Lichtgeschwindigkeit und Realismus

[rOs_8bdb6b]

Links zu Gravitation, Zwillingen und Swing-by
Hi Mohammed
Zu deiner Frage gibt es einiges im Internet:

Zwillingsparadoxon:
http://math.ucr.edu/home/baez/physics/twin_paradox.html

Empfehlenswert sind auch die Relativity-FAQs:
http://math.ucr.edu/home/baez/physics/relativity.html

Zur Frage: „wie beschleunigen, ohne dass man es merkt“
http://www.jpl.nasa.gov/basics/bsf4-1.htm#gravity,
dort wird das Swing-by-Manöver erklärt.

Hier ein paar Zahlen zum Zwillingsparadoxon:
(Quelle: http://math.ucr.edu/home/baez/physics/twin_intro.html)

Our story stars two twins, sometimes unimaginatively named A and B; we prefer the monikers Stella and Terence. Terence sits at home on Earth. Stella flies off in a spaceship at nearly the speed of light, turns around after a while, thrusters blazing, and returns. (So Terence is the terrestrial sort; Stella sets her sights on the stars.)

…

Let’s lay out a „standard version“ of the paradox in detail, and settle on some terminology. We’ll get rid of Stella’s acceleration at the start and end of the trip. Stella flashes past Terence in her spaceship both times, coasting along.

Here’s the itinerary according to Terence:

Start Event
Stella flashes past. Clocks are synchronized to 0.

Outbound Leg
Stella coasts along at (say) nearly 99 percent of light-speed. At 99 percent, the time dilation factor is a bit over 7, so
let’s say the speed is just a shade under 99 percent and the time dilation factor is 7. Let’s say this part of the trip
takes 7 years (according to Terence, of course).

Turnaround
Stella fires her thrusters for, say, 1 day, until she is coasting back towards Earth at nearly 99 percent light-speed.
(Stella is the hardy sort.) Some variations on the paradox call for an instantaneous Turnaround; we’ll call that the Turnaround Event.

Inbound Leg
Stella coasts back for 7 years at 99 percent light-speed.

Return Event
Stella flashes past Terence in the other direction, and they compare clocks, or grey hairs, or any other sign of elapsed time.

According to Terence, 14 years and a day have elapsed between the Start and Return Events; Stella’s clock however reads just a shade over 2 years.

How much over? Well, Terence says the Turnaround took a day. Stella’s speed was changing throughout the Turnaround, and so her time dilation factor was changing, varying between 1 and 7. So Stella’s measurement of the Turnaround Time will be something between 1 day and one-seventh of a day. If you work it out, it turns out to be a bit over 15 hours.

---- Zitat ende----

Grüsse Rossi

[Hick_4d611f]

Hi Rossi
ich denke, Du und die MrStupids ( mit s, weil einer alleine kann ja nicht so schlau sein ) habt Euch nach 6 Runden noch nicht allzu sehr angenähert.
Du wirst es nicht merken, aber über Deinen Kopf hat die Zeit ein anderes Tempo als unter Deinen Füssen. Und genau dieser Unterschied macht die Schwerkraft aus. Wenn Du Dich ( oder wenn Du willst auch ich mich ) mit einem G auf diesen Stern zubewege existiert genau diese Zeitdifferenz. Darum liegen die Astronauten auch in ihren Kapseln und stehen nicht. MrStupids sagen nun: Bau eine kleine Maschine, die die Zeitdifferenz eliminiert, und man kann beliebig viele Gs ( auf die Astronauten ) wirken lassen. Klein muss die Maschine sein, damit sie nicht selbst zerquetscht wird … im übrigen machen das diverse Rassen Ausserirdischer ( mit Erfolg ) so. Du sagst nun, das ist nicht möglich ( weil diese Maschine sich selbst zerquetschen wûrde wohl eher nicht, aber warum ? )
Grüsse Uwe P.

