Welches dieser beiden Raumschiffe würde als das schnellste jemals von Menschenhand gestartete Raumschiff gelten? [geschlossen]

Es gibt keinen Grund, warum ein hyperstellares Schiff nicht weit wegspringen und dann wieder dicht zurückspringen kann. Wenn es eine minimale Sprungweite gibt, könnten Sie einfach eine Route erstellen, die wie ein gleichschenkliges Dreieck aussieht , bei dem die Reise die beiden längeren Linien anstelle der kürzeren ist, da dies immer noch schneller wäre, obwohl sie mehr Distanz benötigt.

Dies passiert bereits im wirklichen Leben, wenn ein Gebiet länger zum Durchqueren braucht, weil bestimmte Gebiete nicht ohne eine langsamere Transportmethode überquert werden können, z stattdessen mit dem Bus.

Wenn Sie wirklich darauf bestehen, die beiden zu vergleichen, ist das hyperstellare Schiff schneller, weil es in kürzerer Zeit weiter reisen kann und auch zwei lange Sprünge machen kann, um einen kurzen Sprung zu machen.

Sie würden sie jedoch wahrscheinlich anders klassifizieren, da die Art und Weise, wie sie reisen, unterschiedlich ist. Es macht keinen Sinn, die Geschwindigkeit von FTL-Reisen mit konventionellen Reisen zu vergleichen. Insbesondere bei Ihrer Einschränkung muss das Fortbewegungsmittel der hyperstellaren Schiffe entweder viel Platz und / oder Kraftstoff benötigen, da es sonst keinen Grund geben könnte, dass Sie nicht dieselben Motoren verwenden könnten, um das Schiff auf beiden Fahrzeugen zu bewegen.

Nun, es ist schwer, ohne eine genauere mathematische Beschreibung, wie Ihre Risse funktionieren und was Sie als Geschwindigkeit betrachten, wirklich eine konkrete Bestimmung zu treffen, aber die wahrscheinlichste Antwort ist: Es gibt keine wirklich konsistente Möglichkeit, ihre Geschwindigkeiten zu vergleichen .

Dafür gibt es mehrere Gründe. Die erste ist sehr einfach und kommt aus der speziellen Relativitätstheorie, und es ist einfach die Frage "schneller aus wessen Sicht?" Denn wenn ich in einem der Schiffe sitze, fährt das andere Schiff aus meiner Sicht automatisch mindestens so schnell wie meines, da ich mein eigenes Schiff immer als still sitzend sehe. Jetzt können wir dieses Problem "reparieren", indem wir willkürlich einen Referenzrahmen als denjenigen deklarieren, zu dem wir die Geschwindigkeit relativ messen (z. B. den Rahmen der Erde), aber wir haben immer noch ein anderes Problem aus der allgemeinen Relativitätstheorie.

Sie sehen, in der allgemeinen Relativitätstheorie ist die Geschwindigkeit eine inhärent lokale Messung; Die Raumzeit muss "flach" sein wie die der speziellen Relativitätstheorie, um sie vergleichen zu können. Aber die Mechanik der Allgemeinen Relativitätstheorie schreibt vor, dass die Raumzeit nur in kleinen Flecken flach aussehen muss; Insgesamt kann es eine viel exotischere Zusammensetzung haben - ähnlich wie die Erde auf menschlicher Ebene flach aussieht, aber wenn Sie in einer geraden Linie gehen, kommen Sie schließlich zu dem Punkt zurück, an dem Sie begonnen haben! Dieses seltsame "biegsame" globale Verhalten macht es unmöglich, Geschwindigkeiten von getrennten Objekten konsistent zu vergleichen.

