Plasmaet i midten af ​​denne fusionsreaktor er så varmt, at det ikke udsender lys; det er kun det køligere plasma, der er placeret ved væggene, der kan ses. Tip om magnetisk samspil mellem de varme og kolde plasmaer kan ses. Billedkredit: National Fusion Research Institute, Korea.

5 Utrolige fremskridt Videnskab kunne købe med regeringens $ 600B militære budget

For kun et års værdi af det amerikanske militærbudget kunne vi transformere verden.

De Forenede Stater bruger mere på militære udgifter end de næste ti nationer tilsammen: anslået $ 600 milliarder årligt. I mellemtiden er de samlede budgetter for NASA og National Science Foundation tilsammen kun $ 25 milliarder, eller cirka 4% af vores militære budget. Mange astronomer, astrofysikere, ingeniører og videnskabsfolk fra alle overtalelser drømmer om de fordele, som milde stigninger i deres budgetter kunne medføre, men dette er små, trinvise drømme.

Hvad hvis vi virkelig nåede ud til stjernerne? Hvad hvis vi drømte om en dag, hvor vi investerede i fredelig forskning til forbedring af menneskeheden, lige så meget som vi investerede i krig, forsvar og militæret? Hvis vores plads- og videnskabsbudgetter steg op til 600 milliarder dollars, enten i stedet for eller ud over hvad vi brugte på militæret, ville det, vi kunne udrette, være enormt. Her er fem muligheder for, hvad vi kunne gøre med kun et års værdi af udgifter på militærniveau.

En fusionsenhed baseret på magnetisk indesluttet plasma. Varm fusion er videnskabeligt gyldig, men er endnu ikke praktisk taget opnået for at nå 'breakeven'-punktet. Billedkredit: PPPL-ledelse, Princeton University, Department of Energy, fra FIRE-projektet.

1.) Det ultimative energi gennembrud: en netto-energiproducerende atomfusionsreaktor. Mens der er flere forskellige metoder, vi har til at opnå nuklear fusion, er den mest lovende vej gennem magnetisk indeslutning. Et internationalt konsortium, kendt som ITER, blev indledt så langt tilbage som Reagan-Gorbatsjov-æraen, og konstruktionen er endelig planlagt til at være færdig i 2019, efter en samlet investering på omkring 20 milliarder euro. Derefter vil det tage endnu et årti at få plasmaet til at køre med succes, og derefter i 2030'erne kan det skubbe forbi breakeven-punktet og smelte sammen deuterium og tritium.

På mange måder er det eneste, der forhindrer fusionskraft gennemtrængning gennem vores verden i dag, denne investering i forkant med en utrolig langvarig gevinst. For omkostningerne ved militærets budget for blot et enkelt år kunne vi ikke kun opnå nuklear fusion, vi kunne lære at skalere det og revolutionere, hvordan vi håndterer magt og energi på Jorden. Det er den ultimative hellige gral for energi, og den største barriere for dens succes er ikke fysik, men en mangel på investering.

Mars sammen med sin tynde atmosfære, som det er fotograferet fra Vikingebanen i 1970'erne. Selv med vanskelighederne ved at bo på den røde planet kunne en succesrig menneskelig koloni opnås for så lidt som 50 milliarder dollars. Billedkredit: NASA / Viking 1.

2.) Mindst fire separate menneskelige kolonier på Mars. Mennesker på Mars? Det eneste, der stopper os, er finansiering, og det har været sandt siden 1990'erne. Med en vedvarende investering på mellem $ 50 og $ 150 milliarder i alt over 10 år kunne vi lande en række udstyr på Marsoverfladen, derefter en besætning af mennesker, som ville bo i alt fra 6 til 18 måneder, før de vendte hjem. Selv i den maksimale ende af dette kunne vi oprette fire separate, uafhængige kolonier på en anden planet til prisen for kun et års amerikansk militærudgifter. Den eneste grund til, at vi ikke allerede har gjort det, er finansiering.

To arbejdere, der installerer en tilt-up fotovoltaisk opstilling på et tag nær Poughkeepsie, NY. En lille opsætning på 2 kW kan nu være kommercielt tilgængelig for under $ 5000. Billedkredit: Wikimedia Commons bruger Lucas Braun.

3.) Et 2.000 watt solenergisystem til enhver amerikansk husstand. Der er masser af revolutionerende teknologier, der er udstyret med solenergi, fra gennemsigtige vinduer til helvedesild til sidespor. Men den billigste, mest effektive solteknologi er stadig solcellepanelet. Systemer, der genererer cirka 2.000 watt, er nu under $ 5000 og giver anslået 175-375 kWh pr. Måned. Med omkring 125 millioner husstande i USA kunne et budget på 600 milliarder dollars give et af disse systemer til hver husstand i landet, hvor den gennemsnitlige amerikaner bruger 920 kWh pr. Måned.

Det ville ikke løse vores energibehov, men det ville reducere byrden på vores elektriske net betydeligt og reducere vores fossile brændstofforbrug dramatisk. Og det ville træde i kraft med det samme, eller i det mindste så hurtigt, som vi kunne producere så mange solcellepaneler.

En hypotetisk ny accelerator, enten en lang lineær eller en, der omgiver Jorden, kunne dværge LHC's energier. Selv ved det er der ingen garanti for, at vi finder noget nyt. Billedkredit: ILC-samarbejde.

