Die Leserschaft von Science-Fiction wird im Laufe der Zeit klüger, daher ist es ein sich ständig bewegendes Ziel, Ihre SF „intelligent“ zu machen (auch wenn es keine harte SF ist). Diese frühere Frage lässt mich über die Erhaltung des Momentums nachdenken .
So wie jeder moderne Leser versteht, dass es auf dem Mond keine Luft gibt und wir diese zum Überleben brauchen, werden bestimmte grundlegende Prinzipien immer bekannter, auch wenn die Besonderheiten der Physik es nicht sind. Insbesondere der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist Gegenstand eines berühmten Zitats über die Angemessenheit jeder vorgeschlagenen Idee, und es gibt die grundlegenden Erhaltungssätze.
Viele SF-Geschichten beinhalten eine Art „Weltraumantrieb“, der auf irgendeine Weise angetrieben wird, die über die heutige Physik hinausgeht oder Erweiterungen/Änderungen an der Physik im Universum der Geschichte vornimmt.
Ich behaupte, dass es „dumm“ wäre, etwas mit der Hand zu bewegen, was ohne weitere Klärung gegen die Impulserhaltung verstößt. Und es wäre „klug“, diesen Punkt in jeder Beschreibung des Antriebs oder der neuen Physik anzusprechen, sei es auch nur, um eine Glocke daran zu hängen .
Jede neue Physik sowie Erweiterungen bestehender Ideen wie der Schwerkraft erhalten Schwung. Es ist ziemlich grundlegend: Es ist wahr, weil die Gesetze der Physik nicht mit Ihrer Position im Raum variieren und Gesetze durch ein Prinzip der kleinsten Wirkung ausgedrückt werden können . Betrachten Sie für die Zwecke dieser Diskussion letzteres als äquivalent zu physikalischen Gesetzen, wie wir den Begriff verstehen.
Wenn also ein Autor eine Art „Weltraumfahrt“ erfinden würde, wie könnte er dazu gebracht werden, Schwung zu bewahren? In diesem Zusammenhang, welche gemeinsamen Ideen (wie der Schwerkraftantrieb) haben Fallen, die weiterer Arbeit bedürfen, um in dieser Hinsicht eine klügere Idee zu entwickeln?
Ich suche nach verschiedenen Dingen, die der Autor verwenden könnte, um das Problem im Allgemeinen oder für bestimmte Antriebsklassen zu handhaben, sowie nach Details für ein intelligenteres und gut durchdachtes Sci-Fi-Laufwerk. Schließlich sind Details besonders interessant, die sich dazu eignen, als Handlungselemente verwendet zu werden (anstatt nur Unglauben zu pflastern).
Um den Impuls zu erhalten, benötigen Sie eine Art Reaktionsmasse. Etwas, das auch für die Nettoänderung von 0 in Schwung kommen wird.
Moderne Raketen verwenden dafür Abgase, aber wir verwenden viel häufiger andere Massen. Es ist der Planet Erde. Autos, Züge, Menschen – wir „laden“ Schwung in unseren Planeten. Über Reibung, aber wenn Sie dies auf kontaktlose Weise über große Entfernungen tun können, können Sie loslegen. Gegen die Sonne oder andere Sterne zu drücken oder zu ziehen, könnte auch nett sein.
Der wahrscheinlich spezifische Impuls eines solchen Antriebs und sein maximaler "Schub" würden von der Entfernung zum Körper abhängen, den Sie verwenden möchten, und von seiner Masse. Mit der Schwerkraftmanipulation konnte man auch nur schieben oder ziehen, aber nicht mehr. Dies würde für viele Manöver drei "Anker" erfordern, was Sonne-Erde-Mond zu einem schönen Set macht, aber auch Manöver auf komplizierte Weise kniffliger und zeitabhängiger macht. "Kann nicht bei Vollmond gehen" Sachen. Schließlich, wenn Sie wissen, dass Sie die meiste Zeit drei Anker benötigen, möchten Sie, dass mindestens drei Motoren laufen und ein oder zwei Reservemotoren vorhanden sind. Im Falle eines Versagens wären Manöver mit nur zweien äußerst begrenzt. Aber auf der anderen Seite kann ich mir Sport in leichten Einsitzschiffen vorstellen, die absichtlich mit einem oder zwei Push-Pullern gebaut wurden, und Asteroiden, die nur für das Spiel aufgestellt wurden. Sportpiloten hätten einen einzigartigen Platz,
John Cramers Tachyon-Antrieb
Dies ist eines der besten Konzepte für ein Weltraumlaufwerk. Energie und Impuls bleiben erhalten. Die Physik ist mehr als nur spekulativ, aber spekulativ zu sein sollte für Science-Fiction kein Problem sein.
