Как вы могли определить, что кто-то возился с вашей гравитацией?

Я работаю над историей о первом контакте с инопланетянами, космические путешествия которых основаны на прямом манипулировании гравитационными полями. Мой вопрос не о том, как это будет работать, а о том, как вы сможете ОБНАРУЖИТЬ, как это работает?

Более конкретно: мои бесстрашные люди-исследователи работают на технологическом уровне, достаточно продвинутом, чтобы позволить межзвездные путешествия, но недостаточно продвинутом, чтобы использовать технологии «Скорее света» любого рода. Они недавно прибыли в ранее неизведанную систему, и во время встречи с ранее упомянутыми инопланетянами пришельцы начинают перемещать корабль человека.

Итак: если вы находитесь в межпланетном пространстве (например, недалеко от планеты) и что-то создает искусственную гравитационную яму, которая изменяет орбитальную траекторию вашего корабля, как вы узнаете, что произошло?

Очевидно, что если вы уделите пристальное внимание своему относительному положению с планетами и самой звездой, вы заметите, что ЧТО-ТО изменило ваш вектор, но какие еще приборы это заметят?

Идеальным ответом было бы что-то, что генерирует «Ну, КОНЕЧНО, любой достаточно хорошо оборудованный научный космический корабль будет иметь один из них». реакция читателя, а не «Вау, им повезло, что у них был один из тех, которые, вероятно, никогда не думали, что им понадобятся или будут использоваться».

РЕДАКТИРОВАТЬ: Вы должны представить «Эндьюранс» из фильма «Интерстеллар», за исключением того, что мой корабль специально не исследует черную дыру, поэтому мой корабль, скорее всего, не будет иметь специализированных инструментов для обнаружения гравитационных аномалий.

Действительно ли это « научный космический корабль » ?
@РонДжон 100%. Мы не говорим здесь о «тяжеловооруженном крейсере с научной лабораторией» из «Звездного пути». Представьте себе нечто гораздо более близкое к космическому кораблю из «Интерстеллар».
Я не видел этот фильм.
Дом на колесах Рона Джона Бакару Банзая?
Видел это, но давно и мало что помню, кроме того, что это было... по- другому . (Хороший, но другой.)
Какие эксперименты они проводят на корабле? Если бы было что-то, на что можно было бы повлиять неожиданным образом, это могло бы стать отправной точкой.
@Griftor, ну, это моя точка зрения. Я пытаюсь выяснить, есть ли эксперименты или инструменты, которые, КОНЕЧНО, будут запущены, чтобы обнаружить это. Я специально пытаюсь избежать того, чтобы они делали что-то конкретное, когда они обнаружили гравитационное воздействие только из-за удачи или случайности.
Ну, конечно, но они должны были быть отправлены для какой-то конкретной цели. Если это Ботаника, что ж, нам придется поискать в другом месте. Но если они ищут что-то вроде гравитационных волн в глубоком космосе, легко. То, что они исследуют, окажет большое влияние. «Общая наука» недостаточно конкретна, чтобы иметь КОНЕЧНО для их судна.
@Griftor Цель миссии: «Отправиться туда, где люди никогда не были, и узнать как можно больше о том, что вы там найдете». Они не ищут ничего конкретного или в этой системе по какой-либо конкретной причине, кроме того, что они команда №16, а эта система №16 в списке систем, которые, скорее всего, будут дружественны к колонизации людьми.
Дайте Диснею гонорары, наймите джедая и испытайте изменения/нарушения в силе = Знайте все ;)
« и узнайте как можно больше о том, что вы там найдете ». Для этого они должны взять с собой как можно больше научного оборудования. (К счастью, вакуумные камеры, торсионы, сферы и струны — оборудование, используемое в эксперименте, упомянутом в моем ответе, — являются довольно общими и поэтому используются во множестве различных экспериментов.)
То, что вы предлагаете, очень похоже на притягивающий луч . Если это так, пожалуйста, опустите гравитационную часть вопроса. То, что вас беспокоит, это сила. Что-то вызывает изменение состояния движения вашего корабля, и у нас уже есть акселерометры и гироскопы, которые могут обнаружить любое существенное изменение вектора движения космического корабля. Вот как мы осмеливаемся рисковать полетами на Марс.
@JBH Я на самом деле специально спрашиваю, какие выдуманные инструменты на вымышленном космическом корабле могут обнаружить, что гравитационное поле не такое, как было минуту назад. Примерно так: earthobservatory.nasa.gov/Features/GRACE/page3.php . В основном вопрос предполагает, что здесь есть люди, которые знают об этом больше, чем я могу найти с помощью поиска Google.

