Nachdem ich ein wenig über dieses Problem nachgedacht habe, bin ich mir ziemlich sicher, dass es unmöglich ist. Schnall dich an, das ist lang.

Sie sehen, der Grund, warum ein Magnet ein Stück Eisen anzieht, ist, dass das Magnetfeld ein Bündel kleiner Dipole im Eisen induziert (genauer gesagt, der Magnet zwingt das intrinsische Dipolmoment jedes Atoms, sich in die gleiche Richtung auszurichten, aber das Nettoergebnis sieht genau so aus). Aber hier liegt das Problem: Die Kraft, die ein Magnetfeld auf einen Dipol ausübt, beruht nicht auf der Feldstärke, sondern auf seinem Gradienten (dh der Änderungsrate). Speziell,

Wo$\mathbf{F}$ist die Kraft auf den Dipol,$\mathbf{m}$ist das Dipolmoment, und$\mathbf{B}$ist das Magnetfeld.

Die Kraft, die das gesamte Eisenstück spürt, ist einfach die Summe aller Kräfte, die jeder winzige konstituierende Dipol spürt. Wenn wir also sehen, dass Magnete Eisen anziehen, ist die Tatsache, dass das Feld des Magneten an den Enden säumt und schwächer wird, entscheidend, damit der Gradient ungleich Null ist. Während also Dubukay Recht hat, dass eine unendliche Schicht von Dipolen ein konstantes Magnetfeld im gesamten Raum erzeugt, wird dieses Feld ein Stück Eisen überhaupt nicht beschleunigen, geschweige denn gleichmäßig!

Falls Sie die Analogie zur Elektrostatik immer noch verwirrt, besteht der Hauptunterschied hier darin, dass magnetische Quellen nur in Dipolen auftreten (zumindest soweit wir darauf gestoßen sind). Das Problem unterscheidet sich also grundlegend von dem Fall eines geladenen Teilchens in einem Bereich mit einem einheitlichen elektrischen Feld, da elektrische Ladungen Monopole sind.

Da wir nun wissen, dass ein einheitliches Magnetfeld unseren Zweck nicht erfüllen wird, stellt sich die Frage: Können wir uns eins einfallen lassen, das dies kann? Die Antwort scheint nein zu sein . Um zu sehen, wie das geht, nehmen wir das einfachste Modell für die Magnetisierung von Eisen, das davon ausgeht, dass es direkt proportional zur Magnetfeldstärke ist$\mathbf{H}$(wir gebrauchen$\mathbf{H}$anstatt$\mathbf{B}$weil es sich innerhalb des Eisens nicht ändert):

während

Wo$\mu$ist die Durchlässigkeit von Eisen.

Setzen wir es in unsere obige Formel ein, für einen kleinen Teil unseres Eisens, das wir haben, haben wir

Aber wir haben noch eine weitere Hürde zu nehmen. Die Maxwell-Gleichungen erfordern dies$\nabla \cdot \mathbf{H} = 0$, also müssen wir haben$f$so gewählt

$\frac{\partial f}{\partial x} + \frac{\partial f}{\partial y} + C = 0$,

wobei C eine Konstante ist, die sich auf die gewünschte Beschleunigung und die Permeabilität von Eisen bezieht. Es gibt viele solcher Funktionen, so weit ist unsere Aufgabe möglich. Aber wir haben noch ein Problem: Wenn Sie nicht möchten, dass dieses Feld durch Ströme verursacht wird, die den gesamten Raum durchdringen (was ziemlich unphysikalisch ist), erfordert das Amperegesetz, dass die Kräuselung von$\mathbf{H}$auch in dem Vakuum, durch das sich die Erde bewegt, Null sein. Es stellt sich heraus, dass dies erforderlich ist$\frac{\partial f}{\partial x} = 0$Und$\frac{\partial f}{\partial y} = 0$, etwas, das mit unseren vorherigen Beschränkungen für f nicht vereinbar ist.

