Maximale Raketengeschwindigkeit im interstellaren Raum?

Interstellarer Weltraumantrieb ... wenn ein Raumschiff die Anziehungskraft unserer Sonne überwinden würde und da es im Weltraum keine Atmosphäre/Wind/Reibung gibt ... heißt das, wenn ein Motor ständig Schub hätte, dass das Raumschiff weiter beschleunigen würde auf Lichtgeschwindigkeit, solange der Motor vorwärts trieb? Mit anderen Worten, nimmt die Geschwindigkeit im Vakuum ständig zu? oder sind die beiden Ideen (Raum/Vakuum) getrennte Ideen?

Die Formulierung dieser Frage ist etwas ungenau. Zum Beispiel impliziert der Ausdruck ständiger Schub nur einen positiven Schub des Raketentriebwerks, der sich mit der Zeit ändern kann, nicht unbedingt einen konstanten Schub. In ähnlicher Weise bedeutet eine ständige Erhöhung der Geschwindigkeit (in 1D) eine positive Beschleunigung, nicht unbedingt eine konstante Beschleunigung. Die Frage kann auch so interpretiert werden, dass sie nur nach der Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit fragt und nicht tatsächlich Lichtgeschwindigkeit erreicht.

Antworten (4)

Die Antwort lautet laut Einsteins Relativitätstheorie nein .

Wenn sich ein Objekt der Lichtgeschwindigkeit nähert, wird immer mehr Energie benötigt, um es weiter zu beschleunigen. Um die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen, wäre unendlich viel Energie erforderlich.

Außerdem gibt es Wind/Reibung im Raum. Es gibt kein absolutes Vakuum, es gibt ein interstellares Medium . Tatsächlich müssten relativistische Raketen das Medium berücksichtigen und es vielleicht sogar als Treibstoffquelle nutzen, siehe: Bussard Ramjet .

Das wäre großartig, außer dass sich Einsteins Theorie innerhalb von 50 Jahren als ungenau oder unvollständig, wenn nicht sogar als völlig falsch herausstellt. In der Wissenschaft ist nein nur ein anderes Wort für noch nicht herausgefunden.
@BBlake, wenn es heute nicht als falsch bewiesen werden kann, wie können Sie dann einen Zeitrahmen festlegen, wann es passieren wird?
Weil ich ein Optimist bin!
@ghoppe, Und bei relativistischen Geschwindigkeiten werden winzige Partikel wie Atombomben.
@BBlake Ihr Optimismus ist bewundernswert, aber die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Relativitätstheorie innerhalb von 50 Jahren als "falsch" erweist, ist ungefähr gleich der Wahrscheinlichkeit, dass sich die Evolutionstheorie als "falsch" erweist. Es wurde ziemlich streng getestet. Die Fähigkeit, schneller als das Licht zu reisen, eröffnet einige Paradoxien, die ziemlich schwer zu lösen sind.
@BBlake: Ich würde sagen, dass sich die Relativitätstheorie wahrscheinlich als unvollständig erweisen wird, aber soweit wir heute wissen, ist sie genau. Aber wenn Sie das diskutieren wollen, stellen Sie eine andere Frage:-)
@ghoppe - Es gibt eine einschränkendere Einschränkung. Nämlich die Verbrennungsrate des Kraftstoffs oder der Impulsfluss des brennenden Kraftstoffs. Raketentreibstoff brennt nicht unendlich schnell, und selbst wenn wir den Treibstoffverbrauch außer Acht lassen, könnte eine Rakete, die mit herkömmlichem Treibstoff angetrieben wird, niemals annähernd Lichtgeschwindigkeit erreichen. Der Auspuff, der die Rakete antreibt, ist nicht einmal ein signifikanter Bruchteil von c.

Du hast drei Fragen gestellt...

1.) ... heißt das, wenn ein Triebwerk ständig Schub hätte, würde das Raumschiff weiter auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, solange das Triebwerk vorwärts schiebt?

Nein. Aus Gründen, die Ghoppe genannt hat.

2.) ... Mit anderen Worten, nimmt die Geschwindigkeit im Vakuum ständig zu?

Ja, die Geschwindigkeit würde für das von Ihnen angegebene Beispiel kontinuierlich zunehmen und sich asymtotisch der Lichtgeschwindigkeit nähern (aber nie erreichen).

3.) ... oder sind die beiden Ideen (Raum/Vakuum) getrennte Ideen?

Nein. Ein Vakuum ist eine ausgezeichnete und praktische Beschreibung dessen, was der größte Raum ist.

