologie ist. Meiner Meinung nach muss die nächste große Veränderung in der Gesellschaft eine Ablehnung des Nationalismus und eine Annahme von „Mensch“ als unsere primäre Identität sein und eine Bewegung weg von Dingen (Geld) als unserer primären Motivation (was eine natürliche Entwicklung hin zu einem Posten ist - Mangelgesellschaft). Beachten Sie, dass diese beiden Bedingungen wirklich nicht in einem technologischen Bereich liegen, sondern letztendlich notwendige Schritte für die Menschheit sind, um weiter voranzukommen. Natürlich vernachlässigt dies die individuelle Veränderung ... unser Übergang zum Informationszeitalter hat alles beschleunigt und unser Festhalten an der Uhr, die das Produktionszeitalter erforderte, beseitigt. Eine Person hat jetzt unabhängig von der Zeit nahezu sofortigen Zugriff auf Informationen (ich kann um 2 Uhr morgens auf mein Telefon zählen, wenn ich möchte). Die Welt ist zu einem winzigen Ort geworden, an dem niemand länger als einen Tag von einem Punkt auf der Welt zum anderen reist, und wir sind sichtlich frustriert von einer Verzögerungszeit von 2 Sekunden in einem Browser. Jeder Schritt hat ziemlich große Veränderungen mit sich gebracht, die die Veränderungen, die der vorherige Schritt gebracht hat, halbwegs ungültig machen. Wenn wir mit der interplanetaren Kolonisierung beginnen und sagen wir, einen Saturnmond kolonisieren, wie gut werden wir damit umgehen, von einer winzigen Welt zu einer zu werden? riesiges Sonnensystem, in dem die Kommunikation zwischen zwei Kolonien mit einer einstündigen Verzögerung erfolgt? Es ist ein bisschen wie ein Rückblick auf die Kolonialzeit, als die Reise von der alten Welt in die neue Welt einen Monat lang dauerte. Die Welt ist zu einem winzigen Ort geworden, an dem niemand länger als einen Tag von einem Punkt auf der Welt zum anderen reist, und wir sind sichtlich frustriert von einer Verzögerungszeit von 2 Sekunden in einem Browser. Jeder Schritt hat ziemlich große Veränderungen mit sich gebracht, die die Veränderungen, die der vorherige Schritt gebracht hat, halbwegs ungültig machen. Wenn wir mit der interplanetaren Kolonisierung beginnen und sagen wir, einen Saturnmond kolonisieren, wie gut werden wir damit umgehen, von einer winzigen Welt zu einer zu werden? riesiges Sonnensystem, in dem die Kommunikation zwischen zwei Kolonien mit einer einstündigen Verzögerung erfolgt? Es ist ein bisschen wie ein Rückblick auf die Kolonialzeit, als die Reise von der alten Welt in die neue Welt einen Monat lang dauerte. Die Welt ist zu einem winzigen Ort geworden, an dem niemand länger als einen Tag von einem Punkt auf der Welt zum anderen reist, und wir sind sichtlich frustriert von einer Verzögerungszeit von 2 Sekunden in einem Browser. Jeder Schritt hat ziemlich große Veränderungen mit sich gebracht, die die Veränderungen, die der vorherige Schritt gebracht hat, halbwegs ungültig machen. Wenn wir mit der interplanetaren Kolonisierung beginnen und sagen wir, einen Saturnmond kolonisieren, wie gut werden wir damit umgehen, von einer winzigen Welt zu einer zu werden? riesiges Sonnensystem, in dem die Kommunikation zwischen zwei Kolonien mit einer einstündigen Verzögerung erfolgt? Es ist ein bisschen wie ein Rückblick auf die Kolonialzeit, als die Reise von der alten Welt in die neue Welt einen Monat lang dauerte. Jeder Schritt hat ziemlich große Veränderungen mit sich gebracht, die die Veränderungen, die der vorherige Schritt gebracht hat, halbwegs ungültig machen. Wenn wir mit der interplanetaren Kolonisierung beginnen und sagen wir, einen Saturnmond kolonisieren, wie gut werden wir damit umgehen, von einer winzigen Welt zu einer zu werden? riesiges Sonnensystem, in dem die Kommunikation zwischen zwei Kolonien mit einer einstündigen Verzögerung erfolgt? Es ist ein bisschen wie ein Rückblick auf die Kolonialzeit, als die Reise von der alten Welt in die neue Welt einen Monat lang dauerte. Jeder Schritt hat ziemlich große Veränderungen mit sich gebracht, die die Veränderungen, die der vorherige Schritt gebracht hat, halbwegs ungültig machen. Wenn wir mit der interplanetaren Kolonisierung beginnen und sagen wir, einen Saturnmond kolonisieren, wie gut werden wir damit umgehen, von einer winzigen Welt zu einer zu werden? riesiges Sonnensystem, in dem die Kommunikation zwischen zwei Kolonien mit einer einstündigen Verzögerung erfolgt? Es ist ein bisschen wie ein Rückblick auf die Kolonialzeit, als die Reise von der alten Welt in die neue Welt einen Monat lang dauerte.

