сколько времени в порту?

Прежде всего, идея одновременного является относительной. Данные события, отложенные в пространстве-времени, какие события происходят в одно и то же время, не являются чем-то абсолютным. Таким образом, синхронизация часов в разных местах — это вопрос условности, а не абсолютной истины. Это верно для нашей обычной вселенной, так что не паникуйте. Межзвездная коммерция напомнит об этом, но это не ново из-за сверхсветовых путешествий.

Помимо идеи о том, что одно и то же время различно для наблюдателей в разных системах отсчета, у нас есть и более серьезная проблема, заключающаяся в том, что относительный порядок событий не является универсальной истиной! В нормальной физике все, что вы делаете, остается в вашем световом конусе, и хотя скорость хода часов будет разной, порядок значений времени различных событий будет одинаковым для всех наблюдателей.

Хотя с космическим разделением и это вылетает в окно! Что есть прошлое и что есть будущее , хотя бы в принципе? Для двух событий, разделенных подобно пространству, относительный порядок времени так или иначе зависит от системы отсчета наблюдателя.

Теперь, когда мы ввели единую сверхсветовую транзитную систему отсчета в качестве решения для сохранения причинно-следственной связи, мы уверены, что у нас не будет никаких петель, но у нас все еще есть концепция того, что прошлое и будущее изменчивы способами, к которым мы не привыкли.

Посмотрите на диаграмму 1 ниже. Планеты A, B и C имеют примерно одинаковую систему отсчета, а их мировые линии нарисованы вертикальными линиями. Если вы просмотрите парадокс Андромеды , то поймете, что это всего лишь приближение. Но предположим, что разница в системах отсчета мала по сравнению с расстоянием между планетами, поэтому разница во времени мала по сравнению с масштабом интересующих нас событий.

Таким образом, интересующей нас системой отсчета является общая (приблизительная) система отсчета планет. Скорее, мы будем использовать систему отсчета среднего движения центра масс нашей галактики и игнорировать (нерелятивистское) движение планет в этой Галактической системе покоя (GRF) .

Горизонтальные линии на графике — это линии «одного и того же времени» в GRF.

Между тем, зеленые линии показывают транзитный путь сверхсветового путешествия. В принципе, это может быть все, что находится за пределами светового конуса, и конкретное значение, выбранное на основе желаемых деталей сюжета, или в основном игнорируется, если вы знаете, чего следует избегать. На графике зеленые линии — это «одно и то же время» в системе отсчета подпространства (SRF) . (Как объяснено в этом ответе , все пути сверхсветового транспорта параллельны, и это определяет ось на диаграмме.)

Итак, Чарли садится на корабль и едет из пункта А1 в пункт Б1. В SRF эти точки одновременны. В GRF он путешествовал в прошлое! Не паникуйте. Смирись с этим. Представление о том, сколько сейчас времени, — это не универсальная истина, а условность для синхронизации часов.

Для SRF имеет смысл определить Империя времени (ET) , так как это будет иметь значение для графиков доставки и торговли. Цивилизация будет использовать для хронометража SRF = ET, а не GRF.

Когда GRF ≠ ET

В общем случае GRF — это не то же самое, что ET (которое принимается за SRF). Это имеет значение только тогда, когда вы смотрите на события, происходящие в обычном пространстве на тех же расстояниях. Это снова вносит путаницу в прошлое и будущее и дает асимметрию эффективного расстояния между планетами в реальном пространстве.

На рисунке 2 ниже мы видим планеты А и В. Их разделяет 5 световых лет согласно общепринятым измерениям (сделанным в GRF). Но люди, использующие SRF, измерят, что световой импульс (например, старомодный лазер для обмена сообщениями) займет 2 года, чтобы перейти от B к A, и 8 лет, чтобы перейти от A к B!

Более драматично взгляните на случай со звездой B, которая находится между A и C. Предположим, что происходит что-то драматическое, видимое в обычном пространстве, например, новая звезда. Свет от новой достигает планеты А, а затем корабль покидает А вскоре после того, как новая видна, проходит мимо В, в то время как новая проходит дальше, чем она была, когда они увидели ее в А, и прибывает в С незадолго до того, как новая берет свое начало. место (в ГРФ). Как и ожидалось от сверхсветового путешествия, у них есть время, чтобы настроить наблюдение, чтобы увидеть, как свет новой звезды достигает точки C, и изучить звезду-предшественницу до того, как она взорвется. Думать только о SRF, так как это их ET, это имеет смысл. Что это на самом деле в прошлома новая еще не возникла, является артефактом относительности, поскольку не существует абсолютного прошлого или будущего (хотя существование SRF накладывает на это некоторые ограничения).