Betrachten Sie das zentrale Problem der Raketentechnik: Wie kann man Treibstoff mit einer ausreichend hohen Abgasgeschwindigkeit verbrennen, um ohne unangemessenen Energieaufwand einen angemessenen Schub zu erzeugen. Das ist das Dilemma, das unser Weltraumprogramm plagt, und die Lösungen, die wir entwickelt haben, sind nicht sehr gut.
Betrachten wir also ein Gerät, das große Mengen von E=0-Tachyonen herstellt und sie als unendlich schnellen Auspuff einer "Rakete" verwendet. Innerhalb der Beschränkungen der Erhaltungsgesetze der Physik können wir alle gewünschten Tachyonen kostenlos herstellen, vorausgesetzt, wir stellen sie in Neutrino-Antineutrino-Paaren her, um den Spin und die Leptonenzahl zu erhalten. Die Impulserhaltung ist kein Problem, weil wir den Impulsschub wollen und brauchen, der von der Emission des Neutrino-Antineutrino-Paares herrührt. Damit müssen wir uns mit der Energieeinsparung befassen
Das Paradoxe dabei ist, dass mit einem hochdynamischen Ausstoß von Tachyonen, die ohne Energiekosten erzeugt und aus dem Heck unseres Raumfahrzeugs gestrahlt werden, das Fahrzeug scheinbar aus dem Nichts kinetische Energie gewinnt, was gegen das Energieerhaltungsgesetz verstößt. Die Lösung für dieses Paradoxon (wie durch die Betrachtung von Partikelsystemen gezeigt werden kann) besteht darin, dass die Prozesse, die die Tachyonen erzeugen, auch genügend innere Energie verbrauchen müssen, um den kinetischen Energiegewinn des Systems zu berücksichtigen. So könnte ein Fahrzeug mit Tachyonantrieb ohne Energiekosten zum Schweben gebracht werden (Antigravitation!), könnte aber nur kinetische Energie gewinnen, wenn eine vergleichbare Menge an gespeicherter Energie zugeführt würde.
Cramer liefert sogar einen plausiblen Mechanismus zur Erzeugung der Tachyonen, um diesen hypothetischen Antrieb anzutreiben.
Wie könnten wir einen Motor so einrichten, dass er große Fluten von Elektron-Neutrino-Antineutrino-Paaren erzeugt, die in eine ausgewählte Richtung gestrahlt werden? Ich kann hier nur die Probleme darlegen und spekulieren. Neutrinos werden durch die schwache Wechselwirkung erzeugt, die diesen Namen trägt, weil sie um viele Größenordnungen schwächer ist als der Elektromagnetismus. Neutrino-Produktion jeglicher Art ist unwahrscheinlich. Andererseits erscheint bei jedem Quantenreaktionsprozess das Quadrat der Energiekosten im Nenner der Wahrscheinlichkeit, und wenn diese Energie null ist, sollte dies eine große Wahrscheinlichkeit ergeben. Der Trick könnte darin bestehen, eine Reaktion oder einen Prozess zu arrangieren, der im Prinzip stark ist, aber durch Impulserhaltung gehemmt wird. Dann würde die Emission eines Neutrino-Antineutrino-Paares, um den benötigten Impuls ohne Energiekosten zu liefern, den Prozess zum Laufen bringen.
Da sind Sie: der Tachyon-Antrieb. Ein wissenschaftlich fundierter hypothetischer Weltraumantrieb, der auf spekulativer Physik basiert. Tachyonen sind derzeit aus der Mode gekommen, aber man weiß nie, wann ein altes Konzept, das lange als verworfen galt, wiederaufersteht und die neueste heiße, sexy Wissenschaft ist.
Quelle: Alternative Ansicht Spalte AV-61
Es kann eine ziemlich gewöhnliche Reaktion wie bei einer Rakete geben, aber sie ist unsichtbar und hat keine Wirkung, sodass sie ignoriert werden kann. Wir kennen dunkle Materie, warum also nicht eine Rakete aus dunkler Materie ?
