Kann relativistischer Impuls (Photonen) als Antrieb für „frei“ nach der ersten Generation verwendet werden?

Bei der Erörterung dieser Frage zum Antrieb eines Raumfahrzeugs mit Photonen und ihrem relativistischen Impuls bat mich der Autor, meinen Kommentar als weitere Frage zu wiederholen.

Wenn Photonen wirklich für den Antrieb verwendet werden können, könnten zwei Spiegel zwischen zwei Objekten angebracht, gut fokussiert und kontinuierlich ihre jeweilige Position angepasst werden, „wo sie zum Zeitpunkt der Lichtankunft sein werden“, und dieselben Photonen verwenden, die zwischen den beiden hin und her springen Objekte für den ewigen Schub nach der anfänglichen Photonenerzeugung?

Die Ausgangsfrage bezog sich auf ein Zuordnungsproblem:

„Eine Masserakete M 0 wird von einem riesigen monochromatischen Laser angetrieben, der auf der Rückseite der Rakete montiert ist. Der Laser sendet einen Strahl mit einer Leistung von P 0 Watt und eine Frequenz F 0 , beide gemessen im Ruhesystem der Rakete. Wenn der Strahl eingeschaltet wird, wird die Rakete durch den Rückstoß in die entgegengesetzte Richtung getrieben."

Natürlich nähern sich die Sprünge und Rotverschiebungen aufgrund der Energieerhaltung einer Grenze. Der Impuls ist gleich und entgegengesetzt und gleicht sich immer aus, aber kenetische Energie ist skalar. Die gesamte Energie des Photons kann der Bewegung des Spiegels zugeführt werden und nicht mehr.

Antworten (2)

Das Problem bei Ihrer Idee besteht darin, dass das Licht jedes Mal, wenn es vom Spiegel reflektiert wird, einen Teil seiner Energie auf den Spiegel überträgt (um die kinetische Energie des Spiegels zu erhöhen) und dadurch rotverschoben wird. Der Schub würde also verblassen, wenn sich das helle Rot zu nichts verschiebt.

Aus offensichtlichen Gründen kann das Licht nur so viel Energie (in Form von kinetischer Energie) auf die Spiegel übertragen, wie es ursprünglich hatte. Sonst hätte man ein Perpetuum mobile.

Genauer gesagt würde jeder Rückprall zurückprallen und den Gesamtimpuls des Systems erhalten, der vermutlich null wäre.
@webb: Ich denke, der Punkt ist, dass die beiden Spiegel nicht verbunden sind, also drücken sie sich gegenseitig auseinander.
Ich verstehe, also müsste Energie hinzugefügt werden, um den Schub konstant zu halten. Wird ein Laser jedes Mal rotverschoben, wenn er von etwas abprallt? IE Wenn Sie einen grünen Laser zwischen zwei kalibrierte Spiegel richten würden, wäre er schließlich rot?
@Ehryk: Wenn die beiden Spiegel in ihrer Position fixiert sind, zB in einem starren Rahmen aneinander befestigt sind, würde sich das Licht nicht rot verschieben, da keine Energie auf die Spiegel übertragen wird. In Ihrer Frage tritt die Rotverschiebung auf, weil die Spiegel nicht fixiert sind, damit das Licht Energie auf sie übertragen kann, indem es sie auseinander drückt.
Licht, das von einem Spiegel abprallt, überträgt also nur selektiv Energie, wenn sie nicht angebracht sind?
Nun, Sie fügen dem Spiegel kinetische Energie hinzu, was bedeutet, dass Sie dieselbe kinetische Energie von dem Photon abziehen müssen, was bedeutet, dass, wenn der Spiegel bekommt Δ E , dann muss die Photonenfrequenz auf sinken ω − Δ E / ℏ .
@Ehryk Nichts so Unheimliches passiert. Ein Photon erhält eine Netto-Rotverschiebung von einem stationären Spiegel (weil es ein wenig Impuls auf den Spiegel überträgt). Trifft es auf einen sich bewegenden Spiegel, gibt es einen zweiten Dopplerterm in der Verschiebung, der positiv oder negativ sein kann. Wenn Sie darüber nachdenken, wie sich die Spiegel in den angebrachten/nicht angebrachten Gehäusen bewegen, sollten Sie sehen, dass alles in Ordnung ist.
@Ehryk Sie können "befestigten Spiegel" mit sehr großer Masse modellieren. Dann verliert das Photon, das auf den Spiegel trifft, eine sehr kleine Menge an Energie (durch Energie- und Impulserhaltung) und an der Massengrenze → ∞ Das Photon überträgt keine Energie.
Aber die Masse des Spiegels ist nicht unendlich, und mit genügend Photonen könnten Sie den Spiegel bewegen (wie die andere SO-Frage anspielt), richtig?

Ich denke, selbst wenn die Spiegel fixiert sind, würde es immer noch zu einem Impulsverlust in Form von Wärmeverlust kommen, da die Spiegel aus Atomen bestehen und als solche der Thermodynamik unterliegen.

Kann relativistischer Impuls (Photonen) als Antrieb für „frei“ nach der ersten Generation verwendet werden?
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