[DrStupid]

MrStupids sagen nun: Bau eine kleine Maschine, die die Zeitdifferenz eliminiert

Nein, das meint er (ich bin kein multiple Persönlichkeit) nicht. Die Zeitdifferenz ist eine Folge unterschiedlich starker Krümmung der Raumzeit und steht lediglich mit der Gezeitenkraft in Verbindung. Solange diese nicht größer ist als auf der Erdoberfläche stellt sie kein Problem dar. Meine Idee besteht darin ein Gravitationsfeld aufzubauen, in dem der Raumfahrer beschleunigt wird, ohne daß (außer seiner Trägheit) andere Kräfte auf ihn wirken.

Der einfachste Fall besteht darin, ihn von einem Hochhaus zu werfen. Wenn man von der Reibung mit der Luft absieht wird er dabei mit 9,81 m/s² beschleunigt und würde nicht spüren, daß irgendwelche Kräfte auf ihn wirken.

Wäre die Erde zehnmal so groß, dann würde er zwar mit 10g beschleunigt werden, aber er würde exakt dasselbe spüren. Genauso würde er auf einer 100 mal so großen Erde mit 100g und auf einer 1000 mal so großen Erde mit 1000g beschleunigt werden, ohne den geringsten Unterschied zu spüren.

Die Aufgabe bestet also „nur“ darin ein entsprechendes Gravitationsfeld (oder ein beliebiges anderes Feld, mit dem sich alle Teilchen des Körpers gleich beschleunigen lassen) zu erzeugen. Eine besonders rabiate Methode könnte folgendermaßen aussehen:

Man überläßt die Erzeugung des Gravitationsfeldes einem möglichst schweren Sern, an dem man das Raumschiff möglichst nahe vorbeifallen läßt. Im Scheitelpunkt der Bahn sprengt man den Stern so geschickt in die Luft, daß das Raumschiff unbeschadet ins Innere der sich ausdehnenden Gashülle gerät. Da eine Kugelschale in ihrem Inneren kein Gravitationsfeld besitzt, fliegt das Raumschiff dort ungebremst weiter bis es die (durch ihre eigene Gravitation immer langsamer werdende) Hülle wieder erreicht und erneut durchstößt. Jetzt wirkt zwar dieser die Gravitation der kompletten Sternenmasse auf das Raumschiff, aber durch die Große Entfernung zum Massenzentrum ist die Gravitation so klein, daß sie das Schiff nicht mehr aufhalten kann.

Der Nachteil dieser methode gesteht natürlich darin, daß die wirklich großen Beschleunigungen nur sehr kurz wirken. Der Vorteil besteht allerdings darin, daß der Masse des Raumschiffs kaum Grenzen gesetzt sind.

Viel eleganter wäre es natürlich, wenn man künstliche Gravitationsfelder beliebiger Stärke und Geometrie erzeugen könnte. Ob das möglich ist wissen wir leider nicht, weil uns bislang eine umfassende Theorie der Gravitation fehlt.

[rOs_8bdb6b]

relativistischer Swing-by
Hallo,

Nein, das meint er (ich bin kein multiple Persönlichkeit)
nicht. Die Zeitdifferenz ist eine Folge unterschiedlich
starker Krümmung der Raumzeit und steht lediglich mit der
Gezeitenkraft in Verbindung. Solange diese nicht größer ist
als auf der Erdoberfläche stellt sie kein Problem dar. Meine
Idee besteht darin ein Gravitationsfeld aufzubauen, in dem der
Raumfahrer beschleunigt wird, ohne daß (außer seiner Trägheit)
andere Kräfte auf ihn wirken.

So verschieden sind unsere Meinungen ja nicht. In der Praxis macht man das bei einem Swing-by Manöver längst.
Allerdings bezweifle ich, dass es für uns innerhalb unseres Sonnensystems (wir wollen ja erst einmal die nähere Umgebung auskundschaften) nicht möglich sein wird, mit einem derartigen Manöver relativistische Geschwindigkeiten zu erzielen.