Ответы (6)

Измерение гравитации с высокой точностью (относительно) просто и не требует (много) высокотехнологичного оборудования. Межзвездный космический корабль — даже военный корабль — будет иметь на борту достаточно оборудования, чтобы можно было провести этот эксперимент.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0431-5

Ньютоновская гравитационная постоянная G — одна из самых фундаментальных констант природы, но мы до сих пор не знаем ее точного значения. Несмотря на два столетия экспериментальных усилий, значение G остается наименее точно известным из фундаментальных констант. Расхождение до 0,05% в недавних определениях G свидетельствует о том, что в различных существующих методах могут быть необнаруженные систематические ошибки. Одним из способов решения этой проблемы является измерение G с использованием ряда методов, которые вряд ли приведут к одинаковым систематическим эффектам. Здесь мы сообщаем о двух независимых определениях G с использованием экспериментов с крутильным маятником с использованием метода времени качания и метода обратной связи по угловому ускорению . Мы получаем значения G 6,674184 × 10–11 и 6,674484 × 10–11 .кубических метров на килограмм в секунду в квадрате с относительной стандартной неопределенностью 11,64 и 11,61 частей на миллион соответственно. Эти значения имеют наименьшую неопределенность, о которой сообщалось до сих пор, и оба согласуются с последним рекомендуемым значением в пределах двух стандартных отклонений.

Если вы думаете, что Они играют с гравитацией, начните регулярно проводить измерения, особенно во время «события гравитационной аномалии». Если вы заметите какие-либо изменения в G, это должно сказать вам, действительно ли Они — или Что-то — возятся с гравитацией, или вам нужно искать что-то еще.

Кто-нибудь мог бы иметь такой инструмент, если бы он УЖЕ не думал, что кто-то может возиться с гравитацией? Я особенно думаю о сцене, которая приводит к «Эй… они могут возиться с гравитацией!» вдохновение.
@MorrisTheCat забавная вещь, я как раз думал об ответе на это. Я думаю, что можно использовать очень похожий аппарат для измерения веса (может быть даже одно и то же, idr). Поэтому я бы предположил, что у них будут торсионные весы, и они просто будут измерять сверхтонкую разницу в весе между тем, что они обычно изучают. Увидев, как он внезапно сдвинется без нагрузки, определенно вызовет подозрение. Что вы могли бы затем более точно проверить, я полагаю.
Кроме того (еще раз на сегодня XD), любая локальная гравитация, на которую стоит обратить внимание, будет иметь более высокий гравитационный градиент, чем меньше источник. Другими словами, я бы предположил, что весы прекрасно улавливают вариации (разве что весь смысл торсионных весов состоит в том, чтобы свести на нет этот эффект?... время исследований).
Не могу вспомнить название другого прибора ... и крутильные весы / маятник очень специфичны (хотя, почему бы не добавить их в свой набор? Помогает в определении G чужих планет, что имеет отношение практически ко всем областям науки. .. даже химия) ... Тем не менее, я обнаружил , что именно небольшой размер приводит к массиву датчиков для резервирования, которые (часть фильтрации шума) в основном делают изображение формы локальной гравитации; и последний абзац, который дает вам причину их иметь.
@MorrisTheCat , возможно , у них будет устройство для измерения G как часть набора устройств для проверки того, действительно ли законы физики, которые мы разработали на Земле , настолько универсальны, как мы думаем. Или же они собрали эксперимент из мелочей (маленькая вакуумная камера, торсионы и т. д.) в корабельных шкафах и лабораториях для различного оборудования. Помните: они далеко от дома и поэтому должны брать с собой всевозможные вещи, чтобы встретить много необычных непредвиденных обстоятельств.
@RonJohn, который все больше смещается в сторону «Им повезло, что у них была эта вещь, которую они никогда бы не подумали использовать», хотя ... Я надеялся на что-то большее в направлении «Конечно, у них это будет». конец шкалы.
@MorrisTheCat, если ты собираешься исследовать Вселенную, возьми с собой чертово снаряжение!!!
Эти методы зависят от наличия неподвижного объекта, который не ускоряется (обычно Земля), чтобы измерить ускорение относительно этого объекта. Если ваш корабль и все, что на нем находится, подвержено этому гравитационному полю, у вас нет неподвижного объекта для сравнения.