Nun muss ich darauf hinweisen, dass all dies auf der Annahme beruht, dass unser Magnetfeld für den gesamten Raum nur in die z-Richtung zeigt, und das liegt hauptsächlich daran, dass ich faul bin und diese Antwort bereits sehr lang ist. Ich vermute, dass eine ähnliche Antwort auftauchen würde, selbst wenn ich einen allgemeineren Fall berücksichtigen würde, oder zumindest zu Problemen mit der Stabilität der Erdbewegung führen würde.

EDIT: DAS WIRD EIGENTLICH NICHT FUNKTIONIEREN

Schauen Sie sich die Antwort von el duderino unten an, um eine mathematische Erklärung dafür zu erhalten, warum eine unendliche Magnetfolie trotz meiner Intuition keine Kräfte auf ein Stück Eisen ausübt.

Die Magie einer unendlichen Schicht magnetischer Monopole:

Ein Thema, mit dem ich in der Physik wirklich zu kämpfen hatte, war die Formel für das elektrische Feld, das von einer idealisierten, unendlichen Ladungsschicht erzeugt wird. Die Formel ist unten:

Das Wilde daran ist, dass es keinen Abstandsterm ( r ) gibt – das Feld ist in jeder Entfernung von der Platte gleich stark zu spüren. Wenn Sie ein geladenes Teilchen sind, das ein Lichtjahr von der Folie entfernt ist, ist die Kraft, die Sie dadurch spüren, die gleiche wie die Kraft, die Sie direkt neben der Folie spüren würden.

Dies gilt für eine unendliche Magnetfolie. Obwohl ich Monopole im Titel erwähne, könnte man einfach eine unendliche Wand aus Stabmagneten haben und die gleichen Effekte erzielen, solange sie alle in die gleiche Richtung ausgerichtet sind.

Implikationen für Worldbuilding:

Nun, es gibt ein paar Möglichkeiten, dies im Worldbuilding-Kontext zu handhaben. Die eine besteht darin, einfach zu akzeptieren, dass es ein unendliches Feld von Magneten geben kann, und Ihren Planeten mit dem eisernen Boden auf ein sehr zu setzengroße Entfernung entfernt. Auch wenn sich dieser Planet irgendwann der Lichtgeschwindigkeit nähert, denken Sie daran, dass die Entfernung keine Rolle spielt und Sie die Anfangsentfernung so wählen können, wie es für Ihre Handlung am besten geeignet ist. Dazu muss man natürlich wissen, was genau das Magnetfeld ist und wie es stationär bleibt – ist es eine Falte in der galaktischen Ebene? Ist es eine Megastruktur, die von Außerirdischen hinterlassen wurde? Ist es ein Grey-Goo-Szenario als Ergebnis von magnetisch gesinnten Nanobots, die alles Eisen im Universum gesammelt haben, um ihre Magnetwand zu erweitern? Auf der positiven Seite bedeutet das Wegwerfen der Schwerkraft, dass Sie vernünftigerweise eine magnetische Wand aus Masse haben könnten und sich keine Gedanken über ihren eventuellen Zusammenbruch unter ihrem eigenen Gewicht machen könnten.

Die zweite Option, wenn Sie nicht bereit sind, eine unendliche Magnetfolie zu akzeptieren, ist etwas kniffliger. Ohne eine unendlich große Schicht stoßen wir in einiger Entfernung auf Kanteneffekte, und wenn wir weit genug kommen, zerfällt die auf unseren Planeten ausgeübte Kraft, da die sehr große Schicht dennoch als Punkt erscheint, wenn sich die Entfernung der Unendlichkeit nähert. Der beste Weg, dies so weit ich mir vorstellen kann, ist mit Portalen oder durchquerbaren Wurmlöchern umzugehen. Zwei Wurmlöcher werden nahe genug an der Magnetfolie platziert, um Kanteneffekte mit Ihrem Eisenplaneten dazwischen zu vermeiden, und der Planet "fällt" mit konstanter Beschleunigung auf das näher an der Folie liegende Wurmloch zu. Es passiert das dortige Wurmloch und verzerrt sich zurück zum weiter entfernten Wurmloch. Da das Magnetfeld nicht abfällt, wenn wir uns von der Platte entfernen,

Weitere Überlegungen:

Lichtprobleme

Die Sonne und der Mond erfordern eine zusätzliche Erklärung - möglicherweise Eisenkerne in jedem von ihnen. Dann „fallen“ sie mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Planet selbst.

