Fra en samtale mellom professor og vitenskapsmann Yan Calmeyer Friis og førsteamanuensis og digitalsonderer Gerd-Petter Tandsteen.
Som vitenskapsmann med en viss tyngde har jeg lenge ønsket å utvikle en banebrytende maskin, en blanding av heis og tog, drevet etter fritt-fall-prinsippet. I stedet for å reise over jorden i flyvende maskiner, reiser man gjennom den. Reisetiden fra Oslo til Bangkok beregnes i dag til rundt 11 timer. Min oppfinnelse vil korte ned reisetiden til vel 40 minutter. Uten å bruke så mye som en milliliter fossilt drivstoff.
Det eneste man trenger, er en tunnel – ja, etter hvert ganske mange – om man ønsker alternative reisemål. Men pilotprosjektet blir altså en cirka 800 mil lang underjordisk tunnel mellom Oslo og Bangkok. Man setter seg i behagelige seter, fester sikkerhetsselen. Og glem for all del ikke fartsbrillene, da disse egner seg godt i sterk akselerasjon, det har jeg sett på amerikanske dokumentarofilmer av jagerflyvere i vindtunneler.
Da turen tar rundt 40 minutter, må passasjerene kunne forvente at det serveres et enkelt lite måltid. Passasjerene oppfordres til å bli sittende under hele reisen, med mindre naturen vil noe annet. Da er rett tidspunkt akkurat idet fartøyet passerer såkalt halvgått løp og høyeste hastighet er oppnådd. Men dette vinduet er åpent i et svært kort øyeblikk, så man må være lynrask. Når oppbremsningen begynner, vil det være vanskelig å kontrollere strålen, og enda vanskeligere å finne tilbake til setet.
De fysiske lover sørger for at ferden avsluttes naturlig, hvilket er helt genialt. Gravitasjonskreftene akselererer fartøyet inn mot sentrum (eller halvgått løp om man velger en såkalt kordetunnel), og bremser det ned på veien ut av sentrum. I samme øyeblikk som man når perrongen i Bangkok, vil farten være nøyaktig 0. Da hektes noen kraftige kramper fast rundt farkosten, så den ikke begynner på returreisen tom, eller enda verre: mens folk forsøker å gå av.
Prisen for en reise er vanskelig å anslå i dag, men jeg vil tro at man på sikt skal kunne konkurrere med flyselskapene. Reisetiden er jo et vektig argument i seg selv, og folk er nok villig til å betale ekstra for det.
Man sitter svært behagelig i 18.000 km/t. Om alt går etter planen. Dessverre drøyer ingeniørene med å finne sterke og trygge tunnelløsninger.
Så langt meg selv. Her reaksjonene til førsteamanuensis Tandsteen:
– Det medgis at prosjektet ikke er så lattervekkende som først antatt. Flere av Calmeyers hovedprinsipper stemmer faktisk. La meg ta det punktvis:
1. I stedet for å reise over jorden, reiser vi gjennom den. GODKJENT! Dette er den klassiske idéen bak et gravity train. I en idealisert jord med jevn tetthet, en rett tunnel, perfekt vakuum og ingen friksjon, vil gravitasjonen akselerere farkosten mot tunnelens midtpunkt og deretter bremse den på den andre halvdelen. En rett gravitasjonstunnel får i denne modellen en reisetid på omtrent 42,2 minutter, bemerkelsesverdig nok uavhengig av hvor lang korden er.
2. Men Oslo–Bangkok går dessverre (eller heldigvis) ikke gjennom jordens sentrum. Dette er første mindre reguleringssak før byggestart. Oslo og Bangkok ligger bare rundt 78° fra hverandre sett fra jordens sentrum. Den rette tunnelen blir omtrent 8020 km lang, og det dypeste punktet ligger cirka 1420 km under jordoverflaten. Du kommer altså aldri i nærheten av kjernen. Du befinner deg fremdeles i mantelen, som strekker seg ned til omtrent 2900 km. Det er gode nyheter. Vi slipper å kjøre passasjertrafikk gjennom flytende jern.
3. Bruker ikke drivstoff. Helt korrekt. Hvis farkosten starter i ro og systemet er ideelt friksjonsfritt, tilfører gravitasjonen den kinetiske energien på vei ned og tar den tilbake på vei opp. Du trenger ikke rakettmotor for selve turen. Jeg vil likevel anbefale at prospektet ikke skriver «null energiforbruk» med altfor store bokstaver. Å holde en åtte tusen kilometer lang tunnel vakuumert, avkjølt, stabilisert, styrt og magnetisk kontrollert inne i jorden, kan medføre en utfordring for din strømleverandør.