Как насчет...

Человек!

Люди отлично умеют обнаруживать изменения в ускорении , на что похоже изменение гравитации. Если ваш корабль двигался по прямой только по инерции, как, вероятно, делают корабли дальнего следования, столкновение с гравитационным полем будет ощущаться как резкий поворот. Все, что в космическом корабле не привязано, скорее всего, врежется в ближайшую стену. Если у вас есть человек на борту, они, вероятно, заметят.

Даже если человек привязан или сильно отвлечен, он, скорее всего, испытает головокружение или спутанность сознания, когда отолиты во внутреннем ухе неожиданно начнут двигаться.

Это полезно, хотя и не решает мою проблему напрямую. Я представляю последовательность «Какого черта, мы движемся? Почему мы движемся?» ведущий к «эй, что-то НАС ДВИГАЛО, как они это сделали??» что приводит к «Должно быть, они возятся с нашей гравитацией ...». Этот ответ очень полезен для первой части, так как я не был уверен, сможет ли человек внутри герметичного космического корабля вообще СКАЗАТЬ, если весь космический корабль начнет двигаться в новом направлении из-за гравитационного притяжения.
@MorrisTheCat Все останется прилипшим к стене после того, как они почувствуют остановку ускорения, включая неметаллические предметы. Поскольку объекты будут продолжать двигаться к стене даже после того, как они будут удалены, гравитация будет первым предположением.
@Clay Deitas, который предполагает, что корабль применяет свой собственный вектор тяги, не так ли? Если ваш корабль не ускоряется сам по себе, то единственным ускорением, которое будет чувствовать ЧТО-НИБУДЬ, будет гравитационное поле, и все будет реагировать на его запуск, остановку или изменение точно так же, не так ли?
@MorrisTheCat Все будет ускоряться в направлении гравитационной силы, когда оно будет впервые включено. Затем они перестанут ускоряться, когда он ударится о стену, ближайшую к источнику.
@ClayDeitas Я что-то здесь упускаю ... почему что-то может удариться о стену? К стене прилагается та же сила, что и ко всему остальному. Если весь корабль (фактически) неподвижен, а наши гипотетические инопланетяне создают кривизну пространства-времени, равную массе Луны на расстоянии ~1000 км. Весь корабль, люди, объекты и т. д. начнут ускоряться к этой точке. Если его выключить, то все перестает разгоняться одновременно. Единственный способ, которым стена делает что-то отличное от ручки (или чего-то еще), — это если стена прикреплена к чему-то, что создает толчок.
@MorrisTheCat Я забыл, как работает гравитация, это моя беда. Я не думал о пылесосах.
@ClayDeitas Верно, это кроличья нора, в которую я попал, когда начал думать об этом. Если вы находитесь в точке L4 Земли/Луны или где-то еще, и кто-то использует гравитационное колдовство, чтобы переместить вас, я не уверен, что вы бы заметили, если бы вы не играли ДЕЙСТВИТЕЛЬНО пристальное внимание. Во всяком случае, не сразу.
Да, это интересный момент @MorrisTheCat. Я не уверен, как работает ваш гравитационный двигатель, но я утверждаю, что если вы переключаетесь из среды без гравитации (например, плывя в космосе или стоя на месте лифта) в гравитационную (около планеты или в разгоняющемся лифте) вы должны заметить переключатель, как раз по кинематике. Я думаю?