Was am Ende sehr problematisch sein könnte, sind die Sterne. Wenn diese Sterne an etwas Äußerem wie der Magnetfolie befestigt sind, verwandeln sie sich, wenn wir uns ihnen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit nähern, aufgrund der extremen Blauverschiebung in tödliche Gammastrahlen. Dies würde für beide oben skizzierten Szenarien zutreffen, also hoffe ich, dass das „Firmament“, an dem Sie beschreiben, dass sie fixiert sind, sich auch mit der Erde bewegt!

Startdistanz

Obwohl ich mit der erforderlichen speziellen Relativitätstheorie nicht zufrieden bin, gibt es eine Frage auf dem Weltraumforschungsstapel und eine weitere Notiz auf Wikipedia, die uns eine Vorstellung davon geben kann, wie weit wir beginnen müssen.

Wikipedia erwähnt, dass ein Schiff bei einer konstanten Beschleunigung von 1 * g * in etwa einem Jahr nahezu Lichtgeschwindigkeit erreichen und dabei ein halbes Lichtjahr zurückgelegt haben wird. Die Frage zur Weltraumforschung fasst dies zusammen, indem sie sagt, dass wir etwas mehr als ein Jahr pro Lichtjahr hinzufügen sollten. Daher sollten wir etwas weniger als 6.000 Lichtjahre entfernt beginnen, was ungefähr der Dimension des Orion-Arms der Milchstraße entspricht.

Wenn Sie einen extrem starken Monopolmagneten hätten, könnten Sie die flache Welt diesen Monopol umkreisen lassen und auf diese Weise eine konstante Beschleunigung erhalten.

Beachten Sie, dass Sie hier einige interessante Nebenwirkungen bekommen würden, zum Beispiel wären magnetische Gegenstände im Wesentlichen schwerelos (beschleunigen mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Basis des Planeten), haben aber immer noch die volle Masse.

Die Gleichung für die magnetische Kraft besagt, dass die Kraft umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands ist (dh sie gehorcht einem umgekehrten quadratischen Gesetz mit dem Abstand).

Dies ist genau die gleiche Eigenschaft wie die Schwerkraft, so dass Sie bei einem ausreichend starken magnetischen Monopol in einem Vakuum sehen würden, dass magnetisch aktive Materialien ihn auf genau die gleiche Weise umkreisen, wie in unserem Universum Planeten größere Massen umkreisen.

Solange die flache Erde gezeitengesperrt ist (was erreicht und stabilisiert werden könnte, indem ein großer Anker daran hängt), würden alle magnetisch aktiven Materialien sie umkreisen, und alles, was nicht magnetisch aktiv ist, würde simulierte Schwerkraft erfahren.

Indem Sie den Monopol schwächer oder stärker machen und den Radius und die radiale Geschwindigkeit der Umlaufbahn variieren, können Sie ihn so anpassen, dass er die Länge des "Jahres" und die simulierte Schwerkraft usw. nach Ihren Wünschen ergibt.

Die Magnetidee fühlt sich auf dem Papier wie eine gute Idee an, bis Sie bedenken, dass die Magnetfeldstärke exponentiell abhängig von der Entfernung ist. Es gibt andere Faktoren, aber ich werde es für die Zeit einfach halten.

Die Anziehungskraft zwischen zwei Magneten kann (zumindest grob) durch die als Gilbert-Modell bekannte Gleichung berechnet werden . Ich werde so gut ich kann vereinfachen und etwas wird bei der Übersetzung verloren gehen, aber das Größte ist der letzte Teil, viermal Pi mal der Abstand zwischen den beiden Objekten im Quadrat.