В общем, люди в этом сеттинге будут использовать ET. Существенная разница между ET и GRF может быть интересна в романе, где вышеперечисленные эффекты тщательно проработаны и успешно используются в качестве элементов сюжета. Но это может сбивать с толку в игре. В ролевой игре игра должна работать в ET и либо устанавливать SRF таким же, как GRF, либо вообще не придавать этому значения. Наличие SRF=GRF позволяет избежать головокружительных сделок прошлого и будущего в разных портах захода. Но простое использование ET и отсутствие необходимости использовать SRF в игре означает, что вопрос спорный.

Как быстро корабль?

Идея скорости довольно скользкая. Даже в обычном пространстве скорость объекта зависит от скорости наблюдателя. Но нас особенно интересует скорость, так как она влияет на различные порты захода и сам корабль.

время внутри корабля

Во-первых, течение времени внутри корабля полностью отделено от течения времени в обычном пространстве. Посмотрите на одну из зеленых транспортных дорожек. В SRF он вылетает из А и прибывает в В одновременно. В других системах отсчета он уходит и приходит в разное время или даже приходит раньше, чем уходит! Но для людей и товаров на борту корабля должен быть единственный уникальный ответ.

Вы можете выбрать результат. В зависимости от деталей технологии, которую вы используете для объяснения сверхсветового путешествия, может иметь смысл сказать, что это мгновенно по отношению ко времени корабля. То есть прыжок . Но если корабль упадет в подпространство и проедет через него, на корабле пройдет время, и имеет смысл масштабировать его в зависимости от длины транзита. Итак, нарисуйте шкалу на зеленой линии трека.

Определите, что это будет все, что вы хотите. Естественно, вы можете сказать, что требуется несколько дней судового времени, чтобы преодолеть 5 световых лет между А и В. Но должно ли так быть? Это может быть интересный способ отличить ваш сюжет от обычной научной фантастики, сказав, что время на корабле длиннее , чем путешествие со скоростью света. Может быть, с точки зрения цивилизации, торгующей товарами между А и Б, транзит мгновенный (в инопланетянах), но тем, кто находится на борту корабля, придется провести 10 лет в криосне!

В любом случае, как только вы выберете свою шкалу, вам нужно знать, как ее применять. Время доставки будет пропорционально расстоянию между конечными точками, выраженному в SRF . Если SRF отличается от GRF, расстояние между звездами будет изменено на основе релятивистского ракурса расстояния.

Поймите, что система отсчета SRF является векторной величиной: у нее есть направление. Таким образом, ракурс происходит только в этом направлении, а не перпендикулярно ему. (Та же проблема относится к вычислению смещения между временем в GRF и SRF.)

Таким образом, путешествие в два раза дальше займет в два раза больше времени, но некоторые направления «медленнее», чем другие, по сравнению с картами нормалей звезд, представленными в GRF.

В ролевой игре у вас могут быть заранее составленные таблицы времени или под рукой программа для этого, так что расчет в любом случае не хуже, чем вычисление трехмерного расстояния между произвольными портами.

Время, проведенное на борту корабля, повлияет на провизию экипажа и скоропортящиеся товары. Если время на борту корабля течет по-разному, это усложнит игровой процесс, если игра происходит на борту корабля и в порту. Как мы увидим в следующем разделе, если вы попытаетесь установить шкалу так, чтобы прошедшее время корабля совпадало с прошедшим временем порта, вы получите мгновенный транзит.

Но путешествие корабля может состоять не только из подпространственного прыжка. Если прыжки должны происходить далеко от звезды и, возможно, в разных местах вокруг звезды, а не в какой-то произвольной точке, тогда значительная часть пути будет совершаться от внутренних планет к точке прыжка и от прыжка прибытия. указывают на планету внутренней системы. Таким образом, события могут привести к остановке корабля в течение определенного периода времени, даже если прыжок будет мгновенным (в ET). Если корабль движется с относительной скоростью между точками перехода и портами, вам придется иметь дело с замедлением времени на корабле. Если точка прыжка находится, скажем, в полусветовом году от Солнца, то даже при релятивистских скоростях вы проведете значительное количество корабельного времени на этом этапе путешествия.

