Читатели научной фантастики со временем становятся умнее, поэтому сделать вашу научную фантастику «умной» (даже если это не сложная научная фантастика) — постоянно меняющаяся цель. Этот более ранний вопрос заставляет меня задуматься о сохранении импульса .
Точно так же, как каждый современный читатель понимает, что на Луне нет воздуха, и он нужен нам, чтобы выжить, некоторые фундаментальные принципы становятся все более широко известными, даже если не известны особенности физики. В частности, Второй закон термодинамики является предметом известной цитаты о разумности любой предложенной идеи, и существуют основные законы сохранения.
Во многих научно-фантастических рассказах присутствует своего рода «космический двигатель», который каким-то образом выходит за рамки современной физики или вносит расширения/изменения в физику во вселенной рассказа.
Я утверждаю, что было бы «глупо» махать руками что-то, что без дальнейших пояснений нарушает закон сохранения импульса. И было бы «умно» указать на этот момент в любом описании драйва или новой физики, хотя бы просто повесить на него колокольчик .
Любая новая физика, а также расширения существующих идей, таких как гравитация, будут сохранять импульс. Это довольно фундаментально: это правда, потому что законы физики не меняются в зависимости от вашего положения в пространстве, а законы могут быть выражены через принцип наименьшего действия . Для целей этого обсуждения считайте, что последнее эквивалентно существованию законов физики, как мы понимаем это понятие.
Итак, если автор придумывал какой-то «космический двигатель», как можно было заставить его сохранять импульс? В связи с этим, какие распространенные идеи (такие как гравитационный двигатель) имеют ловушки, которые требуют дальнейшей работы, чтобы создать более разумную идею в этом отношении?
Я ищу различные вещи, которые автор мог бы использовать для решения проблемы в целом или для определенных классов дисков, а также детали для более умного и продуманного научно-фантастического диска. Наконец, особенно интересны детали, которые можно использовать в качестве элементов сюжета (а не просто скрывать недоверие).
Для сохранения импульса нужна какая-то реактивная масса. Что-то, что также получит импульс для чистого изменения 0.
В современных ракетах для этого используется выхлоп, но мы гораздо чаще используем другую массу. Это планета Земля. Машины, поезда, люди — мы «сбрасываем» импульс на нашу планету. Через трение, но если вы можете сделать это бесконтактным способом на большом расстоянии, вы готовы к работе. Толкать или притягивать Солнце или другие звезды тоже может быть аккуратно.
Вероятно, удельный импульс такого привода и его максимальная «тяга» будут зависеть от расстояния до тела, которое вы хотите использовать, и его массы. При манипулировании гравитацией вы также могли только толкать или тянуть, но не более того. Это потребовало бы трех «якорей» для многих маневров, что сделало бы Солнце-Землю-Луну красивым набором, но также сделало бы маневры более сложными и сложным образом зависящими от времени. "Нельзя ходить в полнолуние". Наконец, если вы знаете, что большую часть времени вам нужно три якоря, вам нужно, по крайней мере, три работающих двигателя и один или два запасных. В случае неудачи маневры с использованием только двух будут крайне ограничены. Но с другой стороны, я могу представить спортивные налегке одноместные суда, специально построенные с одним или двумя толкателями, и астероиды, созданные только для игры. У спортивных пилотов было бы уникальное место,
Тахионный привод Джона Крамера
Это одна из лучших концепций для космического диска. Энергия и импульс сохраняются. Физика более чем спекулятивна, но спекулятивность не должна быть проблемой для научной фантастики.
Рассмотрим центральную проблему ракетной техники: как можно сжигать топливо при достаточно высокой скорости истечения, чтобы обеспечить приемлемую тягу без чрезмерного расхода энергии. Это дилемма, от которой страдает наша космическая программа, и решения, которые мы разработали, не очень хороши.