Das Quadrieren verursacht exponentielle Änderungen der Feldstärke, jedes Mal, wenn Sie die halbe Entfernung zurücklegen, machen Sie den Zug viermal stärker. Dasselbe gilt jedoch für die Schwächung der Zugkraft, wenn Sie die beiden Objekte weiter auseinander bewegen. Wenn zwei Magnete einen Meter voneinander entfernt sind, haben sie eine viermal stärkere Anziehungskraft als wenn sie zwei Meter voneinander entfernt wären.

Selbst wenn dem Planeten selbst eine magnetische Ladung fehlt, erhöht er seine Beschleunigungsrate ständig, wenn sich der Abstand zwischen Ihrem Planeten (wenn Sie einen flachen Körper einen Planeten nennen können.) dem Magneten nähert. Es gibt eine Lösung dafür, dass sich sowohl Ihre Scheibe als auch der Magnet, der sie zieht, bewegen, und es gibt ein System, das den Abstand zwischen den beiden konstant hält, indem es die Stärke des Magnetfelds (der Magnetfelder) ändert.

Das einzige Problem dabei ist, dass der Planet künstlich sein muss, obwohl dies ohnehin keine so logische Strecke ist, wenn er flach ist. Es könnte super fortschrittliche alte Technologie, Magie oder Gott/Götter sein.

Dies könnte sich mit dem Problem der Zeit befassen, und die Planetenerschaffung ist angesichts ihrer unnatürlichen Form mehr oder weniger glaubwürdig in einer fiktiven Umgebung.

TL; DR, der Magnet müsste sich bewegen und Ihre Magnete müssten eine Möglichkeit haben, die Stärke zu ändern, oder der Planet würde zu nahe oder zu weit von dem Magneten entfernt sein.

Der Doppler-Effekt

Im Wesentlichen hat jede Welle eine kürzere Wellenlänge, wenn Sie sich ihr nähern, und eine längere, wenn Sie sich von ihr entfernen. Das wirkt eher beunruhigend, erklärt aber, warum Geräusche beim Auffahren lauter und beim Wegfahren leiser sind. Es gilt auch für Licht und macht es blauer, wenn es sich darauf zu bewegt, und röter, wenn es sich davon entfernt.

Wenn Sie mit konstanter Geschwindigkeit auf eine Lichtquelle zu beschleunigen, ändert sich die Frequenz und wird blauer. Dieses blauere Licht ist energiereicher und wird zunehmend tödlicher, da Licht mit höherer Energie in der Lage ist, Materie zu ionisieren. Nun ist ionisierende Strahlung nichts Neues. Die Sonne erzeugt viel ionisierendes Licht mit niedrigerer Energie, das von der Magnetosphäre und der Erdatmosphäre verarbeitet wird.

Die Magnetosphäre entfernt viel davon, indem sie das meiste ablenkt und den Rest zu den Polen lenkt. Die Atmosphäre unterstützt es mit Molekülen wie Ozon, die die Hochfrequenzenergie absorbieren. Auf der Erde, wie wir sie kennen, gibt es eine konstante Beschleunigung, wenn wir im Kreis umkreisen (eigentlich eine Ellipse, aber seien wir hier einfach). Das Schöne an Kreisen (Ellipsen) ist, dass die zurückgelegte Geschwindigkeit ziemlich konstant ist mit einer kleinen Variation zwischen einer maximalen und minimalen Geschwindigkeit. Das bedeutet, dass die Atmosphäre und die Magnetosphäre ziemlich vorhersagbar und ständig durch die Bewegung der Planeten deformiert werden.

Ein Pizza-Planet erfährt ebenfalls eine konstante Beschleunigung, hat aber keine konstante (oder nahezu konstante) Geschwindigkeit. Mit zunehmender Geschwindigkeit verformen sich die Magnetosphäre und die Atmosphäre immer mehr. Die Verformung wird in Richtung der Planetenoberfläche erfolgen, da die Atmosphäre komprimiert wird und die Magnetosphäre nicht so leicht herausragen kann. Gleichzeitig wird die Strahlung (Licht) immer höher und immer tödlicher und ionisierender.