Der übliche Grund für einen „Weltraumantrieb“ ist jedoch, Energie zu sparen, die benötigt wird, um auf Geschwindigkeit zu kommen, und Beschleunigungen zu ermöglichen, die die Besatzung zermalmen würden, wenn sie auf normale Weise durchgeführt würden. Also wollen wir wahrscheinlich überhaupt keine Raketen.
Wenn Sie eine neuartige Möglichkeit haben, auf Geschwindigkeit zu kommen usw., aber das Impulsproblem wegwinken, indem Sie sagen, dass es von der Emission dunkler Materie weggetragen wird, haben Sie immer noch die normale Raketengleichung, die auf die Energie angewendet wird, die zum Wegtragen der Ausgleichsmasse erforderlich ist.
Vielleicht bewegt sich das Schiff überhaupt nicht durch den Raum, aber eine Raumblase, die das Schiff enthält, kann sich bewegen. Normalerweise wollen wir, dass ein Schiff, das nicht im Hyperraum ist oder springt oder was auch immer, im Weltraum präsent ist, damit es das Universum um sich herum erleben kann (z. B. auf Dinge stoßen). Es ist also etwas seltsam, einen Warp-/Hyperraum-/Sprungmechanismus zu haben und ihn dann langsamer als Licht zu machen (aufgrund von Kausalitätsregeln?).
Aber wir können einige Kilometer daraus ziehen, einen gemeinsamen Mechanismus zwischen dem Warp-Antrieb (Hyperraum, Sprünge, was auch immer) und den „Unterlicht“-Motoren zu haben. Das Schiff bewegt sich ganz normal durch den Raum. Aber die Motoren verwenden die FTL-Technologie, um Energie und Impuls durch Wurmlöcher, Warpraum oder was auch immer zu übertragen. Dies hat den Vorteil, mit gängigen Mechanismen immer gut zu tun.
Denken Sie an eine Analogie zu den Cable Cars , für die San Francisco berühmt ist. Es greift unter die Straße, um ein Kabel zu greifen, und bezieht seine Antriebskraft auf diese Weise von einem Motor, der sich an anderer Stelle in der Stadt befindet. Der Motor muss weder sich noch seinen Kraftstoff bewegen. Die Abgabe von Energie/Impuls ist für normale Autos auf der Straße unsichtbar.
Der Motor des Raumschiffs könnte durch ein Wurmloch, einen Hyperraum oder was auch immer in eine andere Dimension reichen. Das Schiff selbst reist nicht durch den Subraum, aber die Energie und der Impuls tun es. Die Analogie liefert, was wir uns speziell für das Raumschiff wünschen: Es muss keine eigene Energiequelle und keinen eigenen Treibstoff mitführen, was uns von der Tyrannei der Raketengleichung befreit.
Es kann eine zentrale Energiequelle verwenden, oder es könnte ein System von Energie- und Impulspuffern verwenden, um verbrauchte Energie zu sparen. Bedenken Sie, dass ein Schiff, das in eine Richtung fährt, und ein anderes Schiff, das in die entgegengesetzte Richtung fährt, als Paar den Impuls ausgleichen. Und Schiffe fahren in der Regel auf derselben Route hin und her. Das Subraum-Kabelsystem könnte mit einer Art Puffer verbunden sein , der es ermöglicht, den Impuls zwischen entgegengesetzten Verwendungen zu verschieben, anstatt einfach verloren zu gehen. Ebenso Energie: Wer die Bremsenergie zurückgewinnen kann, spart enorm viel Energie.
Stellen Sie sich vor, die Subraummaschinen können sich miteinander verbinden, indem sie sich unter einer gewünschten Adresse einwählen. Zwei Schiffe können durch ihre Motoren über den Subraum gegeneinander stoßen. Oder ein Schiff kann von einem riesigen Reaktionsrad gestoßen werden und ebenso gegen die gegenüberliegende Seite desselben Rades brechen.
Sie können ferner anmerken, dass die Verwendung der Hyperraumtechnologie für diesen Ansatz immer Kausalitätsverletzungsregeln vermeiden kann, auf die FTL-Reisen stoßen würden.
