Über Nicht-FTL-Reisen und realistische Wirkung für einen harten Science-Fiction-Roman

Ich plane einen harten Science-Fiction-Roman, also gibt es keine Schneller-als-Licht-Reise, aber ich präsentiere die Existenz eines Transportmittels, das nahe an Lichtgeschwindigkeit ist. Zum Beispiel kann es sich mit halber Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, meine zwei Fragen sind:

a) Gehe ich richtig in der Annahme, dass ein Schiff, das mit halber Lichtgeschwindigkeit reist, die näheren Sterne in der doppelten Zeit erreichen würde, die das Licht von ihnen zu uns zurücklegt? Zum Beispiel wird es Proxima Centauri (4,24 Lichtjahre entfernt) in 8-9 Jahren erreichen, Barnard Star (5,96) in 10-11 Jahren, Wolf 375 (7,78) in 14 usw.

b) Was wären die relativistischen Auswirkungen, falls vorhanden, für die Besatzung in Bezug auf den Rest des Universums und die Menschen auf der Erde? Es sollte beachtet werden, dass Menschen in dieser Umgebung aufgrund des Fortschritts in der Medizintechnik Hunderte von Jahren leben, daher ist eine jahrzehntelange Raumfahrt kein solches Problem, aber der Unterschied des Alterns zwischen Menschen, die auf der Erde zurückgelassen wurden, und Raumfahrern ist ein Handlungspunkt .

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Wichtig ist hier anzumerken, dass es keinen Sinn macht zu sagen „es dauert 8-9 Jahre“, ohne anzugeben, auf wen es zutrifft. Wenn relativistische Effekte zu wirken beginnen, ist dies nicht in allen Referenzrahmen gleich.

Nehmen wir Ihr Beispiel von Proxima Centauri.

Mit halber Lichtgeschwindigkeit erreicht das Raumschiff Proxima Centauri in 8,5 Jahren, und wenn es sofort umdreht und zurückkehrt, wird es 17 Jahre nach Beginn der Mission, wie von der Erde aus beobachtet, nach Hause zurückkehren. Aber das Licht von Proxima verzögert sich, sodass wir die Wende erst im Jahr 12.75 sehen werden

Die Besatzung an Bord hingegen wird Zeitdilatation erlebt haben . Für sie vergeht die Zeit langsamer , also müssen wir die 17-jährige Rundreisezeit durch den Lorentz-Faktor teilen:

γ = 1 1 − v 2 / C 2

Für v = 1 2 C , der Lorentzfaktor γ = 1.15 , was die Besatzung von 17 Jahren auf 14,7 Jahre verkürzt.

Bei höheren Geschwindigkeiten wächst der Lorentzfaktor entsprechend an. Zum Beispiel bei rund 99% der C , das Zeitverhältnis beträgt etwa 7.

Also im Wesentlichen:

a) Ja, Sie können davon ausgehen, dass die Reisezeit, vom Ziel oder Ziel aus gesehen, die Entfernung in Lichtjahren dividiert durch Ihre in Bruchteilen gemessene Geschwindigkeit ist C . Aber Sie müssen immer noch bedenken, dass die "Nachrichten" (Licht/Radiowellen) der Ankunft noch einige Zeit brauchen, um zurückzukommen.

b) Die Besatzung wird jünger bleiben/weniger Zeit erleben als der Rest des Universums. Dieser Effekt wird stärker, je schneller Sie fahren, ist aber nicht wirklich wahrnehmbar, bevor Sie mindestens ein Viertel der Lichtgeschwindigkeit erreichen.

Zur Verdeutlichung, denn das weitet sich schnell paradox aus: Beim Beschleunigen passieren komische Dinge.

Antwort von Hohmannfan ist korrekt, aber bitte auch beachten:

a) Diese Berechnung erfordert eine sofortige Beschleunigung auf 0,5 c, um angewendet zu werden. Und da wir von 'harter Science-Fiction' sprechen, ist so etwas zumindest ziemlich ... peinlich. Sie müssen eine andere Formel / einen anderen Rechner verwenden, um die benötigte Zeit basierend auf einer bestimmten Beschleunigung zu berechnen - es sei denn, Sie entscheiden, dass Ihr Raumschiff in kürzester Zeit auf 0,5 ° C beschleunigt (und abbremst!). 0,5c sind ungefähr 150 Millionen Meter pro Sekunde (!), also hypothetische Triebwerke, die in der Lage sind, diese Geschwindigkeit ab 0 m/s in, sagen wir, nur 1 Tag oder sogar 1 Monat zu erreichen, werden Sie höchstwahrscheinlich auch zum Ausgleich bringen höhere Geschwindigkeiten. Wenn Sie dagegen z. B. 1 Jahr Beschleunigung und 1 Jahr Verlangsamung annehmen, etwas auch 'zu viel', aber definitiv 'realistischer',