время в порту захода

Независимо от того, как проходит время на борту корабля, пока он находится в сверхсветовом переходе, путешествие туда и обратно кажется мгновенным с точки зрения порта захода. Исходящие и обратные транзитные пути параллельны на st-диаграмме, что отличается от того, как работает обычное движение. Итак, если корабль покидает планету А и направляется к Б, проводит день в В и возвращается в А, он прибудет на следующий день после отбытия. Время, проведенное в обычном пространстве, — это единственное время, прошедшее во внешней вселенной.

Обратите внимание, что это не учитывает этапы путешествия, которые перемещаются между точками прыжка в обычном пространстве, или другие вещи, введенные с целью ускорения времени, чтобы сократить время разворота. Например, может быть, прыжок занимает несколько часов, чтобы задействовать поле, и это тратится в реальном пространстве. Возможно, точки прыжка (места доступа к сверхсветовым) закреплены вокруг звезды, и каждая из них ведет в одну сторону, поэтому корабль должен перемещаться между точками прыжка в обычном пространстве, чтобы совершить кругосветное путешествие.

Так насколько же быстр сверхсветовой полет?

Вопрос плохо сформулирован. Выше мы видели, что в внеземном мире транзит мгновенный. В других системах отсчета у нас разные времена, положительные и отрицательные. Из-за разницы в синхронизации между часами на разных планетах, описанной ранее, существует большая разница в настройке времени между SRF и GRF, и, как в примере с новой звездой, выражение скорости корабля в GRF даст разные ответы или даже отрицательные числа в зависимости от конкретных конечных точек.

Идея «коэффициента деформации», кратного скорости света, просто не работает.

Упорядочение будущего и прошлого при сверхсветовых скоростях может быть решено с помощью так называемой пространственноподобной причинности. См. эту статью Han & Choi . То, что они называют релятивистской причинностью, применимой к досветовым инерциальным системам отсчета, лучше было бы назвать времениподобной причинностью. Это причинно-следственная связь, которая запуталась и запуталась в парадоксах, когда столкнулись специальная теория относительности и путешествия со скоростью, превышающей скорость света.

Хан и Чой заключают, что пространственноподобная причинность является более сильным условием отсутствия сигналов, чем релятивистская причинность. По общему признанию, их статья посвящена квантовой нелокальности, но нелокальность — это код физиков для вещей, происходящих быстрее скорости света. Строго говоря, это события с пространственноподобными разделениями. Упорядочение событий, связанных со сверхсветовыми скоростями, может быть правильным, а обычные парадоксы могут быть просто результатом включения неправильной причинно-следственной связи.

Это говорит о том, что сверхсветовые корабли всегда будут двигаться вперед во времени, если их движение ограничено предпочтительной системой отсчета. Наиболее подходящим кандидатом в качестве предпочтительной системы отсчета является космический микроволновый фон (CMB).

Солнечная система движется со скоростью примерно 627 ± 22 км/с относительно реликтового излучения. Предположим, что это звездолет со сверхсветовым прыжковым двигателем, но поскольку мы не хотим повторять невозможное, у него есть только досветовая двигательная установка на основе плазменного синтеза, способная развивать ускорение в один см/сек/сек. Это реалистичный плазменный двигатель, основанный на книге Маллова и Матлоффа « Справочник по звездным полетам» (1989), где они разработали ограничения на соотношение массы, мощности и тяги для межзвездных космических кораблей.

Звездолет сначала разгонится до третьей космической скорости, или, как мы, простые смертные, называем ее: космической скорости от Солнечной системы. Однако для него было бы разумно продолжать ускоряться примерно шесть месяцев, пока он не достигнет скорости 150 км/с. Теперь он выравнивается относительно реликтового излучения и начинает замедляться до тех пор, пока его скорость относительно реликтового излучения не станет равной нулю. Это займет почти 720 дней (или ровно 719,91 дня). Звездолет настраивается на исходный вектор скорости 150 км/с и замедляется в течение следующих шести месяцев. Теперь он действительно покоится относительно реликтового излучения. К этому времени он пройдет двенадцать световых часов от Солнечной системы. Можно с уверенностью предположить, что такой удаленности от гравитационной массы в локальном пространстве-времени Солнечной системы будет достаточно, чтобы звездолет мог безопасно включить свой прыжковый двигатель.