Итак, давайте рассмотрим устройство, которое производит большое количество тахионов E=0 и использует их как выхлоп бесконечной скорости «ракеты». В рамках ограничений законов сохранения физики мы можем создать бесплатно столько тахионов, сколько захотим, при условии, что мы создадим их в парах нейтрино-антинейтрино, чтобы сохранить спин и лептонное число. Сохранение импульса не является проблемой, потому что мы хотим и нуждаемся в импульсе импульса, полученном от испускания пары нейтрино-антинейтрино. Это оставляет нас иметь дело с энергосбережением
Парадокс здесь заключается в том, что при выхлопе тахионов с большим импульсом, производимом без затрат энергии и излучаемом из задней части нашего космического корабля, корабль, казалось бы, получает кинетическую энергию из ниоткуда, в нарушение закона сохранения энергии. Решение этого парадокса (как можно продемонстрировать, рассматривая системы частиц) заключается в том, что процессы, производящие тахионы, также должны потреблять достаточно внутренней энергии, чтобы объяснить прирост кинетической энергии системы. Таким образом, транспортное средство с тахионным приводом можно заставить парить без затрат энергии (антигравитация!), но оно может получить кинетическую энергию только при наличии сравнимого количества накопленной энергии.
Крамер даже предлагает правдоподобный механизм генерации тахионов для питания этого гипотетического двигателя.
Как мы можем устроить двигатель, производящий большие потоки пар электронных нейтрино-антинейтрино, излучаемых в выбранном направлении? Все, что я могу здесь сделать, это изложить проблемы и строить догадки. Нейтрино образуются при слабом взаимодействии, названном так потому, что оно на много порядков слабее, чем электромагнетизм. Производство нейтрино любого вида маловероятно. С другой стороны, в любом квантовом реакционном процессе квадрат стоимости энергии появляется в знаменателе вероятности, и если эта энергия равна нулю, это должно обеспечивать большую вероятность. Хитрость может состоять в том, чтобы устроить некую реакцию или процесс, которые в принципе сильны, но тормозятся законом сохранения импульса. Тогда испускание пары нейтрино-антинейтрино для обеспечения необходимого импульса с нулевой затратой энергии заставит процесс пойти.
Вот он: тахионный привод. Научно обоснованный гипотетический космический двигатель, основанный на спекулятивной физике. В настоящее время тахионы вышли из моды, но вы никогда не знаете, когда какая-то старая концепция, считавшаяся давно забытой, подвергается воскрешению и становится новейшей горячей и сексуальной наукой.
Возможна вполне обычная реакция, как в случае с ракетой, но она невидима и не имеет никакого эффекта, поэтому ею можно пренебречь. Мы знаем о темной материи, так почему бы не запустить ракету из темной материи ?
Тем не менее, обычная причина наличия «космического привода» состоит в том, чтобы сэкономить энергию, необходимую для набора скорости, и обеспечить ускорение, которое могло бы раздавить экипаж, если бы оно выполнялось обычным способом. Так что, вероятно, нам вообще не нужны ракеты.
Если у вас есть какой-то новый способ увеличить скорость и т. д., но вы отмахиваетесь от проблемы импульса, говоря, что он уносится излучением темной материи, у вас все еще есть обычное ракетное уравнение, применяемое к энергии, необходимой для уноса балансирующей массы.
Возможно, корабль вообще не движется в пространстве, но космический пузырь, содержащий корабль, может двигаться. Обычно мы хотим, чтобы корабль, который не находится в гиперпространстве, не прыгает и т. д., присутствовал в космосе, чтобы он мог познавать вселенную вокруг себя (например, сталкиваться с вещами). Так что иметь механизм варпа/гиперпространства/прыжка, а затем делать его медленнее света (из-за правил причинно-следственной связи?) немного странно.
Но мы можем извлечь пользу из общего механизма между варп-двигателем (гиперпространство, прыжки и т. д.) и «досветовыми» двигателями. Корабль движется в пространстве обычным способом. Но двигатели используют сверхсветовую технологию для передачи энергии и импульса через червоточины, варп-пространство или что-то еще. Преимущество этого заключается в использовании общих механизмов, что всегда полезно.
Подумайте об аналогии с канатными дорогами , которыми славится Сан-Франциско. Он спускается под улицу, чтобы схватить кабель, получая таким образом мощность двигателя от двигателя, расположенного в другом месте города. Двигатель не должен двигаться ни сам, ни его топливо. Доставка энергии/импульса невидима для обычных автомобилей на дороге.
Двигатель космического корабля мог попасть в другое измерение через червоточину, гиперпространство или что-то еще. Корабль сам по себе не путешествует через подпространство, но движутся энергия и импульс. Аналогия дает то, что мы конкретно хотим от космического корабля: ему не нужно нести собственный источник энергии и топливо, освобождая нас от тирании уравнения ракеты.