Wäre die Erde zehnmal so groß, dann würde er zwar mit 10g
beschleunigt werden, aber er würde exakt dasselbe spüren.
Genauso würde er auf einer 100 mal so großen Erde mit 100g und
auf einer 1000 mal so großen Erde mit 1000g beschleunigt
werden, ohne den geringsten Unterschied zu spüren.

Genau hier liegt das Problem. Woher nimmt man das Gravitationsfeld?

Die Aufgabe bestet also „nur“ darin ein entsprechendes
Gravitationsfeld

Ein anderes Feld wird es nicht geben. Ich gehe davon aus, dass heute alle langreichweitigen Wechselwirkungen bekannt sind. Weder die starke noch die schwache noch die elektromagnetische WW erscheinen für diese Aufgabe geeignet.
Vielleicht gibt es bei extrem kurzreichweitigen WWn noch Entdeckungen. Aber dabei dürften die Energien, die man braucht um ein entsprechendes makroskopisches Feld aufzubauen, den technischen Einsatz von selbst verbieten.
Es kann auch auf extrem grossen Skalen noch unbekannte Effekte geben, aber die dürften bei einem kleinen Sprung nach p. centauri keine Rolle spielen.

(oder ein beliebiges anderes Feld, mit dem
sich alle Teilchen des Körpers gleich beschleunigen lassen) zu
erzeugen. Eine besonders rabiate Methode könnte folgendermaßen
aussehen:

Man überläßt die Erzeugung des Gravitationsfeldes einem
möglichst schweren Sern, an dem man das Raumschiff möglichst
nahe vorbeifallen läßt.

Swing-by an einem Neutronenstern? Woher nehmen?

Im Scheitelpunkt der Bahn sprengt man
den Stern so geschickt in die Luft, daß das Raumschiff

Du meinst: das tote Schiff mit spröden Wänden (->Neutronenfluss, gamma-strahlung, beta-strahlung, usw.).

unbeschadet ins Innere der sich ausdehnenden Gashülle gerät.

Eine gerichtete Supernova… Bitte mindestens ein paar LJ entfernt…nur falls man das doch nicht so gerichtet hinbekommt.

Warum willst du dich nicht auf einen Swing-by (=beinahe Kollision mit Impulsübertrag) an einem Neutronenstern einlassen? Soetwas scheint bei kosmischen Objekten zumindest auch tatsächlich vorzukommen? Da braucht man keine kosmische Explosion.

Da eine Kugelschale in ihrem Inneren kein Gravitationsfeld
besitzt, fliegt das Raumschiff dort ungebremst weiter bis es
die (durch ihre eigene Gravitation immer langsamer werdende)
Hülle wieder erreicht und erneut durchstößt. Jetzt wirkt zwar
dieser die Gravitation der kompletten Sternenmasse auf das
Raumschiff, aber durch die Große Entfernung zum Massenzentrum
ist die Gravitation so klein, daß sie das Schiff nicht mehr
aufhalten kann.

Der Nachteil dieser methode gesteht natürlich darin, daß die
wirklich großen Beschleunigungen nur sehr kurz wirken. Der
Vorteil besteht allerdings darin, daß der Masse des
Raumschiffs kaum Grenzen gesetzt sind.

Wenn du mir ein schwarzes Loch vergleichbar mit dem im galaktischen Zentrum ins Labor stellst, dann baue ich dir soetwas… Dann kann man gleich das ganze Sonnensysteme beschleunigen

Viel eleganter wäre es natürlich, wenn man künstliche
Gravitationsfelder beliebiger Stärke und Geometrie erzeugen
könnte.

Dazu braucht man eben die entsprechende Masse bzw. Energie. Soviel Energie, wie dieses Verfahren benötigt, finden wir in unserem Sonnensystem nicht.

Ob das möglich ist wissen wir leider nicht, weil uns

bislang eine umfassende Theorie der Gravitation fehlt.