Damit möchte ich sagen, dass die Geschwindigkeit der technologischen Entdeckung nicht der begrenzende Faktor ist, wenn es um den Zeitrahmen dieser Sprünge geht. Die Zeitachse dieser (nahen) Zukunft wird mehr durch unsere langsamere soziale und individuelle Evolution als durch unsere technologische Evolution eingeschränkt.

Als Physiker kann ich Ihnen sagen, dass wir viele Bereiche haben, die ungelöst und mysteriös bleiben. Wenn wir die meisten Dinge gelöst haben, würden wir uns nicht mit LHC und anderen wissenschaftlichen Unternehmungen beschäftigen. Es gibt genug im Universum, damit Wissenschaftler Hunderte, wenn nicht Tausende von Jahren damit verbringen könnten, weitere Forschungen durchzuführen.

Was die Erwartung bestimmter Durchbrüche betrifft, so ist dies ein sehr dürftiger Vorschlag. Es geht von der grundlegenden Annahme aus, dass die Rate vergangener Durchbrüche weitergeht. Hierfür gibt es keine Garantie. Auch ähnliche Ideen wie das Mooresche Gesetz haben Grenzen. Daher müssen Sie solche Vorhersagen mit einem bildlichen Körnchen Salz nehmen.

Ungeachtet der Skepsis gegenüber zukünftigen Durchbrüchen gibt es genügend potenzielle neue Technologien für Raketen, sodass es keinen Grund gibt, nicht mehr Experimente und neue Raketen zu erwarten. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund der Privatisierung der Raumfahrt mit Unternehmen wie spacex .

Die Quantenphysik kann groß angelegte Anwendungen haben; Einige sind häufiger, während andere entwickelt werden. Siehe Quantencomputing für ein gutes Beispiel. Quanteneffekte können auch in großen Dingen wie Neutronensternen beobachtet werden. MRIs und Elektronenmikroskope funktionieren, weil Quantenprinzipien ausgenutzt werden. Zu sagen, dass dieser Zweig der Physik keine großen Vorteile bietet, ist einfach falsch . Sie und ich haben bereits in großem Umfang davon profitiert, obwohl Sie es vielleicht nicht bemerkt haben.

Schließlich, während viele "wirtschaftlich denkende" Menschen denken mögen, dass die Raumfahrt unrentabel ist, geschieht dies. SpaceX und andere Unternehmen gehen ins All. Asteroidenabbau ist eine potenzielle Cash-Cow. Die Marsmetallurgie kann unerwartete neue Metalle oder eine billige Stahlquelle liefern.