Не могли бы вы? Разве гравитация не двигала бы ваше тело и жидкость вашего внутреннего уха в одном и том же направлении с одинаковой скоростью? @Дубукай
Хм. Но стационарный лифт в космосе будет ощущаться так же, как свободно падающий на планету.
Итак, если бы вы теоретически могли ускорять каждую часть тела с одинаковой скоростью, было бы это заметно? Я не уверен, на самом деле.
Независимо от того, насколько велика сила гравитации, все в корабле остается в одинаковом состоянии свободного падения. Так что нет, вы ничего не обнаружите (как и акселерометр ), и ничто не врежется в стены.
@Dubukay, поэтому, если человек в космосе испытывает центробежную силу, это не означает, что человек может испытывать гравитацию.
Это не будет похоже на ускорение, описанное в этой ссылке. Если гравитационное поле действует равномерно на все тело (и окружающий корабль) одновременно, то ни один из наших обычных механизмов восприятия ускорения не сработает — нечего будет чувствовать.
Вот ваш метод обнаружения. Экипаж знает, что их курс изменился. Они бы почувствовали ускорение, если бы отклонение было вызвано обычным методом тяги. Поскольку они не могут, это должно быть что-то, что равномерно ускоряет весь корабль, то есть искусственная гравитация — или настолько близко, чтобы быть неразличимой.
Это именно тот разговор, который я искал, когда писал этот пост. Спасибо ребята!
Этот ответ неверен, как указали несколько других людей. С точки зрения общей теории относительности это происходит потому, что гравитация на самом деле не является силой — она просто меняет направление «вперед» в пространстве-времени. Вот почему вы не чувствуете гравитации, когда находитесь в свободном падении, или вращаетесь вокруг Земли, или что-то в этом роде. Единственный раз, когда вы на самом деле чувствуете силу, это когда вы применяете ее, чтобы противодействовать пути сквозь пространство-время, по которому гравитация пытается вас направить — простой пример — нормальная сила Земли, толкающая вас вверх, чтобы вы не провалились сквозь нее. .
@elduderino То, как я думаю об этой проблеме, по сути, это космический корабль, входящий в гравитационное поле, например, планеты. До входа в гравитационное поле космический корабль движется с постоянной скоростью, поэтому ускорение не ощущается. Когда космический корабль захватывается гравитационным полем планеты, можно ли обнаружить это изменение? Кажется, это лучшая аналогия для ситуации. Кто-нибудь знает, смогут ли космонавты это почувствовать?
@Dubukay Они не смогут этого почувствовать, потому что, как указывали другие люди, гравитация будет ускорять все части корабля с одинаковой скоростью. Кроме того, на самом деле нет такой вещи, как быть «захваченным» гравитационным полем — вы всегда будете в поле, просто его сила будет постепенно увеличиваться. Но, несмотря на это, вся эта дискуссия является основой принципа эквивалентности, который является основой общей теории относительности, и поэтому он был довольно тщательно проверен и проверен.
@Dubukay Кстати, вы можете сказать, является ли гравитационное поле неоднородным (как и все они), потому что разные части корабля будут притягиваться с разной силой. Но это похоже на внутреннее растяжение, а не на равномерное натяжение, и им можно пренебречь, если только вы не находитесь в очень экстремальных ситуациях.