Ihrem dritten Punkt würde ich etwas widersprechen. Der Weltraum ist größtenteils ein Vakuum, aber es gibt genug Materie, dass es einen Unterschied machen würde, wenn Sie sagen wir, 90% + Lichtgeschwindigkeit erreichen würden.

Angenommen, unsere Wahrnehmung der Relativitätstheorie hält im interstellaren Raum stand...

Das Schiff würde weiter beschleunigen, solange der Treibstoff reichte.

Die Geschwindigkeit würde ihr asymptotisches Klima in Richtung C fortsetzen ...

bis der Luftwiderstand ausreichte, um diesen Aufstieg zu beenden. Der Widerstand würde auch aufgrund von interstellaren mittleren Kollisionen mit zunehmender Geschwindigkeit zunehmen. Beachten Sie aber auch: Ein ausreichend hoher Schub wird durch Luftwiderstand nicht überschritten.

Beachten Sie, dass mit zunehmender Geschwindigkeit und zunehmendem Luftwiderstand auch die Strahlung zunimmt. Das interstellare Medium führt zu einer Zunahme der Alpha- und Betastrahlung und zur Freisetzung hochenergetischer Photonen aus demselben, die Röntgen- und sogar Gammastrahlung erzeugen.

Beachten Sie, dass einige Science-Fiction-Werke die Relativitätstheorie haben einen Cutoff-Punkt. In einigen weiteren wird die Relativitätstheorie vollständig ignoriert; Der ungeheuerlichste Übeltäter ist die Lensmen- Serie von EE „Doc“ Smith. John Ringos Looking Glass-Serie hat Heliopausen-Grenzänderungen in der Natur der Physik, einschließlich der Relativitätstheorie

Sie scheinen sich selbst zu widersprechen; Sie sagen, dass der Luftwiderstand diesen Aufstieg beenden wird, aber Sie sagen, dass ein hoher Schub den Luftwiderstand schlagen wird. Das eigentliche Problem hier ist die relativistische Kinematik. Geschwindigkeiten addieren sich bei relativistischen Geschwindigkeiten nicht so, wie wir es erwarten.
Der Luftwiderstand ist aufgrund des asymptotischen Ansatzes begrenzt; Der Widerstand ist die Masse der getroffenen Partikel, die direkt proportional zur Geschwindigkeit ist. Wenn der Schub niedrig ist (wie bei Ionenantrieben), wird die Geschwindigkeit auf etwa 0,99 ° C begrenzt. Wenn der Schub hoch ist, wäre der Gleichgewichtspunkt superluminal und würde daher den Geschwindigkeitsanstieg in Richtung C nicht wirklich stoppen.

Ein raketengetriebenes Fahrzeug wird immer durch sein eigenes Antriebssystem begrenzt. Wenn wir unendliche Treibstoffladungen annehmen [plus ein bisschen mehr für die Rakete], dann können wir intuitiv sehen, dass die Rakete die Lichtgeschwindigkeit überschreiten kann, wenn der gesamte Treibstoff sofort mit Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen wird (wenn wir relativistische Effekte für ignorieren einen Moment.) Dies ist jedoch unpraktisch - der Treibstoff braucht immer eine begrenzte Zeit zum Brennen, also muss er während dieser Zeit auch den verbleibenden Treibstoff antreiben, dh im Durchschnitt wird die Hälfte des Schubs verwendet, um die Rakete zu beschleunigen, und die Hälfte, um den Brennstoff zu beschleunigen, was eine praktische Grenze von halber Lichtgeschwindigkeit ergibt, und das setzt eine perfekte Verbrennung voraus, die selbst mit der Newtonschen Physik nicht realistisch ist.

Sieht so aus, als hätte ich zu stark vereinfacht. Dieser Link spricht von theoretischen Grenzen, aber ich habe versucht, auch auf die praktischen Grenzen hinzuweisen.
Ja, die Treibstoffanforderungen, um sich der Lichtgeschwindigkeit zu nähern, sind enorm. Details können Sie im klassischen relativistischen Raketenartikel des Usenet nachlesen . Aber selbst auf halbem Weg dorthin zu gelangen, ist ziemlich schwierig. Wenn Sie beispielsweise auf magische Weise Energie auf ein Schiff beamen könnten, um seine kinetische Energie zu erhöhen, sodass es keinen Treibstoff oder keine Reaktionsmasse transportieren muss, würde es fast ein Jahr der aktuellen Energieproduktion der Erde verbrauchen, um ein 15.000-Tonnen-Schiff zu beschleunigen .5c.
Maximale Raketengeschwindigkeit im interstellaren Raum?
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