Könnte die Zeitdilatation unerwünschte strukturelle Effekte verursachen?

Ich arbeite an einer Science-Fiction-Geschichte mit Raumschiffen, die etwa 95 % der Lichtgeschwindigkeit erreichen. Ich wollte einen Grund dafür haben, dass sich die Raumschiffe gegen Zeitdilatation in erheblichem Umfang schützen müssen.

In erster Linie möchte ich dies zum Zwecke des Geschichtenschreibens, damit Sie schnelle Raumschiffe haben können – schnell langsamer als leichte Schiffe – ohne die durch Zeitdilatation verursachten Komplikationen.

Ich möchte dies mit einigermaßen harter Wissenschaft begründen ... Könnte es möglicherweise unerwünschte Materialeffekte aufgrund von Zeitdilatation und / oder Lorentz-Kontraktion geben?

Eine Idee ist diese; Wenn eine Kraft – wie der Schub eines Motors – auf ein Material ausgeübt wird, breitet sich diese Kraft nur mit der Schallgeschwindigkeit dieses Materials aus. Wenn ein Raumschiff beschleunigt, bewegen sich die Atome vorne immer etwas langsamer als die Atome hinten (oder umgekehrt, wenn das Schiff seine Motoren vorne hat).

Dies würde bedeuten, dass die Atome, die dem Motor am nächsten sind, etwas mehr Zeitdilatation erfahren würden als die weiter entfernten. Könnte dies bei hohen Geschwindigkeiten mit ausgeprägter Zeitdilatation zu einer Schwächung der Raumschiffstruktur führen?

Während es möglicherweise keine oder fast keine Auswirkungen gibt, wenn der Weltraum ein totales Vakuum wäre. In der Praxis ist der Weltraum voll von verdünntem Gas und Staub – ganz zu schweigen vom Quantenvakuum.

Dieses Papier könnte in Bezug auf extrem relativistische Effekte hilfreich sein: Link

TL;DR

Ich will nicht die Komplikationen der Zeitdilatation, aber trotzdem schnelle Unterlicht-Raumschiffe. Gibt es eine Rechtfertigung, die Zeitdilatation vom Standpunkt der strukturellen Integrität aus zu filtern? Könnten Zeitdilatation und/oder Lorentzkontraktion strukturelle Probleme verursachen?