Zuerst werden die Magnetosphäre und die Atmosphäre sich behaupten, aber bald werden sie überwältigt sein. Die Atmosphäre wird in das große Jenseits abfließen, wenn die Magnetosphäre schrumpft. Mehr ionisierende Strahlung wird mit der Atmosphäre in Kontakt kommen, da sie nicht magnetisch abgelenkt wurde, was den Prozess beschleunigt. Irgendwann, eigentlich in ziemlich kurzer Zeit, vielleicht ein paar hundert Jahre (wobei ich hier sehr großzügig bin), wird der Planet unbewohnbar.

An diesem Punkt ist die Atmosphäre jetzt in der Dicke mit der des Mars vergleichbar, und die durchschnittliche Oberflächentemperatur ist mit der der Venus vergleichbar. Die Welt wird langsam erodiert und jedes überlebende Leben wird tief in den Felsbetten leben und versuchen, ihre empfindlichen organischen Moleküle vor den grausamen Gammastrahlen zu schützen, die die Planetenoberfläche versengen. Du hast noch über 5 Jahrtausende vor dir.

Nova

Um dieses Problem zu verschlimmern, würde sich jede Nova (nicht nur Supernova, sondern auch die weniger überwältigenden Cousins) effektiv wie eine Hypernova verhalten. Das sind keine guten Nachrichten. Eine Hypernova innerhalb weniger tausend Lichtjahre wird einen Planeten bis auf sein Grundgestein desinfizieren. Besser hoffen, dass keiner dieser Sterne explodiert, oder sie beschleunigen auf oder schneller als der Planet in die gleiche Richtung.

Relativität

Dies ist ohne Berücksichtigung der durch die relative Zeitwahl erzeugten Scherspannungen, die diese Welt bereits in Stücke gerissen haben. Dieses Problem wird durch selbst geringfügige Zeitunterschiede zwischen benachbarten Teilen der Oberfläche verursacht, die nur zunehmen, wenn sich der Planet der Lichtgeschwindigkeit nähert. Selbst wenn die Lichtgeschwindigkeit überschritten werden könnte, wird das Zeitproblem nur noch schlimmer.

Physik umschreiben

Sie müssen tatsächlich eine Menge Physik umschreiben. Es reicht einfach nicht, die Schwerkraft zu beseitigen.

Photonen (Licht), Magnetismus, Elektrizität und die grundlegenden Eigenschaften von Elektronen/Protonen können nach heutigem Verständnis nicht existieren. Sie müssten sie umschreiben, um dem Doppler-Effekt nicht zu gehorchen. Das wird schwer. Es bindet Zeit und Bewegung.

Folglich muss die Relativitätstheorie fallen gelassen werden. Der Versuch, Zeit und Bewegung zu fixieren, um Doppler-Verschiebungen zu vermeiden, impliziert, dass es keinen einzelnen eindeutigen Satz konsistenter Physik geben kann. Dies liegt daran, dass sich zwei Beobachter nicht auf die Anzahl der gesehenen Wellen einigen können. Ein schnellerer Beobachter müsste beim Annähern weniger Lichtwellen und beim Weggehen mehr Lichtwellen sehen als jemand, der stillsteht, um die relative Energie des Lichts zu erhalten. Daher gibt es entweder Regeln, die sich ändern, oder fundamentale Konstanten, die sich basierend auf Ort, Richtung, Geschwindigkeit oder einer anderen Eigenschaft ändern.

Dies wird auch den Begriff der Zeit erschweren. Eine Person, die weiter von einer Quelle entfernt ist, kann tatsächlich mehr sehen als eine sich neben der Quelle eines Ereignisses bewegende Person. Dies macht die Kausalität nahezu unmöglich zu handhaben.

Ich kann hier nicht viel von einer Lösung anbieten, aber nicht, wie wir wissen, dass es ziemlich genau ist.