Включается прыжковый двигатель, и звездолет мгновенно перемещается на стандартную азимовскую дистанцию ​​прыжка в сто световых лет ближе к центру галактики. Теперь он прокладывает курс к планетарной системе, являющейся его пунктом назначения. Не зная относительных скоростей этой системы, мы не можем точно определить, сколько времени потребуется, чтобы туда добраться. Но можно с уверенностью предположить, что если космическому кораблю потребовалось три года, чтобы занять позицию, чтобы совершить сверхсветовой прыжок, потребуется еще три года, чтобы добраться туда.

«Пора заставить космических пиратов есть жесткие фотоны», — прорычал звездолет, напрягая свои искусственные мускулы, когда звездолет взял курс на планетарную систему Малого Гуголплекса. «Шесть лет стоят ожидания».

Да , The Space Pirates of Googolplex Minor можно найти во всех хороших книжных магазинах.

Хорошо, я признаю, что в этом сценарии шестилетней поездки есть одна большая толстая выдумка. Это предположение состоит в том, что если прыжок будет мгновенным, время внутри звездолета будет равно нулю. Однако, если прыжок происходит с конечной скоростью, но происходит очень, очень, очень быстро в системе покоя, тогда время звездолета во время этого перехода будет равно световому расстоянию в 100 лет за 100 пройденных световых лет. Это означает, что капитан и ее команда будут находиться в биоподвеске, поэтому они коротают столетие, не старея и не уставая от головной боли.

Концепция корабельного времени, равного пройденному расстоянию за световое время, появилась в работах Р. Т. Джонса. Вы можете погуглить их, но они либо продаются, либо их нет в сети.

Джонс РТ. 1960. Анализ ускоренного движения в теории относительности. Природа 186:790

Джонс РТ. 1963. Конформные координаты, связанные с пространственноподобными движениями. Институт Дж. Франклина. 275: 1–12

Джонс РТ. 1982. Релятивистская кинематика движений быстрее света. Дж. Бр. Интерпланета. соц. 35: 509–14

Конечно, космические корабли с высокоскоростными досветовыми двигательными установками длительного действия будут тратить меньше времени на маневрирование, но им все равно потребуется время, чтобы добраться до точки, скажем, в 12 световых часах, где пространство-время является плоским для работы прыжковых двигателей. Жаль, что никто не знает, как создавать такие высокоскоростные и долговечные досветовые двигательные установки. Куча нетривиальных проблем с физикой для начала плюс безумная инженерия. Если бы это можно было сделать, это сократило бы время в пути до столетия в биосуспензии.

Есть несколько способов установить «Универсальное стандартное время», обычно с помощью внешних маяков, таких как Pulsars, для отметки времени, поэтому время порта является универсальным. Планетарные календари могут сильно различаться в зависимости от вращения, времени года и всего такого хорошего, но вы можете использовать универсальные часы для торговли и т. д., и вам, вероятно, это необходимо. Эксперименты с высокоскоростным хронометражем предполагают, что, хотя абсолютная скорость временной прогрессии относительно данной системы отсчета может варьироваться в зависимости от времени опыта, время, которое проходит путешественник, не меняется. Если это все еще верно при движении со скоростью, превышающей скорость света, корабельное время будет течь с нормальной скоростью, насколько это касается пассажиров корабля, поэтому они, вероятно, будут совершать путешествие в реальном времени, которое в зависимости от метода перемещения будет либо нулевым, либо время поездки на скорости света, возможно, какая-то часть этого, но я не уверен, что это действительно возможно. Что же касается того, что видно с разных точек зрения, то это опять-таки зависит откаккорабль движется, например, какой-то джамп-драйв будет иметь (с точки зрения порта приписки) корабль исчезает, а затем снова появляется в пункте назначения в момент времени T + L, где T - время в пути (вероятно, ноль) и L это время задержки света, чтобы вернуться в родную систему корабля обычным способом (это в значительной степени то, что вы видите для любой системы, где корабль движется вокруг нормального пространства, подпространства, гиперпространства, червоточин, что угодно, но T будет варьироваться в зависимости от конкретных методика). Двигатель, который позволяет объекту двигаться в реальном пространстве быстрее света, покажет что-то совсем другое: фотоны с корабля будут прибывать в странном порядке, порт приписки видит корабль, удаляющийся к месту назначения с любой скоростью, но порт назначения видит, как корабль прибывает, а затем отступает к нему.

Вам также нужно взглянуть на замедление времени и его влияние на течение и восприятие времени. Также красное смещение и синее смещение, влияние относительной скорости точки излучения на спектр принимаемого света.