Eines der Dinge an der Relativität ist, dass die Dinge relativ sind. Wenn Sie bei 90 % c sind, sind Sie relativ zu etwas bei 90 % c. Nur weil Sie bei 90% c relativ zur Erde sind, bedeutet das nicht, dass Sie die Zeitdilatation selbst bei Beschleunigung schlimmer spüren, als wenn Sie bei 0 c beginnen würden. Da für die Apollo-Missionen kein solches Gerät benötigt wurde, denke ich, dass die Antwort "nein" ist. Wenn Sie jedoch ein magisches Gerät hätten, das Sie in die Erdstandardzeitgeschwindigkeit (oder so etwas) versetzt, könnte es Ihr Schiff auseinander reißen. Nicht mein Fachgebiet, ich habe dafür gestimmt, zu lesen, was die Experten sagen
Oh und PS, in diesen Kommentaren ist nie genug Platz: Ich interessiere mich nur dafür, was andere Leute in ihren Geschichten tun: Was ist Ihre Rechtfertigung, bei etwa 95% Lichtgeschwindigkeit anzuhalten? Ich würde annehmen, dass ein Raumschiff, das 95% c fahren kann, auch ziemlich leicht 99% c (zum Beispiel) erreichen kann.
Obwohl die Zeitdilatation relativ ist, erzeugt eine zeitgedehnte Masse dennoch Effekte, die sowohl in ihrem eigenen Referenzrahmen als auch in einigen externen Referenzrahmen sichtbar sind, wie z. B. Blauverschiebung: Link . Wenn ein Raumschiff nicht gleichmäßig beschleunigt, hat jeder Teil des Schiffes seinen eigenen separaten Referenzrahmen. Warum 95 % von c; Ich wollte eine Geschwindigkeit, die eine Zeitdilatation erzeugt, die groß genug ist, damit alle potenziellen Effekte verstärkt werden, aber immer noch in der Nähe der Geschwindigkeit ist, mit der die Schiffe in der Geschichte wahrscheinlich tatsächlich reisen.
Ich habe keine Theoretische Physik studiert, ich kenne viele hier. Ist das wahr? Sie erleben eine Blauverschiebung in Ihrem eigenen Zeitrahmen (der Link hilft nicht)? Btw, wie schnell beschleunigst du? Von 0 auf 0,9 c in weniger als einer Sekunde, also spürst du diese Effekte wirklich? In diesem Fall würde das Schiff nur, nun ja, Kernfusion und so weiter.
Vielleicht gefällt Ihnen mein Applet .
Raditz_35, dieses Like könnte hilfreicher sein: link
Ich denke, Informationen zur Dopplerverschiebung helfen immer noch nicht zu erklären, wie Sie sie in Ihrem eigenen Zeitrahmen erleben würden , sodass dieser Link nicht hilfreicher ist. Wie klingt die Zugpfeife für Fahrgäste im Zug ? Normal, nicht verschoben. Kapiert?
Nein, der Pfiff wird nicht auf die Passagiere verlagert. Aber das Echo wird verschoben. Mein Punkt ist, dass es immer noch relativistische Effekte gibt, die sowohl für stationäre als auch für sich mitbewegende (relativ zum Raumschiff) Referenzrahmen offensichtlich sind. Ich habe meine Frage mit einem relevanten Papier bearbeitet. Vielen Dank für den Link zu Ihrem Applet, ich denke, das wird sehr hilfreich sein.
Okay, ich habe endlich ein paar Informationen darüber gefunden, woran ich dachte. Dies sollte hilfreich sein: Link Bearbeiten: Eigentlich ist dieser: Link relevanter.
Warum willst du die Zeitdilatation loswerden? Das macht interstellare Reisen schwieriger ! Zeitdilatation ist eine gute Sache - es bedeutet, dass Ihre Crew weniger Zeit mit Reisen an Bord des Schiffes verbringt und somit die Reise möglicherweise überleben kann!
Also (es sei denn, Ihr Schiff beschleunigt mit 1000 g), der Unterschied in der Beschleunigung (und Geschwindigkeit) für die Teile Ihres Schiffes wäre minimal. Das bedeutet, dass Ihre Passagiere, ohne nach draußen zu schauen, nicht sagen können, dass etwas nicht normal ist und möglicherweise etwas mit dem Schiff nicht stimmt. Wenn sie jedoch nach draußen schauen, würden sie viele seltsame Phänomene beobachten.
Es kann dazu führen, dass Dinge relativ zu etwas schneller altern. Das ist alles.
Ich glaube du missverstehst etwas. Ich bin mir nicht sicher, was genau, aber Ihre Links zum Doppler-Effekt machen keinen Sinn / sind für Ihre Frage völlig irrelevant. Übrigens ist Ihnen bewusst, dass ein solches Gerät nicht nur ftl-Geschwindigkeiten zulassen, sondern sogar erfordern würde? Wenn Sie dieses Gerät bauen, können Sie mit FTL-Geschwindigkeit reisen, und die Tatsache, dass Sie dies nicht tun, ist ein Fehler in Ihrer Welt. Ich denke, es ist in einer Geschichte immer noch in Ordnung, weil es im Umgang mit Weltraumsachen immer Probleme geben wird, aber nicht für harte wissenschaftliche Fragen, und es wird eine andere Erklärung brauchen

Antworten (3)

Im Allgemeinen gibt es keine Auswirkungen auf die Geschwindigkeit. Aus ihrer Sicht sind wir zu 90 % c unterwegs – bringt das plötzlich etwas?

Wenn Sie sich jetzt mit hoher Geschwindigkeit durch den Weltraum bewegen, treten echte Probleme auf, da das entgegenkommende Gas und der Staub nahezu Lichtgeschwindigkeit erreichen und die Lorentz-Kontraktion des Pfades, auf dem Sie sich befinden, dazu führt, dass Sie eine höhere Materialdichte sehen.

Was die Beschleunigung angeht, könnten Sie Bells Raumschiff-Paradoxon interessant finden. Betrachten Sie anstelle von zwei Schiffen und einer Kette die Vorder- und Rückseite eines einzelnen Schiffes. Aber auch hier hat Ihre hohe Geschwindigkeit nichts damit zu tun; es wird nicht schlimmer wenn du schneller wirst. Es hat eher mit Beschleunigung zu tun, und Sie beschleunigen nicht mehr als 1G, würde ich annehmen.

Und denken Sie an das Äquivalenzprinzip! Die gleichen Auswirkungen einer 1G-Beschleunigung manifestieren sich in Wolkenkratzern hier auf der Erde! Das heißt, nichts, was Sie ohne empfindliche Instrumente bemerken würden.