b) Wenn es um relativistische Zeit geht, sind Berechnungen einfach, aber was das genau für zwei verschiedene Bezugsrahmen bedeutet, ist für den durchschnittlichen Verstand extrem schwer zu verstehen, wenn beide Rahmen Menschen haben. Sehen Sie den größeren Maßstab: Ein Proton braucht 100.000 Jahre, um die Galaxie zu durchqueren, damit wir sie beobachten können (vom Bezugssystem der Erde), aber nur 296 Sekunden für das Proton selbst (eigenes Bezugssystem). https://users.physics.ox.ac.uk/~rtaylor/teaching/lectur345%20text.pdf Für Hin und Her sind also 17*2=34 Jahre für Erdbeobachter und 14,7*2=29,4 für Erdbeobachter vergangen Reisender. 4,6 Jahre Unterschied oder „Unterschiedsgefühl“. Das bedeutet nicht zwangsläufig, dass Reisende biologisch 4,6 Jahre jünger sind.

Zusätzliche Informationen: Viele Kommentare, damit ich einige Dinge klarstelle, um dem Autor zu helfen: Zuerst, um meine Position zu klären, füge ich 2 Dinge hinzu: Beschleunigungs- und Verzögerungszeit sollten berücksichtigt werden, es macht es näher an harter Fiktion. Zeitdilatation ist nicht experimentell bewiesen das wirkt sich auf das Altern von Menschen aus, und das bedeutet, dass es ein kleines Fenster für den Schriftsteller ist, das tatsächlich hilft.

Nun zur Zeitdilatation und wie viel Zeit für verschiedene Bezugsrahmen verstrichen ist: Der statische erdbasierte Bezugsrahmen benötigt mehr Zeit, um Informationen zu erhalten, die passiert sind. Stellen Sie es sich als Netzwerkverzögerung oder -latenz vor. Das Raumschiff wird Zeit X haben, um das Ziel zu erreichen, egal was passiert. Dieses Mal ist X X für das Raumschiff, für alle im Raumschiff und für einen Beobachter, der neben dem Raumschiff reist und den ganzen Weg über eine schöne Außenansicht hat. Da sich das Raumschiff ständig WEG bewegt, wird es für einen Beobachter auf der Erde immer länger dauern, bis die INFORMATION, das Licht, das das Schiff zurücksendet, die Erde erreicht. Das bedeutet, was Sie von der Erde aus jederzeit sehen, ist die vergangene Position des Schiffes. Das Schiff ist wirklich viel weiter weg als man sieht, jederzeit wieder. Deshalb braucht es 'mehr Zeit' für die Erde, Das Schiff erreicht schließlich das Ziel zum Zeitpunkt X, aber der Erdbeobachter zum Zeitpunkt X wird sehen, dass das Schiff immer noch fährt, und das Ziel bei X + Y erreichen, wobei Y die Zeit ist, die das Licht, das das Schiff im Orbit anzeigt, benötigt, um zur Erde zurückzukehren. Das Ändern des Maßstabs kann hilfreich sein: Ändern der Geschwindigkeit: Wenn das Schiff die Lichtgeschwindigkeit überschreitet, verschwindet es einfach von der Erde aus dem Blickfeld, da das Licht, das das Schiff zur Erde aussendet, sich zu jeder Zeit von der Erde WEG bewegt, so einfach ist das. Ändern der Reisedistanz: Das Schiff geht in eine andere Galaxie. Die Entfernungen sind unmöglich zu verstehen, aber wenn das Schiff den ganzen Weg mit 05.c fährt, ist der Zeitunterschied zwischen der Ankunft des Schiffes und dem Zeitpunkt, an dem die Erde diese Ankunft sieht, die tatsächliche Reisezeit plus die Zeit, die das Licht benötigt, um uns von dieser Galaxie zu erreichen . Das ist, das Schiff wird irgendwann X erreichen und wir wissen es X+ einige Millionen Jahre später, z. 12 für diejenigen, die wir bei Galaxien innerhalb von 3,8 Megaparsec beobachtet haben. Und ein letztes Beispiel: Wenn das Schiff das Ziel erreicht, betritt es ein fantastisches Wurmloch und wird SOFORT in die Erdumlaufbahn gebracht, beobachte glücklich, wie es zum Ziel fährt, und betrete das Wurmloch!