4. Hastigheten. I den enkle modellen kommer Oslo–Bangkok-farkosten opp i omtrent 5 km/s, altså rundt 18.000 km/t, ved tunnelens dypeste punkt. Hadde tunnelen gått gjennom jordens sentrum, ville hastigheten blitt markant høyere: 28.000 km/t.
5. Fartsbrillene kan strykes. Jagerflybriller beskytter hovedsakelig mot vind, støv og andre ubehageligheter ved å ha luft i stor fart rundt hodet. Inne i en lukket farkost følger luften med passasjerene. Ved 18.000 km/t kan du derfor sitte uten briller og lese avisen. Man merker ikke hastigheten. Det følger altså ingen Top Gun-følelse med de 18.000 km/t.
6. Catering. I en tunnel som går rett gjennom sentrum, vil passasjerer, farkost, kaffe og krutonger falle side om side, og kabinen blir tilnærmet vektløs hele veien. Servering av tomatsuppe blir da en aktivitet med betydelig publikumsdeltakelse.
Men Oslo–Bangkok-tunnelen er en korde langt utenfor sentrum. Gravitasjonen har derfor også en komponent på tvers av tunnelen, inn mot jordens sentrum (se illustrasjon øverst i artikkelen). Gulvet må holde farkosten på den rette banen, og passasjerene vil dermed få en slags kunstig «nedoverretning». I den aller enkleste modellen tilsvarer den omtrent 0,78 g.
Vertinnen kan faktisk sette et rundstykke på et brett og med rimelig sannsynlighet finne det igjen. Kaffen er et problem. Uten en tydelig nedoverretning blir den ikke liggende trygt i koppen. Den danner klumper og dråper som svever rundt. Såkalte skolde-dråper. Det føles som prikkedøden om uhellet er ute. Rundstykket klarer seg bedre, forutsatt at det er pakket inn og ikke er for hardt i skorpen.
Her kommer rundstykkene. Typisk fenomen på sentrumsbanene.
7. At «toalettvinduet» skal oppstå ved maksimal hastighet, er basert på en misforståelse, professor Calmeyer. Det er riktig at farkostens akselerasjon langs tunnelen blir null ved midtpunktet, samtidig som hastigheten er maksimal. Men det betyr ikke at det oppstår et magisk femsekundersvindu hvor folk plutselig kan reise seg. De trenger ikke det. Faktisk vil den langsgående gravitasjonsakselerasjonen virke på både farkosten og passasjeren hele veien. Du behøver ikke sitte fastspent engang. Så lenge styringen er jevn, kan man i prinsippet bevege seg langt mer normalt enn professor Calmeyer antok. Det blir altså ingen kabinmeldinger som denne: «Toalettene er nå åpne i 4,7 sekunder. Passasjerer bes urinere svært raskt.»
8. Professor Calmeyer skriver: «Når oppbremsingen begynner, vil det være vanskelig å gå normalt.» Det er feil. Gravitasjonen bremser både toget og deg. Du blir ikke kastet fremover, slik du blir når en bil bremser, fordi bilen bremses av dekkene mens kroppen din ønsker å fortsette. Her bremses kroppen din av gravitasjonsfeltet samtidig med farkosten.
9. Nøyaktig 0 km/t når man når Bangkok, skriver professoren. JA. Med noen forbehold. Dette er uansett den vakreste delen av hele ideen. Starter du i ro på én side og de to endepunktene ligger på samme gravitasjonspotensial, og vi later som friksjon, luftmotstand og andre tap ikke eksisterer, kommer du opp på den andre siden med nøyaktig den kinetiske energien du startet med: null. Og professoren har helt korrekt identifisert neste problem. Hvis farkosten ikke festes ved ankomst, står den ikke høflig og venter ved perrongen. Den er nå kommet til vendepunktet i en gravitasjonspendel. Den begynner å falle tilbake mot Oslo. Klemmene som skal holde farkosten fast til perrongen, er altså ikke en komisk detalj. De er en nødvendig del av stasjonsanlegget.
10. Og nå kommer problemet som dreper hele prosjektet: Tunnelen.
Mantelen er hovedsakelig fast bergart som først oppfører seg plastisk over geologiske tidsskalaer. Temperaturen overstiger 1000 °C allerede i mantelen, og både temperatur og trykk øker voldsomt med dybden. Den flytende delen av jorden er hovedsakelig den ytre kjernen; mantelen er ikke en praktisk lavagrøt som man bare kan stikke et rør gjennom. Vi skal altså konstruere et 8000 kilometer langt vakuumrør, deler av det omtrent 1420 kilometer under jordoverflaten, gjennom ekstremt varm stein under enormt trykk.
Til sammenligning nådde Kola-borehullet omtrent 12 kilometer.