Mir gefällt, dass diese Antwort das grundlegende Missverständnis, das der Frage zugrunde liegt, ausräumt und gleichzeitig einen vernünftigen Grund dafür liefert, ein Schiff mit nahezu Lichtgeschwindigkeit abzuschirmen - vielleicht etwas mehr erweitern?
Vielen Dank für den Link zu Bells Spaceship Paradox. Ich habe eine Frage dazu: Wenn ich das richtig verstehe, ist die Lorentz-Kontraktion von der Geschwindigkeit abhängig - nicht von der Beschleunigung. Würde dies nicht bedeuten, dass eine größere Geschwindigkeit zu größeren Spannungen führen würde?
Hier ist eine bearbeitete Version der PhysFAQ mit Illustrationen, die ich gezeichnet habe. Sehen Sie sich die unterschiedlichen Zeiten in Abbildung 2 an – im Laufe der Zeit (und die Schiffe beschleunigen weiter) wächst der Abstand zwischen ihnen und die Zeitdilatation wird zwischen ihnen unterschiedlicher.

Der springende Punkt der Relativitätstheorie ist, dass es keine Möglichkeit geben sollte, festzustellen, wie schnell Sie reisen, da es keine absolute Geschwindigkeit gibt. Es kann keine Auswirkungen durch schnelles Reisen geben, denn wenn dies der Fall wäre, würde die Relativitätstheorie verletzt werden.

"Schnelles Reisen kann keine Auswirkungen haben" - abgesehen von all dem interstellaren Staub, der auf Sie einschlägt, und all den Meteoren, die an Ihnen vorbeirasen, und schließlich all das intensive Leuchten der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die sich in das sichtbare Spektrum verschiebt (ganz zu schweigen davon, dass Sie brauchen Sie einen ziemlich guten UV-Filter auf Ihrer Windschutzscheibe, um zu verhindern, dass Ihre Brückencrew Hautkrebs entwickelt). Selbst bei den trägen Geschwindigkeiten, mit denen sich die Erde bewegt, etwa 0,001 c oder so, können wir feststellen, dass der CMBR in einer Richtung etwas blauer und in der anderen etwas röter ist.
Entschuldigung, Sie haben es sehr falsch. Die Relativität der Art der Bewegung Sie sprechen über etwas, das Galileo gut bekannt ist, der davon sprach, Bälle in ein Schiff zu werfen und die Unmöglichkeit festzustellen, ob sich ein Schiff bewegt oder nicht. Einsteins spezielle Relativitätstheorie sagt eigentlich, dass es eine Sache gibt, die überhaupt nicht relativ ist: die Lichtgeschwindigkeit, die eine universelle Konstante ist und von allen Beobachtern unabhängig von ihrer relativen Geschwindigkeit konstant gleich gemessen wird. Die spezielle Relativitätstheorie befasst sich mit Beschleunigungen und erklärt, warum die Zeit des Raumschiffs langsamer wird und nicht die der Erde (hier kein Platz, um ins Detail zu gehen).
@JanDvorak Aber Sie würden den gleichen Effekt sehen, wenn Ihr Raumschiff stationär wäre und sich der interstellare Staub und die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung bewegen würden. Es liegt nicht an der Geschwindigkeit des Raumschiffs; es liegt an der unterschiedlichen Geschwindigkeit des Raumschiffs und des Staubs.
@ZioByte Ich fürchte, du bist derjenige, der es falsch hat. Aus Sicht des Raumschiffs ist die Zeit auf der Erde verlangsamt.
@MikeScott: Ich bin mir ziemlich sicher, was ich sage. Beschleunigung macht den Unterschied. Denken Sie an ein Raumschiff, das die Erde verlässt und dann nach zwei Reisen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zurückkehrt. An diesem Punkt werden die beiden Zeiten verglichen. Wer wird „älter“? Wenn Sie Recht haben, werden die Raumfahrer auf der Erde weniger Zeit vergangen finden als auf ihrem Bezugssystem. Das ist nicht wahr. Weniger Jahre sind auf Raumschiffen in Bezug auf die "stationäre" Erde in beiden Bezugssystemen vergangen. Die Allgemeine Relativitätstheorie ist diesbezüglich ziemlich eindeutig.
@ZioByte Natürlich bricht die Beschleunigung die Symmetrie. Wenn die Erde zurück zum Schiff beschleunigen würde, wäre es die Erde, auf der die Zeit langsamer vergangen wäre. Aber es gibt nichts in der Frage nach der Beschleunigung. Es geht um „Raumschiffe, die etwa 95 % der Lichtgeschwindigkeit erreichen“. Daher steht meine Antwort.
@MikeScott: Entschuldigung, aber ich verstehe Sie nicht. Postulieren Sie, dass "Raumschiffe" (per Definition ein Artefakt) irgendwie zufällig so schnell reisen, ohne eine Beschleunigung erfahren zu haben? Dies wäre schwieriger zu erklären als FTL. Wenn das gesamte Universum aus irgendeinem Grund in eine bestimmte Richtung beschleunigen würde und das Schiff zufällig unbeeinflusst bleibt, wäre die Wirkung eine Zeitverlangsamung des Universums. Ich sehe jedoch Probleme mit Moment Conservation.
@ZioByte Nein, ich sage, dass es bei der Frage um Raumschiffe geht, die nicht beschleunigen, und wie sie eine hohe Relativgeschwindigkeit zur Erde erreicht haben, ist irrelevant - das war in der Vergangenheit und hat keinen Einfluss darauf, wie das Raumschiff Erfahrungen macht Zeitdilatation, während es bei 95% von c vom Bezugsrahmen der Erde kreuzt.