Angesichts all dessen, was es zu entdecken und zu erforschen gibt, würde ich zukünftige Innovationen erwarten. Wer Zukunftsinnovationen ablehnt, ignoriert Fakten. Wenn es eine zukünftige Obergrenze für die Technologie gibt, wird dies wahrscheinlich nicht in den nächsten ein- oder zweihundert Jahren der Fall sein.

Durchbrüche in der Handwerkskunst , nicht grundlegende Gesetze der Physik, treiben die derzeitigen Bemühungen zur Privatisierung des Weltraums an. Wir verwenden immer noch chemischen Treibstoff und Newtons drittes Gesetz, um eine Rakete zum Laufen zu bringen – erwarten Sie nicht, dass sich das ändert. In absehbarer Zeit wird es keinen Zauberbohnen-betriebenen Teppich geben. Es sind die laufenden Verbesserungen bei Werkzeugen und Materialhandhabung, die auch die Herstellung besserer Werkzeuge sowie Endprodukte ermöglichen, sodass es das Potenzial für exponentielles Wachstum hat.

Private Unternehmen versuchen, den Weltraum erschwinglich zu machen, indem sie Fahrzeuge leichter und billiger machen.

Die gesamte Trägerrakete und die Motoren sind nur eine Steuer auf das, was Sie wirklich in die Umlaufbahn bringen wollten. Wenn Sie das Gewicht auf eine Feder reduzieren könnten, haben Sie immer noch das Gewicht der Nutzlast und des Treibstoffs für dieses Gewicht. Es gibt also eine Grenze.

Was Colleges und Start-ups jedoch den Zugang zum Weltraum ermöglicht, ist der Microsat . Selbst wenn es immer noch 8600 US- Dollar pro Pfund kostet (was 75.000 US-Dollar für eine Gallone Milch entspricht), kann eine nützliche Nutzlast gebaut werden, die nur ein paar Pfund beträgt.

Schauen Sie sich ein Android-Smartphone an: ein paar Gramm für mehr Computerleistung, als es während des Weltraumrennens auf dem Planeten gab, Sensoren, Optik und Kommunikationsfähigkeit.

Eine weitere Verbesserung, die auf dem Niveau eines Durchbruchs in der kommerziellen Verfügbarkeit von Orbitexperimenten (nicht in der Physik) liegen könnte, wäre die Entwicklung der Infrastruktur. Der Microsat wird durch Abschirmung, leistungsstärkeres Radio und die Notwendigkeit einer unabhängigen Stromversorgung aufgebläht, sodass er am Ende eher 10 × 10 × 40 cm groß ist als ein Smartphone.

Ein kommerzieller Dienst könnte Orbital-Hosting anbieten, bei dem Ihr Microsat in einem abgeschirmten Gehäuse mit Netzwerkverbindung und Strom untergebracht wird, die von ihnen bereitgestellt werden. Die Suite mit ihrer schweren Abschirmung muss nicht jedes Mal nach oben geschickt werden, wenn die interessanten Eingeweide ersetzt werden! Das würde die Kosten um eine Größenordnung senken, und das alles, ohne neue physikalische Gesetze entdecken oder ganz neue Technologien erfinden zu müssen. Es ist nur eine Investition und baut auf der kontinuierlichen Arbeit auf.

Was passiert: kleinere Sachen . Nanotechnologie, Spintronik, neuartige Materialien usw.

Was nicht passieren wird, weil wir wissen, wie es funktioniert und dass es Grenzen gibt: Chemische Energie wird nicht dichter gespeichert als das, was bereits in hochexplosiven Sprengstoffen enthalten ist. Das heißt, Raketentreibstoff wird nicht um Größenordnungen stärker.

(Nicht chemische Raketen wie Ionenantriebe sind nicht nützlich, um in die Umlaufbahn zu gelangen. Ein Schub von weniger als 1 g wird nirgendwohin führen.)

