Warpantrieb mit Gravitationswellen im nichtlinearen Regime

Gravitationswellen sind streng transversal (zumindest im linearen Bereich), auch ihre Amplituden sind selbst für kosmische Ereignisse wie Supernovae oder binäre Schwarze Löcher winzig (zumindest weit entfernt, vielleicht sollten wir einige Physiker fragen, die sich etwas näher am Zentrum von befinden die Galaxie), aber lassen wir all diese Fakten für eine Sekunde beiseite und betrachten wir eine Gravitationsquelle, die groß genug ist, um Gravitationswellen mit Amplituden in der Größenordnung der Galaxie zu erzeugen. Betrachten Sie zum Beispiel eine ebene Welle wie in meiner mittelmäßigen Zeichnung:

h a β e ich ( k j j − ω t )

wo

h a β ≈ 1

Die Störung liegt also im nichtlinearen Bereich

Gravitationswellen verringern die Entfernung zwischen Sternen

ich zeichne zwei weit entfernte objekte in drei verschiedenen zeitscheiben (deshalb werden sie 3 mal wiederholt), das oberste sind die objekte ohne die gravitationswelle, das mittlere stellt die objekte im berg der gravitationswelle dar, und das Eines unten repräsentiert die Objekte im Tal der Welle.

Mein Punkt ist also, dass die Menschen nur eine willkürlich kleine Entfernung zurücklegen müssten, wenn sich die Welle im Tal befindet (unter der Annahme einer zirkularen Polarisation), selbst wenn die "normale" Entfernung (dh: h μ v = 0 ) ist mehrere Lichtjahre entfernt

Abgesehen davon, dass es etwas unpraktisch ist, eine solche Mammut-Gravitationsquelle einzurichten, ist diese Art von Warp-Antrieb vom physikalischen Standpunkt aus gültig? Gibt es physikalische Grenzen für Gravitationswellenamplituden in einem solchen nichtlinearen Regime?

@lursher Ich vermute, ein Gravitationsfeld, das stark genug ist, um eine Entfernung um einen erheblichen Teil seines Anfangswerts zu verkleinern, wäre erstaunlich nichtlinear: viel stärker als durch Einstein-Gleichungen für schwache Felder beschreibbar. Ich bin bei GR sehr eingerostet: Ich vermute, dass es nichtlineare Wellenlösungen oder Annäherungen oder bekanntes Wellenverhalten aus numerischen Simulationen gibt - und dass Sie sich auf diese nichtlinearen Verhaltensweisen berufen, ist das richtig?
Und wie würde sich der Raumfahrer in einer so starken Welle fühlen? Könnte die Metrik so sein, dass die lokal flachen Regionen groß genug sind, um alle Punkte in seinem/ihrem Körper einzuschließen – damit keine spaghettifizierenden Spannungen aufgebaut werden?
@WetSavannaAnimalakaRodVance: FWIW: Sie haben die Raumzeit der ebenen Welle, die eine exakte Lösung der Vakuum-Einstein-Gleichung ist: arxiv.org/abs/1203.6173
Und wenn Sie den verlinkten arxiv-Artikel lesen, berichten die Autoren von einer geschlossenen Nullkurve in einer bestimmten Klasse der Raumzeit ebener Wellen. Ich bin also geneigt zu sagen, dass die Antwort auf Lurschers Frage "wahrscheinlich ja" lautet, aber dann müssen Sie Fragen zur Erzeugung ausreichend großer Gravitationswellen mit der richtigen Wellenform unter Verwendung von Materie stellen, die die üblichen Annahmen im Stil der kosmischen Zensur erfüllt.

Antworten (2)

Ich glaube nicht, dass Sie dies als Warp-Antrieb verwenden könnten, es sei denn, Sie könnten die Gravitationswellen kollimieren. Wenn Sie sich ein Raumschiff vorstellen, das sich mit konstanter Geschwindigkeit durch eine Gravitationswelle bewegt, wird das Schiff beschleunigt und dann wieder abgebremst, wenn die Welle durchläuft, aber seine Durchschnittsgeschwindigkeit bleibt unverändert. Die einzige Möglichkeit, einen Nettoeffekt aus der Welle zu erzielen, besteht darin, sich innerhalb eines halben Zyklus der Welle von einem Bereich mit hoher Amplitude zu einer niedrigen Amplitude zu bewegen. Mir fällt keine (plausible) Geometrie ein, die dies zulassen würde. Möglicherweise könnten Sie dies sehr nahe an einem Doppelsystem eines Schwarzen Lochs tun, wo die Erzeugung von Gravitationswellen nicht wie eine Punktquelle aussieht.

Die Schwerewelle erzeugt bei Testteilchen keine "Beschleunigung" im traditionellen Sinne einer Änderung des Nettoimpulses, es ist nur eine Oszillation in der Metrik, sodass der Abstand zwischen den weit entfernten Objekten in einer einzigen Periode um einen Betrag wächst und schrumpft proportional zur Wellenamplitude. Alle Objekte an jedem Punkt der Gravitationsschwingung befinden sich also immer im freien Fall.
Was die physikalische Plausibilität betrifft, stimme ich zu, ist es normalerweise schwierig, mit Quellen planarer Wellen zu kommen, und die Tatsache, dass seine Gravitationsstrahlung, über die wir sprechen, es nicht realistischer macht.
Gravitationswelle ??

Hier ist ein Artikel mit dem Titel „ Raumzeit-Verknüpfungen mit Gravitationswellenformen erstellen “.

Das scheint dem, worüber Sie sprechen, nahe zu kommen, aber mit kleineren Effekten und "kleineren" Gravitationswellenamplituden.

Was Sie tun, ist, Ihr Schiff so zu fliegen, dass es nur durch den schrumpfenden Teil von Gravitationswellen fliegt - Ihre Reise findet also nur im kompakten Teil einiger Wellen statt, die sich quer zu Ihrer gewählten Reiserichtung bewegen.

Es ist also eine große technische Strecke - aber ich denke, dass es tatsächlich weniger gewagt ist als Ihr Schema - es zeigt auch, dass lineare Wellen die Art von Effekt erzielen, nach der Sie suchen.

Was die physikalischen Grenzen für die Größe der Wellenamplituden betrifft, von denen Sie sprechen, denken Sie daran, dass die Gravitationswellenbeobachtung von GW150914 Amplituden nahe 1 (nun sagen wir ein Zehntel) in einer Region von etwa 200 km Durchmesser hatte und eine Leistung von a ausstrahlte Spitzengeschwindigkeit von 200 Sonnenmassen pro Sekunde. Ein galaxiengroßer Strahler mit Amplituden nahe 1 würde also etwa 2 hintere Löcher benötigen, von denen jedes die Masse von 10 Millionen Spiralgalaxien hat, die verschmelzen, um diese Leistung zu erreichen. (Ich habe diese 10-Millionen-Masse-Berechnung ziemlich hastig gemacht, zögern Sie nicht, sie zu überprüfen. Machen Sie einfach ein Schwarzes Loch von der Größe der Milchstraße und sehen Sie, wie viele Sonnenmassen es brauchen würde).

Ja, die erforderlichen Amplituden sind immens. Eine Schätzung auf der Rückseite der Serviette legt nahe, dass mindestens eine Million Sonnenmassen in phasenstarre Gravitationsquellen umgewandelt werden müssen, die sich mit 3 km/s drehen, um einen Strahl mit der erforderlichen Amplitude zu haben
Warpantrieb mit Gravitationswellen im nichtlinearen Regime
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 1v