Он может использовать центральный источник питания или систему буферов энергии и импульса для экономии потребляемой мощности. Учтите, что корабль, идущий в одну сторону, и другой корабль, идущий в противоположном направлении, в паре будут уравновешивать импульс. И корабли, как правило, ходят туда и обратно по одному и тому же маршруту. Подпространственная кабельная система могла бы соединяться с каким-то буфером , который позволял бы перемещать импульс между противоположными видами использования, а не просто терять его. То же самое и с энергией: если вы сможете восстановить энергию разрушения, вы сэкономите огромное количество энергии.
Представьте, что двигатели подпространства могут соединяться друг с другом по нужному адресу. Два корабля могут столкнуться друг с другом с помощью своих двигателей через подпространство. Или корабль может столкнуться с огромным реактивным колесом и точно так же может разбиться о противоположную сторону того же колеса.
Вы также можете отметить, что использование технологии гиперпространства для этого подхода всегда может избежать нарушения правил причинно-следственной связи, с которыми может столкнуться сверхсветовое путешествие.
В общем, если кажется, что сохраненная величина нарушена, вы только что нашли другую форму этой величины. Энергия может потребляться столь многими способами, что легко потерять ее из виду. Угловой момент может передаваться в магнитные поля (и изобретены новые поля), а также во вращающиеся объекты. Но линейный импульс действительно должен быть массовым или безмассовым движением частиц, требующих для этого определенного количества энергии. Это возвращает нас к невидимой ракете.
Итак, потеряйте импульс в другой вселенной. Но, как и в случае с невидимой ракетой, вы хотите получить энергию и импульс, а не тратить их. Итак, предположим, что в этой вселенной есть потоки импульса, к которым вы можете подключиться, например, к рекам или уличным кабелям. Это похоже на досветовые двигатели гиперкосмической техники, но с естественным источником. Если вы думаете об этом как о ветре или водяных потоках, вы можете «переплыть» их, исследуя желаемую глубину, и это может дать вам ограничения в отношении того, что доступно: в комплекте со штормами и депрессиями. Это дает богатый сюжетный корм прямо здесь.
Поскольку потоки повсюду, это не какой-то подлый сверхсветовой сверхсвет, так что вам вообще не нужно беспокоиться о нарушении причинно-следственной связи. И тот же самый механизм дает вам неограниченную энергию в целом для вашего общества.
Может быть, ваш драйв «толкает» всю массу во Вселенной. Это кажется безответным драйвом, но баланс распространяется на все . У этого есть свои проблемы относительно сверхсветовой причинности. Это быстрый взмах руки для любой конструкции X, которая у вас уже есть, и вам нужно оттенить закон сохранения.
С точки зрения использования его в качестве принципа для проектирования космического двигателя, у вас все еще есть проблема с передачей всей энергии и созданием разницы в импульсе, поэтому вы можете также использовать более обычную ракету-невидимку.
На ручном уровне безреактивный драйв просто объясняется теорией объединения. Точно так же, как масса и энергия не сохраняются по отдельности (иначе ядерные реакции не работали бы), так и эта продвинутая теория объясняет, что импульс и энергия не сохраняются по отдельности, а могут быть преобразованы из одного в другое. На «нормальном» уровне опыта, конечно, они разделены, так же как масса и энергия разделены, и их законы сохранения считаются независимыми.
Детали оставлены в качестве упражнения для читателя.
В 50-х и 60-х годах условия, необходимые для того, чтобы объединение дало практические результаты, обычно описывались как взаимодействующие, противоположные магнитные поля, которые «напрягают ткань пространства-времени», но это, очевидно, потеряло популярность, и по очень веской причине. - Противоположные магнитные поля могут нагружать генераторы, но самим полям все равно.
Высокие уровни энергии, похоже, тоже не помогают, поскольку в БАК сохраняется импульс, а локальные уровни энергии, связанные с его столкновениями, приближаются к действительно фундаментально важным уровням.
Представление такой теории, очевидно, является сложной задачей для автора, и лучшая стратегия, по-видимому, состоит в том, чтобы просто упомянуть ее мимоходом. Можно отмахнуться от деталей, считая их слишком сложными для всех, кроме величайших исследователей, или, возможно, зависящими от таких монументальных уровней вычислений, которые требуют невероятно мощных компьютеров (со столь же мощным программным обеспечением).
пользователь