Оборудуйте свой космический корабль датчиками, измеряющими нагрузку на конструкцию в различных точках его корпуса. В обычном полете это гарантирует, что: а) ваши двигатели развивают необходимую тягу, и б) ваш космический каркас все еще цел. Это особенно ценно, если ваш корабль должен выполнять какие-либо очень высокоточные маневры или если вы ожидаете, что он в любой момент попадет в атмосферу.

Что еще более важно, сигнатура гравитации, ускоряющей ваш корабль, будет отличаться от обычных средств ускорения: гравитация будет воздействовать на весь ваш корабль более или менее равномерно, в то время как обычная тяга создаст узор напряжений в зависимости от формы вашего корпуса. Другой способ взглянуть на это состоит в том, что тяга исходит из одной точки (двигателя) и распространяется на остальную часть корабля с помощью рамы, в то время как гравитация действует на каждую точку корабля одновременно.

Ааа, так что в основном это будет измерять приливные силы, применяемые различными частями корабля, находящимися близко или дальше от гравитационного градиента... да... это может сработать. Я не уверен, думаю ли я что-то, что имел бы научный зонд, если бы у них не было особой причины искать гравитационные аномалии, в чем я не уверен, что они будут.
Вот почему я бы предложил представить его читателю как структурную целостность или датчик маневрирования/тяги - что-то, что они будут контролировать во время нормального полета на случай, если что-то пойдет не так, например, с двигателями.

Ну, конечно, они используют радар...

Если нет технологии FTL, то старый добрый радар по-прежнему остается лучшим способом определения дальности. Радиолокационное определение дальности нескольких звезд/планет должно легко дать вам точность определения местоположения менее одного метра, если предположить, что вычислительная мощность достаточна для обработки сложностей эффекта Доплера и расстояния до цели (минуты или более, во многих случаях).

Любой корабль в море будет использовать радар, чтобы убедиться, что он во что-нибудь не врежется. Любой корабль в космосе захочет использовать навигационный радар как для поиска различных мелких объектов, с которыми вы можете столкнуться, так и для сохранения точного положения относительно любых планет/звезд/небесных объектов, находящихся поблизости.

Я думаю, что определение изменения положения довольно тривиально, и любой навигационный компьютер обнаружит вынужденное изменение курса самое большее за несколько минут. Например, навигационный компьютер, который я использовал 10 лет назад в ВМС США, сообщил бы мне об изменении курса примерно на 1 градус в течение 5-10 минут, когда мы начали отклоняться от нашего курса в сторону заранее установленной навигационной путевой точки. Кроме того, в моей бриджевой команде был штурман, в обязанности которого входило именно рассказывать мне о таких вещах. Однако это был военный корабль, а на торговом судне не было бы штатного штурмана на вахте.

Исключение может быть, если корабль делает что-то, что заставляет его передавать импульс; тогда неожиданные изменения расстояния могут быть труднее заметить. Примерами могут быть запуск шаттла, передача груза на ближайший корабль или что-то в этом роде.

...если вы не в бою

Единственная веская причина, чтобы выключить радар, это если вы находитесь в каком-то военном положении. Военные корабли на Земле тоже так делают. Есть некоторые дебаты относительно того, жизнеспособна ли попытка спрятаться в космосе ; Я нахожусь в лагере «в космосе есть некоторая скрытность», поэтому я думаю, что военное судно отключит свои активные датчики, чтобы попытаться быть менее заметным.

Как говорится, есть альтернативы. Направленные лучи, такие как лидар, будут почти незаметны, если вы не находитесь в правильном направлении от нарушающего судно, поэтому вы все равно можете рассчитать свое местоположение по ним. Я не знаю, какие протоколы будут для военных кораблей в космосе, но должны быть какие -то приспособления для безопасной навигации.

