Как пересечь галактику, двигаясь медленнее света, за одну жизнь?

Все недавние разговоры о построении мира об огромных энергиях, доступных Кардашевским цивилизациям более высокого уровня, о необходимости систем сообщений на 50 000 лет и так далее, заставили меня задуматься. При наличии достаточной энергии чудесные вещи могут стать возможными в космическом путешествии.

Размер галактики составляет 100 000 световых лет. Люди живут около века в оптимальных условиях. Скорость света не может быть превышена. Как мне доставить живого человека из точки А в точку Б на расстоянии 40 000 световых лет? Кажется непреодолимой проблемой, не так ли?

Прежде чем меня обвинят в дублировании предыдущего вопроса о путешествиях со скоростью, превышающей скорость света, позвольте мне пояснить: с точки зрения наблюдателей на Земле корабль никогда не будет двигаться со скоростью, превышающей скорость света, и этот корабль не будет использовать стиль Алькубьерре. ведет в искривляющее пространство.

Я говорю о искажениях времени и пространства, вызванных релятивистским космическим полетом. Мало того, что время для исследователя на борту корабля течет медленнее с точки зрения наблюдателей дома, но и по мере того, как он ускоряется, кажется, что расстояния в направлении, параллельном направлению движения, сокращаются. В какой-то момент (я думаю, около 70% c с точки зрения Земли) уменьшение расстояния заставит исследователя оценить, что он движется на 100% c, если он предположит, что расстояния, измеренные на Земле, верны. В то же время человек на Земле заметил бы, что исследователь стареет менее чем на один год за каждый пройденный световой год.

Напомним, что приведенные ниже формулы должны быть верны как с точки зрения неподвижного наблюдателя, так и с точки зрения исследователя:
л знак равно л 0 1 − в 2 с 2

т знак равно т 0 1 − ( в / с ) 2

Энергетические потребности, необходимые для разгона корабля до такой скорости, конечно, огромны, но цивилизация Типа II, имеющая 10 26 ватт (джоулей/сек) в его распоряжении, не должно быть никаких проблем с этим.

Действительно ли было бы возможно пересечь Млечный Путь за одну жизнь, если бы вы были готовы бросить друзей и семью?

Как чудовищная временная задержка на родном мире повлияет на готовность общества отправлять исследователей?

Куда пойдут такие экспедиции? Что было бы достойным местом назначения?