Es gibt keine, absolut keine strukturellen Effekte oder Defekte, die durch Reisen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit verursacht werden. Das Hauptproblem ist die Begegnung mit Gas oder Staub im interstellaren Raum. Für die Sicherheit der Astronauten wird ein vorderer Schild oder eine Barriere benötigt.

Die Hauptkomplikation bei der Zeitdilatation für einen Schriftsteller besteht darin, zu berechnen, wie viel Zeit zwischen den Astronauten im Raumschiff und den Menschen, die auf der Erde bleiben, unterschiedlich ist.

Der Physiker John Cramer hat in einem Beispiel über ein Raumschiff, das nahezu mit Lichtgeschwindigkeit fliegt, eine einfache Methode entwickelt, um die Zeit für die Astronauten zu berechnen. Angenommen, das Raumschiff beschleunigt ein Jahr lang mit einer Gravitation (1 g) und erreicht eine Reisegeschwindigkeit von 0,867 c (86,67 % der Lichtgeschwindigkeit). Die Zeitdilatation beträgt zwei. Lassen Sie das Raumschiff 86,67 Lichtjahre reisen, was 100 Jahre dafür dauert. Bei einer Zeitdilatation um den Lorentz-Faktor zwei vergehen fünfzig Jahre im Raumschiff. Es verlangsamt sich nun für ein weiteres Jahr bei 1 g.

Die Gesamtzeit im Raumschiff beträgt zwei Jahre für die Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen zusammen plus fünfzig Jahre Schiffszeit. Insgesamt 52 Jahre.

Im relativen Ruhebezugssystem für die Erde und vermutlich für ihr Ziel beträgt die Zeit, die das Raumschiff für diese Reise benötigt hat, 102 Jahre.

Sie können weiterhin davon ausgehen, dass das Raumschiff während der Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen für jede Phase eine Entfernung von einem halben Lichtjahr zurücklegt. Die zurückgelegte Gesamtstrecke betrug 87,67 Lichtjahre.

Die Alternative besteht darin, schnell genug zu reisen, um Orte zu erreichen, aber nicht so weit, dass es zu einer großen Zeitdilatation kommt. Eine Geschwindigkeit von etwa halber Lichtgeschwindigkeit erreicht diesen Effekt. Die Zeitdilatation beträgt 1,1547. Berechnen Sie die Zeit, die für eine bestimmte Entfernung bei 0,5 c benötigt wird, was einfach das Doppelte der zurückgelegten Entfernung ist, und dividieren Sie sie durch 1,0635, um die für die Astronauten vergangene Zeit zu ermitteln. Dann noch ein Jahr für die Beschleunigungs- und Entschleunigungsphasen.

Die Zeitdilatation kann der Freund von Science-Fiction-Autoren sein, die schnelle Reisen wünschen, die langsamer als das Licht sind. Finden Sie eine freundliche Person, die genug Ahnung hat, um die Berechnungen für Sie durchzuführen.

Halbe Lichtgeschwindigkeit hat eine Zeitdilatation von 1,1547005383792517, nicht 1,0625. «Finden Sie eine freundliche Person, die genug Ahnung hat, um die Berechnungen für Sie durchzuführen.» hat er schon ☺.
@JDługosz Nagetiere! Auf Forschungsberichte kann man sich heutzutage nicht mehr verlassen. Ich habe eine Zahl genommen, die in einem Artikel über relativistisches Reisen angegeben ist, und für Halblichtgeschwindigkeit wurde die Zeitdilatation mit 16 Jahren in Bewegung bis 17 im Ruhesystem angegeben. Zeigt, dass ich stattdessen Ihren Taschenrechner hätte verwenden sollen.
@JDługosz Antwort bearbeitet für korrigierten Wert der Zeitdilatation. Danke für den Hinweis auf den Fehler.
Woher kommt also die 1,0635?