Wie wäre es also, Startraketen durch etwas zu ersetzen, das den Treibstoff nicht mit sich führt? Kanonenwerfer haben Grenzen, und wenn Sie keine viele Kilometer lange Railgun bauen, wird es nicht helfen. Wenn Sie so viel Geschwindigkeit wie möglich erreichen, während Sie sich noch in der Atmosphäre befinden, können Sie Reaktionsmasse einsparen und Sauerstoff erhalten, ohne alles zu tragen, aber wie viel spart das? Es stützt sich immer noch auf den Zinseszins der Raketengleichung und das Abschneiden des Bodens spart ein Vielfaches der direkten Ersparnisse. Die einfache Wiederherstellung und Wiederverwendung der Bühne (da es sich um ein Flugzeug handelt) muss gegen die Gewichtseinsparung abgewogen werden, wenn sie wegwerfbar ist!

Was wäre, wenn Sie persönlich zum Mond fliegen wollten? Hunderte von Pfund mit Lebenserhaltung und Snacks kommen auf Millionen von Dollar.

Wenn Sie erst viel später, wenn die Weltraumindustrie bereits ausgereift ist, an chemischen Startraketen vorbeikommen, wie wäre es dann, wenn Sie den Raketentreibstoff billig machen würden?

Sie können keine exotischen Giftstoffe haben, genauso wie Autos jetzt der Abgasregulierung unterliegen. Der Raketenauspuff muss umweltfreundlich sein, was bedeutet, dass er nicht so stark ist, wie er sein könnte, wenn Sie die stärksten Chemikalien ohne Einschränkungen auswählen könnten.

Aber der Mangel an seltenen Metallen und dergleichen wird die Produktion auch billig machen. In einer Zukunft mit fortschrittlicher Chemie und Nanotechnologie können wirksame Moleküle entworfen und sicher eingeschlossen werden, indem nur gewöhnliche Lebenselemente verwendet werden. Hey, es könnte auf Bäumen wachsen. Wenn das Sammeln und Anordnen der Atome billig ist, sind Sie letztendlich durch die Menge an Energie begrenzt, die Sie speichern. Weniger Leistung pro Masse zahlt sich über die Raketengleichung exponentiell aus, aber schauen Sie sich an, was Petrolium ist: organische Moleküle. Oder flüssiger Sauerstoff und Wasserstoff: Was wäre, wenn das außer den Energiekosten billig wäre?

Später, aber vor der Möglichkeit von Weltraumaufzügen, wird ein kommerzieller Durchbruch darin bestehen, Industriematerialien von der Erde zu beziehen, anstatt sie zu heben. Wir werden Rohstoffe und Fertigwaren importieren , und der Weggang wird teuer. Da Sie nur zu LEO gelangen müssen und dann alle lebenserhaltenden und lebenden Unterkünfte aus dem Weltraum und nicht von der Erde gehoben werden, beträgt mein Ticket (ein 250-Pfund-Mann) mit den heutigen Raketen 251.000 US-Dollar. Die Ertragskraft wird steigen, die festen Infrastrukturkosten werden amortisiert (ich muss das Flugzeug nicht kaufen, wenn ich mit dem Bus fliege), und die Kosten für die Herstellung des Treibstoffs werden im Verhältnis zum Gesamtenergieverbrauch pro Person geringer sein. Ob das bedeutet, dass es erschwinglich ist, um ein paar Jahre zu sparen, oder billig, hängt von Durchbrüchen in unserer Energiewirtschaft ab. Günstige praktische Fusion? Oder einfach nur fast kostenloser Solarstrom?

Viel hängt davon ab, was Sie genau unter einem Durchbruch verstehen.