Вы совершенно правы! С точки зрения путешественника расстояние кажется сокращенным по длине и, таким образом, преодолевается быстрее. Судя по стационарному кадру, она стареет медленнее и поэтому субъективно проводит меньше времени в поездках. Однако в любом случае она никогда не сможет превзойти световой импульс, движущийся одним и тем же курсом, поскольку в обоих кадрах он будет казаться быстрее.
Проблема в том, что с точки зрения любого, кого вы оставили позади, вам потребовались десятилетия, чтобы достичь цели. Это не совсем сверхсвет, если вы не можете отправиться туда и вернуться в разумные сроки к людям, которых вы оставили...
@TimB, я знаю, отсюда и эффективный FTL, а не реальный. Я все еще думаю, что это захватывающе, что можно путешествовать по Млечному Пути всего за несколько лет личного субъективного времени. Открывается множество вариантов написания истории...
Этот вопрос лучше задать на physics.stackexchange.com . Однако я думаю, что вы игнорируете тот факт, что с точки зрения исследователя скорость исследователя равна 0. Формулы замедления времени, которые вы цитируете, - это то, что наблюдается неподвижным наблюдателем, воздействующим на движущийся объект. Т.е. с точки зрения исследователей это земные часы, которые расширены.
@Taemyr, я с уважением не согласен. Я доверяю своей физике, поэтому не вижу необходимости в форумах по физике. И вопрос хорошо вписывается в «Влияние событий или элементов мира, включая технологии и магию, на конкретные аспекты обществ, культур и окружающей среды этого мира».
Эта идея не нова. См. en.wikipedia.org/wiki/Interstellar_travel#Time_dilation . Коннотации этого также подробно исследуются в сиквелах «Игры Эндера».
@SerbanTanasa Я изложу свои соображения в ответ.
@Tim B: Это проблема только в том случае, если вы заботитесь о людях, которых оставили позади.
@Closers, так что у нас есть тег ftl, но вопросы об эффективном ftl не по теме. Я официально запутался.
Я также должен признать, что меня смущает закрытие этого вопроса. Это не похоже на тему, и, проверив справочный центр, нет ничего, что запрещало бы задавать этот вопрос, и, похоже, он попадает в две основные разрешенные категории. Будет ли тот, кто проголосовал за закрытие, опубликовать ответ о том, почему он проголосовал за закрытие?
Я также хотел бы отметить, что в соответствии с рекомендациями «Лучше / Другим / Более конкретным» для вопросов, на которые можно было бы ответить в другом месте, ответ, основанный на чистой физике, не будет охватывать все элементы построения мира, необходимые для более полного ответа. этот вопрос, например, ответ ОП относительно шкалы Кардашева.
Это может быть немного не по теме, но в этом другом ответе на этом другом обмене стеками рассказывается об орбите планеты Миллера из «Интерстеллар» и о том, что в основном ее орбитальная скорость составляет примерно 0,5 с, но из-за искривления пространства и прочего это снаружи кажется, что он вращается вокруг Гаргантюа каждые 100 миллисекунд. Учитывая количество времени, которое Куп и его коллеги эффективно проводят на планете Миллер, вы можете себе представить, что как только ваш корабль разгонится до достаточной скорости, время, проведенное внутри, не будет таким долгим.
Еще один момент, который следует учитывать, заключается в том, что люди не могут выдержать произвольное высокое ускорение. Это также ограничивает скорость, которой вы можете достичь в своей жизни.
@celtschk Не значительно. Смотрите мой ответ здесь
В какой-то момент путешественник поймет, что приближается к месту назначения со скоростью света, даже если его транспортное средство не движется со скоростью c . Позже, если он сможет продолжать ускоряться, будет казаться, что он приближается со скоростью, кратной скорости света. Конечно, вернувшись на Землю, пройдут эпохи. Таким образом, может показаться, что одно судно доберется до центра Млечного Пути, скажем, за 3 года, потратит несколько лет на его тщательное изучение и вернется на Землю, где пройдет около 50 000 лет.

Ответы (5)

Новый ответ на добавленные вопросы

Действительно ли было бы возможно пересечь Млечный Путь за одну жизнь, если бы вы были готовы бросить друзей и семью?

Это прямая математика. Мы знаем, что необходимая скорость будет довольно близка к 1с. Поэтому нам нужно, чтобы расстояние, которое мы путешествуем, было таким, которое свет преодолеет за одну жизнь. Млечный путь имеет диаметр около 100 000 световых лет, мы хотим, чтобы он был около 50 световых лет.

л знак равно л 0 1 − в 2 с 2
л / л 0 знак равно 50 / 100000 знак равно 1 / 2 000 знак равно 1 − в 2 с 2
1 − в 2 с 2 знак равно 1 4000000
в 2 с 2 знак равно 3999999 4000000
в знак равно с × 3999999 4000000 знак равно ( 1 − 1,25 * 10 − 7 ) с

Это требует 1,8 * 10 20 Дж / к грамм и как таковое было бы огромным, но, возможно, возможным предприятием для цивилизации типа II.

Как чудовищная временная задержка на родном мире повлияет на готовность общества отправлять исследователей?