Option 1

Eine Abwärtsbeschleunigung von$1 g$könnte eine lineare Beschleunigung sein. Dies bedeutet, dass es in seinem eigenen Bezugssystem ständig an kinetischer Energie zunimmt. Das bedeutet, dass ihr mechanische Energie mit einer Rate von zugeführt werden muss

im nichtrelativistischen Limes, wo$\vec{F}$ist die Nettokraft auf der flachen Erde,$\vec{u}$ist die Geschwindigkeit der flachen Erde,$m$ist seine Masse, und$\vec{a}$ist seine Aufwärtsbeschleunigung.

Dies würde eine wirklich unvorstellbare Energiequelle erfordern, die unendlich groß sein müsste oder immer mit Flat Earth reisen (und beschleunigen) müsste. Es ist möglich, dass sich Flat Earth in der Kammer einer gigantischen Railgun befindet. Es gibt Probleme: Sehen die Leute die Schienen? 2) Beeinflussen die unglaublich starken elektromagnetischen Felder die Physik irgendwo anders auf der flachen Erde oder nur auf einer supraleitenden Basis? Ein solches Setup würde eine Menge Hitze erzeugen!

Ich halte diesen Ansatz aufgrund des enormen Energieaufwands für physikalisch einfach unhaltbar. (Lassen Sie mich wissen, wenn Sie möchten, dass ich über diesen Punkt hinausgehe!)

Hinweis: In Bezug auf die spezielle Relativitätstheorie ist es möglich , dass die flache Erde in ihrem eigenen Referenzrahmen unbegrenzt eine Beschleunigung von 1 g erfährt (sie nähert sich asymptotisch der Lichtgeschwindigkeit in anderen Referenzrahmen).

Option 2

Das Beschleunigen in Bewegungsrichtung erfordert viel Eingangsenergie, aber das Beschleunigen senkrecht zur Bewegung erfordert null Energie, wie aus der obigen Gleichung ersichtlich ist (wir ignorieren hier die elektromagnetische Strahlung eines beschleunigenden geladenen Teilchens!).

Viele Raumschiffdesigns enthalten Zentrifugen zur Erzeugung künstlicher Schwerkraft. Die flache Erde könnte gezwungen sein, sich auf einer kreisförmigen Bahn zu bewegen, wobei „oben“ (aus der Perspektive der Bewohner der flachen Erde) tatsächlich radial nach innen ist.

Aber was würde die kreisförmige Bewegung verursachen?

• Schwere? Möglicherweise, aber das würde eine ausreichende Masse der flachen Erde erfordern, aber eine ausreichende Masse würde auch bedeuten, dass die Eigengravitation der flachen Erde signifikant wäre. Wenn die „Flache Erde“ nicht ausreichend kugelförmig wäre, würde ihre eigene Schwerkraft dazu führen, dass sie auseinanderbricht.
• Elektromagnetische Kräfte? Mein erster Gedanke war, dass die flache Erde eine Nettoladung hat und einen Körper mit gleicher und entgegengesetzter Ladung umkreist. Dies würde ein elektrisches Feld erzeugen. Die Ladungen und der Umlaufradius und die Geschwindigkeit konnten so bestimmt werden, dass die Beschleunigung tatsächlich 1 g betrug. Das Problem ist, dass sich die Bewohner von Flat Earth in einem sehr starken elektrischen Feld befinden würden! Das andere Problem besteht darin, einen Körper oder eine flache Erde mit einer ausreichend starken Nettoladung zu versehen, die jedoch stabil ist, da eine hohe Ladungsdichte Material instabil macht, da sich gleiche Ladungen abstoßen.

Obwohl ein solcher Aufbau eine Tonne Energie zum Aufbau erfordern würde, wäre auf jeden Fall kein konstanter Energiezufluss erforderlich, um die Beschleunigung aufrechtzuerhalten (wiederum ignorieren wir die Strahlung aufgrund beschleunigender Ladungen).