4.) En partikelaccelerator i landestørrelse 40 gange så kraftig som LHC. Så du troede, at LHC var sjovt? Det har opnået proton-proton-kollisioner ved 14 TeV energi i en 27 kilometer lang tunnel, under jorden, og det er gjort for en samlede omkostning på omkring 10 milliarder dollars. Hvad kunne vi bygge 60 gange så meget? Tro det eller ej, der er kun to gratis parametre, der bestemmer, hvor høj energi din cirkulære accelerator kan få protoner til at gå: styrken af ​​de elektromagneter, der bruges til at styre dem, og omkredsen af ​​din ring.

For $ 600 milliarder kunne vi bygge en tunnel omkring 1000 kilometer rundt og opnå proton-på-proton-kollisioner på over 500 TeV. Hvis vores elektromagnet-teknologi fortsætter med at forbedre, kan vi endelig knække PeV (hvor 1 PeV = 1.000 TeV) -grænse. Det næste trin op fra en ring, denne store ville være en "Fermitron", der først blev forestillet af Enrico Fermi, af en partikelaccelerator, der omkræver hele Jorden. Hvis LHC viser noget nyt ud over Higgs boson, vil der være en stærk videnskabssag til at undersøge det næste niveau i energigrænsen.

Et simuleret billede af den samme del af himlen med den samme observationstid med både Hubble (L) og LUVOIR (R). Forskellen er betagende, og dette er kun for en stigning i lysopsamlingskraft med en faktor 40. Billedkredit: G. Snyder, STScI / M. Postbud, STScI.

5.) En "super-Hubble", der er mere end 100 gange så kraftig som dagens. Hubble-rumteleskopet var et revolutionerende observatorium, og er på mange måder stadig den øverste hund inden for astronomi og astrofysik. Men med kun 2,4 meter i diameter nåede den allerede sin maksimale opløsning. For at se objekter ti gange så svage, er det nødvendigt at observere dem i 100 gange så længe! Men hvis vi byggede et rumteleskop ti gange diameteren, 24 meter, ville det ikke kun have ti gange opløsningen, men på bare 2 timer kunne se, hvad det tager Hubble over en uge at se.

James Webb-rumteleskopet med sit segmenterede design, solskærm og automatiseret robotteknologi kan fungere som et bevis på-konceptet for en mission som denne, men den begrænsende faktor er finansiering. For at få den størrelse, billedkvalitet og lancerings- og servicefunktioner, der er nødvendige for at gøre en behemoth som denne mulig, ville det kræve en enorm investering. For $ 600 milliarder kan vi muligvis komme helt op til en diameter på mellem 30 og 40 meter, men "100 gange så kraftfuld som Hubble" er et meget konservativt skøn. Det og de teknologier, vi ville udvikle, ville være lige så revolutionerende for menneskeheden som alt, hvad der kom ud af Apollo-programmet.

En illustration af, hvordan en menneskelig koloni på Mars kan se ud, selvom den gøres billig. Billedkredit: Mars One (gengivelse).

For meget, meget mindre end 600 milliarder dollars, kunne vi naturligvis yde ekstraordinære bidrag til hver enkelt af disse på én gang. ITER, den internationale termonukleare eksperimentelle reaktor, er stadig under opførelse med en anslåede samlede omkostning på 40 milliarder dollars for alle dens samlede udgifter i løbet af sin levetid, hvilket skulle strække sig ind i 2030'erne. En enkelt besætning til Marsoverfladen, tur-retur, kunne udføres ansvarligt for så lidt som 50 milliarder dollars, inklusive massiv infrastrukturudvikling af Marsoverfladen. 2 kW solenergiinstallationer er kommercielt tilgængelige for under $ 5000 pr. Stk. Og kan reducere en gennemsnitlig strømregning med 25% hver måned, den er i drift. "Mindre" supercollidere er omkostningsberegnet i intervallet 20-40 milliarder dollars og ville nå energiniveauer, der er mange gange større end LHC. Og LUVOIR, det mest ambitiøse rumteleskopforslag med 40 gange Hubbles lysopsamlende kraft, vil sandsynligvis falde i intervallet ~ 15 milliarder dollars.

Konceptdesignet til LUVOIR-rumteleskopet vil placere det på L2 Lagrange-punktet, hvor et 15,1-meters primært spejl ville udfolde sig og begynde at observere universet og bringe os utallige videnskabelige og astronomiske rigdomme. Billedkredit: NASA / LUVOIR konceptteam; Serge Brunier (baggrund).

Omkostningerne ved at nå vores videnskabelige drømme er faktisk astronomisk høje, men udbetalingen er endnu større. På bare en enkelt generation kunne en investering af denne skala i videnskab og teknologi transformere vores verden på en måde, vi aldrig har set før. Bare et års års værdi af militærbudgettet - hele 600 milliarder dollars - kunne mere end fordoble vores investering i rumfarts- og grundlæggende videnskabelig forskning i de næste 25 år. Det ville gøre mere end at gøre Amerika fantastisk igen. Det ville gøre verden stor på en måde, som intet andet kan; på en måde, som menneskeheden aldrig har set før.

Starts With A Bang er nu på Forbes og genudgivet på Medium takket være vores Patreon-tilhængere. Ethan har skrevet to bøger, Beyond The Galaxy, ogTreknology: The Science of Star Trek fra Tricorders til Warp Drive.