Einige Durchbrüche wie die landwirtschaftliche Revolution und die industrielle Revolution sind wirklich eine Frage der sozialen Organisation. Dampfmaschinen und relativ ausgeklügelte Maschinen wie wasserradbetriebene Sägen und Mühlen waren bereits im Römischen Reich bekannt, aber da Sklaven- und Tierkraft sehr billig waren, waren mechanische Motoren verschiedener Art Spezialgeräte, die für Dinge wie "Spezialeffekte" verwendet wurden Tempel (eine primitive Atmosphärenmaschine wurde zum Beispiel beschrieben, um Türen in Tempeln zu öffnen). Die Idee der Wissenschaft galt als Hobby für die Reichen und Technologie für die unteren Klassen (Vulcanus, der Gott der Handwerker, war der einzige Gott, der als lahm beschrieben wurde, was Ihnen eine Vorstellung davon gibt, wie Handwerker angesehen wurden). Sogar im 15. Jahrhundert hatten die Venezianer ziemlich moderne Regierungs- und Bankinstitute entwickelt,

Andere Durchbrüche sind das Ergebnis einer tatsächlichen Veränderung unseres Verständnisses des Universums. Die wissenschaftliche Revolution veränderte die Welt von einem zufälligen Ort zu einem Ort von „Ursache und Wirkung“, der quantifiziert und reproduziert werden konnte. Die Newtonsche Mechanik ermöglichte die mathematische Untersuchung von Dingen in größeren und kleineren Maßstäben als zuvor möglich, und Einstein und die verschiedenen Wissenschaftler, die die Quantenmechanik entwickelt haben, haben den Maßstab und den Umfang dessen, was beobachtet und verstanden werden kann, erweitert.

Im Moment scheinen wir uns in einer Art Konsolidierungsphase zu befinden. Wie bereits erwähnt, sind viele der „Durchbrüche“ wirklich Verfeinerungen der Handwerkskunst; Raketen stützen sich immer noch auf ziemlich grundlegende Ideen, die Hunderte von Jahren zurückreichen, und selbst "Smartphones" verwenden einfach Transistor- und integrierte Schaltungstechnologie, die hochentwickelt ist, aber auf Ideen basiert, die mehr als ein halbes Jahrhundert zurückreichen.

Um nicht zu sagen, dass dies nicht nützlich ist, und im NextBigFuture-Blog wird die Idee einer „weltlichen“ Singularität gefördert, bei der die Anhäufung einfacher Verfeinerungen immer noch zu einem massiven Sprung in Reichtum und Fähigkeiten führt.

Wirklich grundlegende Veränderungen sind schwer vorherzusagen und kommen nicht nach einem "Zeitplan". Physikalische Gesetze sind ziemlich gut verstanden, und alle Durchbrüche werden in Größenordnungen erfolgen, die weit über das hinausgehen, was gewöhnliche Menschen erwarten könnten (Kosmologie oder Teilchenphysik). Grundlegende Veränderungen in der Art und Weise, wie wir Wissen organisieren und Dinge verstehen, könnten möglich sein, wenn neue Technologien wie Big Data gut verstanden und Werkzeuge zu ihrer Nutzung verbreitet werden. Ich würde nach einer Art sozialem Wandel in der Größenordnung der landwirtschaftlichen Revolution oder der industriellen Revolution suchen, um wirklich der nächste Durchbruch zu sein. Die interessante Frage dort lautet:

Was wird der Treiber dieser Veränderung sein (die Menschen waren sich der Funktionsweise von Pflanzen während der Jungsteinzeit wohl bewusst, machten sich aber im Allgemeinen nie die Mühe, sie zu kultivieren, und wie erwähnt, hatten die Römer im ersten Jahrhundert n. Chr. Zugang zu primitiven Maschinen und die Venezianer hatten Zugang zu primitiven Maschinen viele der Institutionen, aber nie den letzten Schritt getan haben). Wir haben viele neue Werkzeuge, die von der Gentechnik bis zur Materialwissenschaft reichen; wird einer von diesen das große Ding sein?

Was wird die Änderung auslösen? Die Werkzeuge mögen schon lange vorhanden sein, aber die Bedingungen, die den Durchbruch ermöglichen, werden möglicherweise noch lange nicht gegeben sein.