Это означало бы, что отправка исследователей будет иметь ограниченную пользу. Вы отправляете исследователей изучать мир (или, в данном случае, вселенную). Итак, вы требуете, чтобы они каким-то образом отправляли информацию обратно. Это означает, что для отправки исследователей важен временной интервал на Земле, что означает около 4 лет до ближайшей звезды, плюс 4 года на отправку информации обратно. Это выполнимо, миссия «Розетта» заняла 10 лет, однако по пути она также собрала некоторые интересные данные. Предполагая, что предел в 20 лет для того, как долго мы готовы ждать данных, означает, что мы можем исследовать звезды только в течение 10 лет. Мы знаем о 12 звездах или звездных остатках в этой сфере. Возможно, будет обнаружено больше, но в любом случае это будет довольно небольшой набор. Интересными целями могут быть звездный остаток Сириус B (для сбора данных о звездном остатке), Барнард' s Star (для сбора данных об очень старой звезде) и двойной системе Сириуса (для сбора данных о паре очень молодых звезд). Система Альфа Центавра также интересна, поскольку это ближайшие звезды и единственная цель в сфере 10ly, где могут существовать планеты, подобные Земле. Если бы планета, потенциально похожая на Землю, действительно существовала вокруг Альфы Центавра A или B, то она немедленно переместилась бы на вершину списка. (текущая экзопланета с массой Земли не подтверждена). тогда это сразу же переместит его в начало списка. (текущая экзопланета с массой Земли не подтверждена). тогда это сразу же переместит его в начало списка. (текущая экзопланета с массой Земли не подтверждена).

Куда пойдут такие экспедиции? Что было бы достойным местом назначения?

Помимо науки, как описано выше, нет других направлений, которые стоили бы для людей, остающихся на Земле.

Из-за длительного времени ожидания людей на Земле не может быть места, которое было бы выгодным для инвестора на Земле. Сочетание огромных инвестиций в отправку экспедиции и ожидания возврата от 10 до 1000+ лет означало бы, что окупаемость инвестиций будет незначительной.

Это означает, что любая экспедиция должна иметь ценность для людей, совершающих экспедицию. - Урегулирование - единственная причина, которую я мог представить как потенциально стоящую. Таким образом, целью будет звездная система с планетой, которая, как подтверждено, терраформируема. - Сегодня такой цели не существует, но мы совершенствуемся в обнаружении планет.

Удручающе точный ответ, на мой взгляд.
Могут ли долгосрочные исследования быть полезными для цивилизации Типа II, которая овладела бессмертием?
Уравнения на странице релятивистской ракеты также имеют значение: если вы предполагаете, что путешественники являются биологическими людьми, а не загрузкой разума или какой-либо другой формой ИИ, тогда вам не захочется ускоряться со скоростью, намного превышающей 1G, и вы также хотели бы начать замедление на 1G на полпути, чтобы добраться до пункта назначения на низкой скорости — на странице указано, что это означает 20-летнее путешествие к центру галактики и 28 лет к галактике Андромеды.
Если довести это до крайности, то для выживания жизни с Земли может понадобиться заселение планет вокруг других звезд. Как только первые поселятся там, вероятно, будет легко скрещиваться между людьми на обоих концах путем секвенирования ДНК и отправки ДНК в виде цифровой связи. Представьте, сколько готовы заплатить люди, оставшиеся на Земле, чтобы родить собственного ребенка в колонии на другой звезде, если наша вот-вот выгорит.
@Hypnosifl Что, если мы поместим людей в гигантские резервуары для воды или что-то в этом роде, чтобы заставить тело выдерживать огромные G-силы? Может быть, мы могли бы заморозить их, чтобы избежать повреждений?

Вот мои результаты расчета R. Первые два столбца — дроби (и кратные!!!) с .

Effect.Veloc.Astronaut  Starship.veloc.stationary   Joules.100000.kg.ship
0.01                    0.01                        4.50E+17
0.1                     0.0995                      4.50E+19
0.2                     0.196                       1.80E+20
0.5                     0.447                       1.10E+21
1                       0.707                       3.70E+21
2                       0.894                       1.10E+22
5                       0.981                       3.70E+22
10                      0.995                       8.10E+22
20                      0.9988                      1.70E+23
50                      0.9998                      4.40E+23
100                     0.99995                     8.90E+23
1000                    0.9999995                   9.00E+24
10000                   0.999999995                 9.00E+25
100000                  0.99999999995               9.00E+26

Как видите, энергии человечества в начале 21 века едва хватило бы, чтобы разогнать 100-тонный корабль до 0,2 с.

энергетические весы Источник: Ксенология: Введение в научное исследование внеземной жизни, разума и цивилизации , 1975, Р. Фрейтас.

5-20 джоулей - это примерно 1,5-13 ватт. Зрелый тип I Кардашев (по таблице выше человечество около 2300 г.) мог получить 1e17 ватт, то есть мощность 3e24 джоуля. Даже для типа I релятивистские межзвездные путешествия сложны.