Eine Sache wissen wir aber: es gilt der Energieerhaltungssatz, ein perpetuum mobile gibt es nicht. Die Energie, die der Menschheit zur Verfügung steht, ist begrenzt. Ausserdem wage ich es zu bezweifeln, dass man in absehbarer Zeit Neutronensterne in der erforderlichen Grösse im Labor herstellen kann.

Mein Fazit: Als Gedankenexperiment ist soetwas durchaus denkbar (hier sind wir uns ja wahrscheinlich einig), technisch ist es aber nicht (und auch in Zukunft nicht) realisierbar.

Grüsse und over
Rossi

[DrStupid]

Allerdings bezweifle ich, dass es für uns innerhalb unseres
Sonnensystems (wir wollen ja erst einmal die nähere Umgebung
auskundschaften) nicht möglich sein wird, mit einem derartigen
Manöver relativistische Geschwindigkeiten zu erzielen.

Ich bezweifle auch, daß das nicht möglich sein wird :o)

Spaß beiseite. Im Eingangsposting stand

„Angenommen wir hätten Antriebe, die ein Raumschiff theoretisch auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen könnten. Unser nächstbenachbarter Stern ist der Alpha Centauri mit 4 Lichtjahren Entfernung, wenn ich mich nicht irre.“

Aus der Vielzahl von Konjunktiven habe ich geschlossen, daß es wirklich nur um eine theoretische Beurteilung und nicht um die praktische Durchführbarkeit ging und entsprechend habe ich auch geantwortet. Dasselbe trifft für die Art der Beschleunigung zu. Kein Naturgesetz spricht dagegen ein Raumschiff auf diese Weise zu beschleunigen. Die dabei auftretenden Probeleme sind nicht theoretischer, sondern technischer Natur und niemand kann heute sagen, ob sie lösbar sind oder nicht.

Im Scheitelpunkt der Bahn sprengt man
den Stern so geschickt in die Luft, daß das Raumschiff

Du meinst: das tote Schiff mit spröden Wänden
(->Neutronenfluss, gamma-strahlung, beta-strahlung, usw.).

Wenn wir einen Planeten als Schutzschirm nehmen, dann müssen wir uns nur noch um den Neutrinofluß kümmern.

Eine gerichtete Supernova…

Nicht gerichtet. Im Gegenteil, je sphärischer, desto besser.

Bitte mindestens ein paar LJ entfernt…

Selbstverständlich. Wir müssen nehmen, was wir kriegen können und in unserer unmittelbaren Nachbarschaft gibt keine geeigneten Supernova-Kandidaten.

Warum willst du dich nicht auf einen Swing-by (=beinahe
Kollision mit Impulsübertrag) an einem Neutronenstern
einlassen?

Weil ich dann einen Neutronenstern mit geeigneter Geschwindigkeit bräuchte. Mit Ausnahme einiger kosmischer Schnelläufer gibt es davon nicht viele.

Viel eleganter wäre es natürlich, wenn man künstliche
Gravitationsfelder beliebiger Stärke und Geometrie erzeugen
könnte.

Dazu braucht man eben die entsprechende Masse bzw. Energie.
Soviel Energie, wie dieses Verfahren benötigt, finden wir in
unserem Sonnensystem nicht.

Das ist nicht gesagt. Wir hätten auch nicht genug Energie um das Erdmagnetfeld nur annähernd zu kopieren und trotzdem erzeugen wir in unseren Labors wesentlich höhere magnetische Flußdichten. Der Trick besteht darin, daß unsere künstlichen Magnetfelder ein viel kleineres Volumen haben und damit viel weniger Energie beinhalten. Zur Zeit kann niemand sagen, ob wir dieses Kunststück irgendwann nicht auch mit Gravitationsfeldern hinbekommen. Die Energie wird jedenfalls nicht das Problem sein, da wir ja nicht die Absicht haben das komplette Gravitationsfeld eines Neutronensterns zu kopieren, sondern die benötigte Gravitation nur innerhalb eines kleinen Volumens (z.B. einem Tunnel mit 60AE Länge) zu erzeugen.