Это полезно, но гораздо более воинственно, чем я предполагал. Сценарий больше похож на «Группа ученых в мобильной лаборатории вдруг понимает, что кто-то ПЕРЕМЕЩАЕТ их лабораторию, и они не знают, как это сделать»:
@MorrisTheCat Радар и навигационный компьютер — это способ, с помощью которого они впервые обнаруживают, что кто-то перемещает их лабораторию. на 99% уверен в этом; пока у вас есть предварительный FLT, радар - лучшая вещь для дальномера.
Сколько лет нужно ждать, чтобы завершить одно радиолокационное измерение?
@L.Dutch ОП говорит, что они находятся в системе, на какой-то орбите. Так что не так долго .
Но в вашем ответе говорится: «Радиолокационное определение нескольких звезд / планет». На что, конечно же, уходят десятилетия, требуется мощность звезды, и все равно это не сработает, потому что радиоволны не отражаются от кипящих термоядерных шаров. Я также сомневаюсь, что они отскочат от газовых гигантов при любой обнаруживаемой силе сигнала за пределами собственных лун.

Ученые находятся на большой космической станции и используют лазеры для более точного измерения гравитационных волн.

Одна из главных функций науки состоит в том, чтобы примирить все силы, определяющие функции Вселенной. Магниты и электричество были примирены в электромагнетизм. Ваши ученые будут в космосе, помогая примирить гравитацию и другие силы. За исключением того, что из ниоткуда появляются большие гравитационные волны, которые являются либо результатом крупного космического события, либо близким источником гравитации.

Ваши инопланетяне, которые уже примирили гравитацию с некоторыми другими силами, могут использовать ее в своих технологиях. Все упаковано в красивую коробочку.

Все дело в скрипе

Вообще говоря, гравитация действует одинаково на все объекты в пределах своего поля, поэтому существование в гравитационном поле ощущается точно так же, как свободное падение. Так что это почти идеальный способ переместить судно так, чтобы никто его не обнаружил.

При этом может быть неустранимый недостаток в использовании искусственной гравитации, особенно если она слишком близко, из-за закона обратных квадратов. Ускорение, вызванное силой тяжести, пропорционально квадрату расстояния от центра колодца. Так что теоретически на Земле вы чувствуете разное ускорение, воздействующее на вашу голову и на ваши ноги, потому что ваши ноги ближе к центру Земли. Но Земля настолько велика, что эта разница очень и очень мала. Но с искусственным гравитационным колодцем, который предположительно меньше Земли, разницу можно было бы легко обнаружить.

Ускорение свободного падения вычисляется как

а с с е л е р а т я о н "=" ( г р а в я т а т я о н а л   с о н с т а н т ) × ( м а с с   о ф   т час е   б о д у ) / ( д я с т а н с е ) 2

Итак, подставив некоторые основные числа, если бы вы почувствовали ускорение в 1 силу тяжести на 200 метрах, вы бы почувствовали только около 0,98 g на 202 метрах. Таким образом, рост человека дает разницу ускорений в 0,2 м/с^2, что, возможно, достаточно для обнаружения человека, хотя, возможно, и нет.

Однако сам корабль намного длиннее 6 футов (надеюсь). Если передняя часть корабля находится ближе к гравитационному полю, а хвост дальше, то корабль будет «растягиваться», т. е. носик будет тянуться сильнее, чем хвост. Это может не вызвать каких-либо повреждений, но может вызвать определенный скрип или дрожь, и пассажиры могут даже увидеть, как слегка деформируется корпус, точно так же, как вы можете обнаружить изменение формы фюзеляжа самолета, если вы обратите пристальное внимание. .

Вы можете видеть, что делать в самолете?
Вы никогда не сидели на заднем сиденье и не видели, как некоторые части салона провисают? Это определенно видно невооруженным глазом.
Нет, не видел, и надеюсь, никогда не сделаю. Какое-то проклятое кошмарное топливо сделает невозможным рассматривать самолеты как нелетающие смертельные ловушки.
Пожалуйста, используйте Mathjax для форматирования формул
Как вы могли определить, что кто-то возился с вашей гравитацией?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v