Ich bin mir nicht ganz sicher, was Ihr letzter Punkt ist. Wollen Sie sagen, dass unsere biologische Uhr irgendwie unabhängig von der Zeit selbst ist? Oder dass es biologische Faktoren gibt, die irgendwie nur bei hohen Geschwindigkeiten gelten?
Unter der Annahme angemessener Beschleunigungen (in der Größenordnung von 1 g) und einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit (d. h. ein Beschleunigen-Ausrollen-Verzögern-Profil anstelle eines Beschleunigens zum Mittelpunkt, Verzögern zum Zielprofil) können die Beschleunigungszeiten für alle außer den kürzesten Fahrten ignoriert werden. Zum Beispiel wird eine Reise nach Proxima Centauri bei 0,5 ° C eine sechsmonatige Beschleunigungsphase von der Erde aus gesehen, eine 7,5-jährige Küstenphase und eine sechsmonatige Verzögerungsphase beinhalten.
Ja und nein, Beschleunigung ist nicht dasselbe wie Geschwindigkeitserhöhung. Von 0 auf 0,1 c zu gehen erfordert enorm weniger Schub und Treibstoff als von 0,4 auf 0,5. 5 Monate Beschleunigung bedeuten 0,1 c pro Monat, und Triebwerke, die innerhalb eines Monats von 0,4 auf 0,5 beschleunigen können, werden definitiv in der Lage sein, noch weiter zu beschleunigen - warum also maximale Geschwindigkeit = 0,5 c? Mit allmählicher Beschleunigung. Genauer und logischer, bedeutet, dass das Schiff innerhalb von 1 Monat 0,4c erreichen wird, um die nächsten 0,1 innerhalb der restlichen 4 Monate erreichen zu können.
Zu viele Berechnungen hier - um es einfach zu halten, glaube ich, dass Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten berücksichtigt werden sollten. sogar ungefähr einige % über der einfachen x-Abstand * y-Geschwindigkeitsformel.
Hohmannfan ja genau. Es ist zwar bewiesen, dass die Zeit für verschiedene Beobachter unterschiedlich vergeht, aber es ist nicht bewiesen, dass diejenigen, die weniger Zeit erleben, weniger altern. Stellen Sie es sich einfach vor - 2 Personen mit demselben Kalenderalter haben ein unterschiedliches biologisches Alter. Warum Menschen altern, ist nicht 100% klar, noch wie dies geschieht und alle beteiligten Faktoren und Parameter. Das Hinzufügen eines neuen Parameters, der Zeitdilatation, ist derzeit unklar, wie er sich auf das Altern auswirkt. Reisende können eingefroren sein oder vielleicht in einem lebenserhaltenden Raumschiffmodul leben, das das gewöhnliche Leben in einem Haus mit Schwerkraft und allem nachahmt.
Falls Reisende in einer nachgeahmten Umgebung leben, wäre dann nicht alles wie auf der Erde? Ihre Umgebung wird für sie trotz der Raumschiffgeschwindigkeit statisch sein. Mit anderen Worten, wenn eine andere Erde mit einer Umlaufgeschwindigkeit von 0,5 °C im Weltraum um ihren Stern reist, wie altern die Menschen auf dieser Erde, wenn sie dieselbe DNA wie unsere annehmen?
Hohmannfan, was ich zu sagen versuche, ist nicht an Zeitdilatation = biologisches Alter als Axiom gebunden. Es ist nicht bewiesen, also ist es ein Gegenstand der Manipulation für Ihre Geschichte.
"Es ist nicht bewiesen, dass diejenigen, die weniger Zeit erleben, weniger altern" -1 von mir dann auch. Dies ist eine Fehlinformation.
Das klassische Beispiel dafür ist das Zwillingsszenario. Ein Zwilling hebt in einem Raumschiff ab, das mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fliegt, und ein Zwilling bleibt auf der Erde zurück. Als der weltraumreisende Zwilling zur Erde zurückkehrt, ist sie nur ein paar Jahre alt, aber sie ist schockiert, als sie feststellt, dass ihre erdgebundene Schwester über ein Jahrzehnt gealtert ist. Natürlich hat niemand dieses Experiment im wirklichen Leben durchgeführt, aber es gibt Beweise dafür, dass es echt ist. Als Wissenschaftler eine Atomuhr in den Orbit und zurück schickten – während sie hier auf der Erde eine identische Uhr hielt – kehrte sie zurück und rannte ganz leicht hinter der erdgebundenen Uhr zurück.
Es ist keine Fehlinformation, es wird überall angegeben. Zeitdilatation ist experimentell bewiesen, Alterung durch Zeitdilatation nicht. Das lässt Daniel auch bei Hard-Fiction-Geschichten Freiraum.
Der Beweis durch Experimente ist die letzte Grenze für die wissenschaftliche Welt – jenseits dieses Punktes kann nichts geleugnet werden. Vor diesem Punkt ist es jedoch nicht ganz gültig - ein bedeutender Teil der wissenschaftlichen Gemeinschaft akzeptiert keine nicht experimentell bewiesenen Theorien, selbst wenn ihr Konzept aus bewiesenen Teilen besteht. In diesem Rahmen kann ein Autor von Hard-Fiction-Storys sehr unterschiedliche Hypothesen aufstellen.
Über Nicht-FTL-Reisen und realistische Wirkung für einen harten Science-Fiction-Roman
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