Тип II, около 900 лет при темпах роста 3% после достижения Типа I, имеет 10e26 ватт, или 3e33 Дж, так что запуск небольшого корабля на релятивистских скоростях занял бы не более нескольких секунд времени цивилизации. выходная мощность, аналогичная запуску Сатурна V для человечества 20 века.

Это все еще оставляет несколько серьезных трудностей.
1. Энергетическая плотность топлива.
2. Замедление.
3. Экранирование.

(1) Можно несколько облегчить, направив энергию на корабль.
(2) Остается открытым, и я понятия не имею, как получить достаточную реакционную массу для торможения на борту. Возможно, полезная нагрузка, состоящая из миниатюрного ИИ с самовоспроизводящимся механизмом (несколько граммов) или ПВРД Bussard, тоже подойдет.
(3) Потребуется много абляционной массы, так как каждая частица пыли на пути ударит по моему кораблю, как кумулятивный заряд. Возможно, мощный лазер, чтобы расчистить путь?

Что касается того, куда я пойду, я, вероятно, поеду в ближайший мир, похожий на Землю, посмотрю, что или кто там есть. С другой стороны, я не уверен, что хотел бы потерять все эти земные века, которые потребуются...

PS: Я знаю, что обычно давать ответ на свой вопрос дурной тон, и все это может зависеть от какого-то просчета, но я слишком увлекся эффективным сверхсветовым приводом!

Отвечать на собственный вопрос совсем не дурной тон. Это явно поощряется .
@Шохет, о, круто!
Я делаю это все время. Для этого даже есть специальный флажок, когда вы задаете вопрос, поэтому вы можете опубликовать вопрос и ответить одновременно, если хотите.
Сатурн V производил мощность, эквивалентную 85 плотинам Гувера. Итак, я бы сказал, более 1-3 секунд. Но не 10 000-30 000 секунд мировой мощности.
Кроме того, Bussard Ramjets, по-видимому, провалились, есть документ (1967?), В котором подробно описано, почему, но в последний раз, когда я нашел ссылку на него, он был за платным доступом (поэтому я пропустил попытки найти его).
@ user3082, Человечество, около 1970 г., израсходовало 2e17 BTU = 2e20 Дж в год, поэтому скорость составляет 6e12 Вт (Дж/сек). Saturn V выкачивал 1,3e11 Вт за 150 секунд, то есть 1,95e13J. Это около 3 секунд продукции человечества.
«(3) Потребуется много абляционной массы, поскольку каждая частица пыли на пути ударит по моему кораблю, как кумулятивный заряд». Вы сильно недооценили проблему. Каждый отдельный атом водорода будет вести себя как высокоэнергетический протон, и излучение становится серьезной проблемой.

Ваш вывод о том, что исследователь может пройти расстояние, которое в нашей системе отсчета составляет 4 световых дня, за промежуток времени, который он может оценить как менее 4 лет, верен.

Однако;

«Время не только течет медленнее для исследователя на борту корабля, но и по мере того, как он ускоряется, расстояния в направлении, параллельном направлению движения, кажутся сокращающимися».

Это не совсем точно.

Путешественнику будет видно только сокращение длины.

И сокращение длины, и сокращение времени видны для наблюдателя, движущегося с нулевой скоростью относительно инерциальной системы отсчета, наблюдающего за объектами, имеющими ненулевую скорость относительно этой системы отсчета.

Так что наблюдатель на Земле, наблюдающий за исследователем, не увидит сокращения длины. - Потому что солнце и целевая звезда не движутся с релятивистской скоростью относительно вашей системы отсчета.

В то время как для исследователя он не увидит замедления времени. - Его скорость равна нулю в его системе отсчета. Однако он увидит сокращение длины, потому что звезды имеют релятивистские скорости по сравнению с его системой отсчета.

Таким образом, два эффекта будут видны разным наблюдателям. Наблюдатель на Земле увидит, что часы исследователя идут медленнее, в то время как расстояние между двумя звездами остается постоянным, в то время как исследователь увидит, что расстояние между двумя звездами меньше, и, конечно же, увидит, что его часы идут с постоянной скоростью.