Pilotprosjektet krever dermed at tunnelindustrien forbedrer sin maksimale dybde hundre ganger, samtidig med at tunnelen skal være stor nok til passasjertrafikk, vakuumtett, geometrisk presis og permanent stabil.
Om det ønskes at jeg trer inn i styret for dette prosjektet, kommer jeg til å varsle om at det er «noe gjennomføringsrisiko knyttet til infrastrukturen». Og vi har ennå ikke nevnt utfordringene forbundet med jordrotasjon, corioliskrefter, varmebeskyttelse, jordskjelv eller hva som skjer dersom vakuumsystemet får en lekkasje mens ekspressen gjør 18.000 km/t.
Vi vet at: Toget fungerer. Gravitasjonen fungerer. Reisetiden fungerer. Energiprinsippet fungerer. Ankomsten fungerer. Rundstykket fungerer sannsynligvis også.
Det eneste som foreløpig ikke fungerer, er professorens unnvikende svar når han konfronteres med det åtte tusen kilometer lange hullet toget skal gå i. Det er ikke som å bygge et nytt E18, herr Calmeyer!
Professor Calmeyer: – Men min plan er da bedre og mer gjennomtenkt enn det man ble presentert for i filmen «Total Recall»!
Førsteamanuensis Tandsteen: – På ett viktig punkt: ja. «Total Recall» brukte en jordgjennomgående transportidé fordi den så spektakulær ut. Du har i det minste begynt å stille de plagsomme oppfølgingsspørsmålene om gravitasjon, nullfart ved ankomst, sideavdrift, vakuum og passasjerservering.
Professor Calmeyer: – Når anslår du at mitt prosjekt kan ta sin jomfrutur?
Førsteamanuensis Tandsteen: – Hvis jeg skal være faglig redelig, er jomfruturen fortsatt i kategorien «ca. aldri». Ikke fordi gravitasjonsdelen svikter, men fordi tunnelteknologien mangler noen beskjedne mellomsteg, blant annet evnen til å holde et enormt vakuumrør åpent og stabilt mer enn tusen kilometer nede i ekstremt varm, deformérbar mantel.
Jordekspressen må i praksis ha kontinuerlig automatisk styring, ikke en «pilot» i vanlig forstand. Systemet må hele tiden måle posisjon, retning og avstand til tunnelveggen og korrigere med ekstremt små, raske impulser. Jeg ville sett for meg magnetisk levitasjon og styring, slik at kapselen aldri har fysisk kontakt med tunnelen.
Stor hastighet betyr ikke stor følt kraft. Stor kontaktakselerasjon gjør det. Det er derfor 18.000 km/t kan føles rolig, mens en bilulykke i 50 km/t kan føles svært overbevisende.
Tenk slik:
Normal drift: Kapselen svever fredelig gjennom tunnelen.
Mindre navigasjonsfeil: Datasystemet korrigerer automatisk.
Større navigasjonsfeil: Prosjektet opphører å være kollektivtransport og blir en svært kostbar studie i høyhastighetskollisjoner.
Gjenstår fortsatt: Tunnelen.
Hvis målet er å få prosjektet fra «praktfull fysikkfantasi» til «fortsatt absurd, men litt mindre absurd», bør sentrumsløsningen unngås. Hvis Jordekspressen går mot sentrum i rundt 28.000 km/t, og vi forutsetter en mirakuløs tunnel som faktisk holder seg åpen, er selve farten ikke problemet så lenge farkosten holder seg perfekt i tunnelen. Problemet oppstår i det øyeblikket tunnelen svikter, deformeres noen meter, fylles med materiale eller styringen avviker.
Da møter farkosten ikke en vennlig sjø av lava. Mantelen er hovedsakelig fast bergart, riktignok så varm og under så høyt trykk at den kan deformeres plastisk over svært lange tidsrom. Den ytre kjernen er flytende metall, hovedsakelig jern og nikkel, mens den indre kjernen er fast.
Så dersom tunnelen kollapser, er situasjonen omtrent:
28.000 km/t mot fast, ekstremt komprimert stein eller metall.
Det blir ikke et spørsmål om at toget «bremser fort». Fronten på farkosten og materialet foran den blir utsatt for voldsom kompresjon og sjokkoppvarming. Ved rundt 7,8 km/s er vi i et hastighetsområde der sammenstøtet begynner å ligne mer på en hypervelocity-impact enn en togulykke. Materialer deformeres, fragmenteres og delvis fordamper eller ioniseres lokalt. Farkosten ville i praksis bli ødelagt nesten momentant. Man får ikke kastet opp frokosten engang.
Professor Calmeyer ignorerer den fordekte Tandsteen og ønsker velkommen. Han er nesten helt sikker på at han har oppfunnet en gave til menneskeheten.
Kjøp bøker fra Document Forlag her!