Wenn eine Erhaltungsgröße verletzt zu sein scheint, haben Sie im Allgemeinen nur eine andere Form dieser Größe gefunden. Energie kann auf so viele Arten verbraucht werden, dass man leicht den Überblick verliert. Drehimpuls kann sowohl in Magnetfelder (und erfundene neue Felder) als auch in sich drehende Objekte eintreten. Aber linearer Impuls muss wirklich Masse oder masselose Teilchen sein, die sich bewegen und dafür eine bestimmte Menge an Energie benötigen. Das bringt uns zurück zur unsichtbaren Rakete.
Verlieren Sie also den Schwung in einem anderen Universum. Aber wie bei der unsichtbaren Rakete möchten Sie Energie und Schwung gewinnen, nicht verbrauchen . Nehmen wir also an, dieses Universum hat Impulsströme, die Sie anzapfen können, wie Flüsse oder die Straßenkabel. Das ist wie die Hyperraum-Tech-Sublight-Engines, aber mit einer natürlichen Quelle. Wenn Sie es sich wie Wind- oder Wasserströmungen vorstellen, könnten Sie sie „segeln“, indem Sie auf die gewünschte Tiefe vordringen, und dies könnte Ihnen Grenzen setzen, was verfügbar ist: komplett mit Stürmen und Flaute. Das gibt genau dort reiches Parzellenfutter.
Da die Streams überall sind, handelt es sich nicht um eine hinterhältige FTL, sodass Sie sich überhaupt keine Gedanken über eine Kausalitätsverletzung machen müssen. Und derselbe Mechanismus gibt euch ganz allgemein unbegrenzte Energie für eure Gesellschaft.
Vielleicht „stößt“ Ihr Antrieb gegen die ganze Masse im Universum. Es scheint ein reaktionsloser Antrieb zu sein, aber das Gleichgewicht verteilt sich über alles . Dies hat seine eigenen Probleme bezüglich der FTL-Kausalität. Es ist eine schnelle Handbewegung für jedes X-Design, das Sie bereits haben und benötigen, um den Lampenschirm dem Erhaltungsgesetz anzupassen.
In Bezug auf die Verwendung als Prinzip zum Entwerfen eines Weltraumantriebs haben Sie immer noch das Problem, die gesamte Energie zu bringen und einen Unterschied im Impuls zu erzeugen, also könnten Sie genauso gut eine gewöhnlichere unsichtbare Rakete verwenden.
Auf der Handwavium-Ebene wird ein rückwirkungsloser Antrieb einfach durch eine Vereinigungstheorie erklärt. So wie Masse und Energie nicht getrennt erhalten bleiben (oder Kernreaktionen nicht funktionieren würden), erklärt diese fortgeschrittene Theorie, dass Impuls und Energie nicht getrennt erhalten bleiben, sondern ineinander umgewandelt werden können. Auf "normalen" Erfahrungsebenen sind die beiden natürlich getrennt, genauso wie Masse und Energie getrennt sind und ihre Erhaltungssätze als unabhängig betrachtet werden.
Die Details werden dem Leser als Übung überlassen.
In den 50er und 60er Jahren wurden die Bedingungen, die für die Vereinheitlichung erforderlich sind, um praktische Ergebnisse zu liefern, gewöhnlich als wechselwirkende, entgegengesetzte Magnetfelder beschrieben, die "das Gewebe der Raumzeit belasten", aber dies ist offensichtlich in Ungnade gefallen, und das aus sehr gutem Grund - Gegenmagnetfelder können die Generatoren belasten, aber die Felder selbst kümmern sich nicht wirklich darum.
Auch hohe Energieniveaus scheinen nicht auszureichen, da der Impuls im LHC anscheinend erhalten bleibt und die mit seinen Kollisionen verbundenen lokalen Energieniveaus in unmittelbarer Nähe von wirklich grundlegend wichtigen Niveaus liegen.
Die Einführung einer solchen Theorie ist offensichtlich eine Herausforderung für einen Autor, und die beste Strategie scheint darin zu bestehen, sich einfach beiläufig darauf zu beziehen. Details können als zu abstrus für alle außer den größten Forschern abgetan werden oder vielleicht von solch monumentalen Berechnungsebenen abhängen, dass sie sagenhaft leistungsstarke Computer (mit ähnlich leistungsstarker Software) erfordern.
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