Я отредактировал свой вопрос, чтобы учесть ваши очень важные моменты. Сообщите мне, можно ли улучшить текущую формулировку.
@SerbanTanasa Ни в коем случае исследователь, делающий точные измерения, не может оценить, что он путешествует со скоростью 1c. Чтобы получить это значение, ему пришлось бы сделать какое-то неверное предположение, например, что расстояния, измеренные на Земле, были правильными. Я предложил редактирование, чтобы прояснить это.
Да, я полагаю, ей придется использовать первоначальные земные оценки расстояний.
Вы, кажется, сравниваете две разные вещи: это правда, что путешественник не видит, что его собственное время замедляется, но в то же время он не видит, как сокращается его собственная длина. Если он измеряет внешние звезды в своей мгновенной инерциальной системе отсчета в любой данный момент, он измерит как факт сокращения расстояний между звездами , так и факт замедления хода часов на планетах, вращающихся вокруг звезд, в этой системе отсчета (хотя, если он использует ускоряющую систему отсчета, такую ​​как координаты Риндлера, он мог измерять внешние часы, работающие быстрее, чем его собственные).

В дополнение к другим ответам, указывающим на огромное количество энергии, необходимой для достижения значительного замедления времени.

Если бы цивилизация достигла действительно долгосрочной стабильности, она могла бы отправить самовоспроизводящихся роботов-зондов. По прибытии в близлежащие солнечные системы они построят высокотехнологичную инфраструктуру, включая межзвездные радиопередатчики и системы сборки материи. Они также отправили бы больше зондов. Таким образом, технологическая инфраструктура будет расширяться по сферическому волновому фронту по всей галактике со скоростью, составляющей малую часть скорости света.

Через несколько миллионов лет каждая солнечная система в галактике будет связана.

Чтобы путешествовать, вы должны загрузить свой разум и передать его вместе с планом тела. На другом конце будет построено тело и помещен в него ваш разум. По сути, вы бы путешествовали со скоростью света плюс постоянное время загрузки/выгрузки. Конечно, вернуться домой было невозможно.

Парадокс Ферми: где они?

Мой обычный ответ на сильный антропный принцип — оспаривать посылку. Эта вселенная не идеальна для человеческой жизни. Лучше для сущностей, продолжительность жизни которых в миллионы раз больше нашей, или тех, которые вообще не запрограммированы на смерть. Возможно, мы являемся эволюционной ступенькой на пути к гораздо более медленной форме развитой жизни, которую мы не признали бы живой, если бы увидели?

Кажется, что вы могли бы сделать это, даже не приблизившись к скорости света, если бы вы могли искривлять пространство.
Все «Представьте, что вселенная — это 12-мерный лист бумаги. Сложите его пополам так, чтобы место, где вы находитесь, и место, где вы хотите быть, соприкасались. Теперь проделайте дыру в бумаге, чтобы вы могли путешествовать прямо из того места, где вы находитесь. туда, где ты хочешь быть».
Может ли пространство так искривляться? Некоторые люди думают, что червоточины работают таким образом, словно пространство-время смято. ЕСЛИ это так, то вам не нужно искривлять пространство, просто найдите место, где смятие уже сблизило две части реальности друг с другом, а затем используйте ударный двигатель, чтобы переместиться.

ОП: «Этот корабль также не будет использовать двигатели в стиле Алькубьерре для деформации пространства ». Он конкретно спрашивает о замедлении времени SR.
@ JDługosz это отличается от привода в стиле Алькубьерре. Они искажают пространство, образуя пузырь, создавая давление сзади и меньше спереди, и перемещая корабль в пространстве быстрее света, хотя технически говоря, корабль не движется так быстро. Этот метод позволяет перемещать корабль из одного места в другое, минуя промежуточное пространство. Теоретически это возможно при дополнительных исследованиях в области теории струн. ОП уже выбрал свой ответ, и он верен со всеми нашими текущими знаниями.
@JDługosz Я думаю, это нарушает принцип «отказаться от друзей и семьи», хотя
Как пересечь галактику, двигаясь медленнее света, за одну жизнь?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v