Stellen Sie sich als konkreteres Beispiel ein Paar zweidimensionaler Wesen vor, die in einer Welt leben, die topologisch gesehen eine Kugel ist. Wenn es Ihnen hilft, es sich vorzustellen, können Sie sich die Kugel in drei Dimensionen vorstellen, aber denken Sie daran, dass der Zugang zu einer dritten Dimension kein Luxus ist, der unseren Wohnungsfreunden gewährt wird – die Wörter „oben“ und „unten“ haben keine physikalische Bedeutung ihnen. Angenommen, sie befinden sich an entgegengesetzten Polen ihrer Kugel und bewegen sich mit gleicher Geschwindigkeit entlang des Nullmeridians, sodass sie am Äquator kollidieren. Wie groß ist ihre Relativgeschwindigkeit? Ein Ansatz ist zu sagen: "Warum nicht ihre relativen Geschwindigkeiten im 3-D-Raum betrachten?"

Die Antwort lautet: viele Gründe. Nun, es gibt tatsächlich ein Theorem namens Whitney's Embedding Theorem, das garantiert, dass wir diese Art von lokal flachem, global wackeligem Objekt (als Mannigfaltigkeit bezeichnet) immer in einen höherdimensionalen flachen Raum bringen können. Aber obwohl der flache Raum es uns ermöglicht, Geschwindigkeiten konsistent zu definieren, hat er Nachteile:

• Einbettungen können für nicht-triviale Raumzeiten schwierig zu berechnen sein
• Am wichtigsten ist, dass die Geschwindigkeiten, die Sie mit dieser Methode erhalten, keine echte physikalische Interpretation haben, da die 2-D-Kreaturen keinen Zugang zu einer dritten räumlichen Dimension haben. Wenn Sie darüber nachdenken, sagt Ihnen diese Methode tatsächlich, dass die relativen Geschwindigkeiten der Wesen Null sind, was wie die am wenigsten richtige Antwort zu sein scheint!

Was also, wenn wir den Versuch aufgeben, die globale Struktur zu verwenden, und uns stattdessen darauf konzentrieren, lokale Eigenschaften zusammenzufügen, ähnlich wie die Mannigfaltigkeit selbst intrinsisch definiert ist? Nun, das ist schön und gut, aber trotz einer eher physikalischen Interpretation stoßen wir auf das Problem der Mehrfachantworten. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, wir setzen unseren Referenzrahmen auf den des Wesens am Nordpol. Wenn diese Kreatur den anderen entlang des Nullmeridians ansieht (der für ihn wie eine gerade Linie aussieht), sieht er, wie sie sich auf ihn zubewegt. Aber wenn er sich umdreht und in die andere Richtung schaut, wird er sehen, wie es sich von ihm wegbewegt! Wenn Sie sich für Mathematik interessieren, ist dies ein Beispiel für den Begriff des parallelen Transports entlang einer glatten Mannigfaltigkeit, was eine langatmige Art zu sagen ist, dass wir ' re SOL, wenn wir Geschwindigkeiten entfernter Objekte in der Allgemeinen Relativitätstheorie vergleichen wollen. Wenn Sie der Idee einen noch größeren Schraubenschlüssel verpassen möchten, stellen Sie sich einfach vor, was Sie tun würden, wenn der Radius der Kugel mit der Zeit zunimmt.

Der einzige Grund, warum wir über die Geschwindigkeit verschiedener Raumsonden in unserem Sonnensystem sprechen können, ist, dass der Weltraum in diesem Maßstab nahezu flach ist, sodass es eine gute Annäherung ist, so zu handeln, als würde die spezielle Relativitätstheorie gelten. Aber wenn Sie weit genug herauszoomen, können Sie seltsame Dinge wie Galaxien sehen, die schneller zurückweichen, als ihr Licht uns erreicht. Dies wird oft falsch interpretiert, da sie sich schneller als Licht bewegen, aber Sie haben jetzt hoffentlich herausgefunden, dass ein solcher Ausdruck völliger Unsinn ist, da Geschwindigkeit und Einschränkungen davon lokale Begriffe sind.

Abschließend, um tatsächlich auf Ihre konkrete Frage einzugehen:

Nun fragen Sie sich vielleicht, warum ich so lange über die Probleme der Relativgeschwindigkeitsmessung in der Allgemeinen Relativitätstheorie gesprochen habe. Die Antwort ist, dass es in der Situation, die Sie beschreiben, noch schlimmer ist! Wie ich bereits sagte, hängt es irgendwie von den mathematischen Nuancen Ihrer Risse ab. Aber wie beschrieben bedeutet der Zugriff auf zusätzliche räumliche Dimensionen, dass wir nicht einmal mehr den Luxus haben, dass unsere Raumzeit eine Mannigfaltigkeit ist, da ihre 3 + 1-dimensionale Raumzeit abrupt an eine höherdimensionale Raumzeit geklebt wird. Wir haben also nicht einmal mehr den Begriff des parallelen Transports, der uns hilft. Lange Rede kurzer Sinn, Ihre Frage hat nicht wirklich eine genau definierte Antwort.

Stellen wir es uns anders vor;

Das Problem beim Vergleich der subluminalen Reise mit der FTL-Reise besteht wirklich darin, dass Sie an „Geschwindigkeit“ als Verschiebung im Laufe der Zeit denken. Das funktioniert in einem Newtonschen Rahmen, aber wenn wir es durch die Linse der Relativitätstheorie betrachten, sehen wir, dass das Universum wirklich aus „Raumzeit“ besteht; ein 4D-Framework, in dem Zeit nur eine weitere räumliche Dimension ist.

Ich könnte erklären, dass FTL-Reisen wirklich die Relativität brechen, weshalb es unmöglich ist, yadda yadda yadda, aber das ist nicht im Sinne der Frage. Stattdessen werde ich eine andere (FTL-kompatible) Betrachtungsweise der Geschwindigkeit vorschlagen;

Kinetische Energie.

Kinetische Energie ist im Grunde das Integral des Impulses - e(k) = 1/2 MV^2. Das bedeutet, dass, wenn Sie sich die Raumzeit als räumlich vorstellen , das Maß der Geschwindigkeit letztendlich die Gleichung umkehren soll;

v= sqrt(e(k) / 2M) (Entschuldigung, wenn ich die Formel falsch formatiert habe, Tippfehler werden gerne behoben)

Der Trick dabei ist, eine zuverlässige Methode zur Messung der kinetischen Energieabgabe zu finden. Aber nehmen wir an (aus Gründen der Argumentation), dass Ihr Schiff mit einem neuen „Energometer“ ausgestattet ist, das Ihnen Ihre kinetische Energie an einem bestimmten Punkt anzeigt. Sie kennen bereits die Masse Ihres Schiffs, sodass Sie diese beiden Werte in die Formel einsetzen können, und Sie haben Ihre „Geschwindigkeit“, deren skalare Version Ihre Geschwindigkeit ist.

Für FTL-Geschwindigkeitsbewertungen ist dies möglicherweise die einzige Möglichkeit, Ihre Geschwindigkeit wirklich zu messen, da die Geschwindigkeit ein Vektor ist, und bei FTL-Geschwindigkeiten (bis zu einem gewissen Grad sogar relativistisch) ist eine der „Richtungen“, in die Sie reisen, die Zeit. Wenn also Ihre kinetische Energie tatsächlich niedriger ist , während Sie den Raum falten, bedeutet dies, dass Sie langsamer als die subluminalen Geschwindigkeiten reisen, aber Sie tun dies teilweise in der Zeit rückwärts, was die FTL-Effekte erleichtert.

In diesem Sinne kann E(k) die einzige Möglichkeit sein, die Geschwindigkeiten von Schiffen, die über verschiedene FTL-Ansätze fahren, UND von Schiffen, die subluminal fahren, zuverlässig zu vergleichen. Wenn wir davon ausgehen, dass die relative Ankunftszeit nicht mehr relevant ist, weil die subjektive Zeit auf dem Schiff ohnehin anders sein wird als die Beobachtungen außerhalb des Schiffes, dann ist es einfach sinnvoller, „Geschwindigkeit“ als für alle 4 Dimensionen zutreffend zu betrachten , und es ist ein Maß (zusammen mit der Masse) einer objektiveren (aus vielen Perspektiven zutreffenden) Form der Geschwindigkeit und damit der Geschwindigkeit.