Wie kann man Lebewesen wirklich schnell beschleunigen, ohne sie zu töten?

Flüssigkeitsatmung und von schwarzen Löchern angetriebene Railguns

Das Eintauchen in eine Ganzkörperflüssigkeit, wobei die Luft aus den Lungen evakuiert wird, ermöglicht die maximale Beschleunigung. Ohne Evakuierung der Lunge kann der Mensch 24 g ohne merkliche Schmerzen aushalten . Diese Studie ergab:

Tierversuche mit Mäusen zeigten, dass, wenn die tödliche Beschleunigungszeitschwelle für in Wasser getauchte Mäuse etwa 1300 Gx für 15 Sekunden beträgt, wenn ihre Lungen entleert werden, die maximale Beschleunigung 3800 Gx für mehr als 15 Minuten ohne körperliche Beeinträchtigung erreicht

Hinweis: Gx ist eine Beschleunigung in der positiven x-Achse, als würden Sie in einem Fahrzeug sitzen.

In der Studie wird weiter erwähnt, dass die Mäuse in diesem Fall keine Flüssigkeitsatmung, sondern eine extrakorporale Zirkulation verwendeten . Hier wird das Blut durch ein separates System gepumpt und mit Sauerstoff angereichert. Obwohl dieser Prozess komplex und unvorstellbar erschreckend ist, würde er es einer Person ermöglichen, in einer Flüssigkeit zu schweben, in der sie sonst ertrinken würde, ohne sie zu töten. Die maximale Beschleunigung wäre geringer für einen Menschen, der in irgendeiner bekannten atembaren Flüssigkeit, wie Perfluorkohlenstoff, suspendiert ist, weil diese Flüssigkeit bedeutend dichter ist als ein Mensch.

Sie haben keine soliden Zahlen für die tatsächliche maximale Beschleunigung, die ein Mensch aushalten könnte, aber erklären Sie Folgendes:

Es ist schwierig, eine mit diesem Setup mögliche ultimative Beschleunigungsgrenze abzuschätzen, aber sie kann vermutlich höher als Hunderte von G sein.

Hunderte g. Das scheint konservativ, wenn man die Studien an Mäusen betrachtet. Auf jeden Fall spannend, wie es in dem Blatt weiter heißt:

Für bemannte Missionen kämen auch völlig neue Konzepte, wie zB Magnetic Railguns, in Frage, sollte sich experimentell bestätigen, dass die physiologischen Belastungen durch hohe Beschleunigungsbelastungen bei dieser Art des Aufbaus verschwinden

Einige wissenschaftlich fundierte Ergänzungen.

Da ist es also. Verwenden Sie die Schwarzen Löcher, um Black-Hole-Rail-Guns zu erstellen, die Menschen (und die Reaktionsmasse zum Verlangsamen) für Transite im inneren System starten. Zum Verlassen des Sonnensystems können Sie den Black-Hole-Antrieb auf elf stellen und mit 400 g zu den Sternen hinaus beschleunigen. Sie werden ihr Ziel viel schneller erreichen als diese Narren, die mit einem g dahintrotten.

In Bezug auf hohe Beschleunigung (oder deren Fehlen) schrieb der verstorbene Robert L. Forward über mehrere interessante Ideen sowohl als Wissenschaftler/Ingenieur als auch als SF-Autor.

Innerhalb des Sonnensystems ist es verschwenderisch, eine Fracht zu beschleunigen und zu entschleunigen, wenn man am Ende nur den Schwung ausgleicht. Denken Sie daran, wie sich ein Weltraumaufzug von einer Rakete unterscheidet, besonders wenn er durch ankommende Fracht belastet wird.

Nehmen Sie eine lange Stange und drehen Sie sie schnell im Weltraum. Die Nabe, an der es schwenkt, ist ein einfacher Ort zum Andocken, und dann ziehen Traktorschienen es zu einem Ende, wo es freigegeben und zum Ziel geworfen wird. In ähnlicher Weise kann der Arm eine ankommende Kapsel fangen und sie zur Freigabe zur Nabe tragen.

Der Cargo-Pod spürt eine große g-Kraft, während er am Rad gehalten wird. Die Energie und das Aufdrehen des Seils können zwischen ein- und ausgehend ausgeglichen werden, sodass keine neue Energiezufuhr erforderlich ist, um von hier nach dort zu gelangen.

Bei bemannten Kapseln würde eine Möglichkeit, die Beschleunigung zu tolerieren, diese Verwendung ermöglichen.

Für Schwarze Löcher usw. Eine "Schleuder" beinhaltet die Schwerkraft und das Schiff spürt keine Beschleunigung . Als New Horizons hinter Jupiter vorbeizog, gewann es an Drehimpuls auf Kosten von Jupiter, der etwas verlor, und verlangsamte seine Umlaufbahn um die Sonne. Das Schiff gewann 4 km/s, was im Maßstab des Sonnensystems nicht viel ist, aber 3 Jahre gespart hat oder bei anderen Verwendungen Treibstoff und Kosten sparen kann.

Wenn Sie Jupiter mit Clarkes Monolith oder ähnlichem zu einem Schwarzen Loch kollabieren lassen, könnten Sie viel näher an der Masse vorbeikommen und mehr Anziehungskraft erhalten. Aber man ist nur kurz näher dran, hat also nachlassende Renditen und es gibt nicht so viel, wie man es sich wünscht. In diesem Fall würde die enge Begegnung Gezeitenkräfte erzeugen und ein Schiff würde Stress und die Insassen ein hohes G spüren, wie in Nivins Kurzgeschichte Neutron Star .

Eine Kette von Schwarzen Löchern mit Saturnmasse ist absurd. Wie normale Planeten müssen sie Milliarden von Kilometern voneinander entfernt sein, und sie sind nur nützlich, wenn sie genau richtig ausgerichtet sind.

Nun zurück zu Forward: Stellen Sie sich ein superdichtes Material vor (kein schwarzes Loch, aber dicht genug, damit die Schwerkraft nützlich ist), das wie ein Torus geformt ist. Es dreht sich so, dass ein Punkt auf seiner Oberfläche durch das Loch geht und um das Glied herum kreist (denken Sie an die Bewegung, wenn Sie eine Socke herunterrollen, während Sie sie tragen.

Dies würde einen gravitomagnetischen Effekt verursachen und ein durch das Loch fliegendes Objekt würde beschleunigt. Auch diese Beschleunigung wird vom Schiff nicht gespürt, da sie jeden Teil davon betrifft. Aber Unebenheiten würden als g-Kräfte notiert.

Wenn Sie eine Reihe von Ringen hätten, durch die das Schiff nacheinander fährt, könnte es Beschleunigung aufbauen. Woraus machen Sie es, wie verhindern Sie, dass es zu einer Kugel zusammenfällt, wie dreht es sich um wie ein Rauchring und wie füllen Sie den Spin nach Gebrauch wieder auf? Wenn Sie das bauen können, wird es kein Problem sein, die biologischen Körper intakt zu halten. Die beiden Themen sollten sich nicht treffen, es sei denn, es handelt sich um ein gefundenes Artefakt oder ähnliches.

Betrachten Sie nun eine "Railgun" einer beliebigen Technologie. Nicht die Schwerkraft, aber vielleicht elektrisch oder sogar pneumatisch: was auch immer. Angenommen, Sie können eine kontinuierliche Beschleunigung erhalten, nicht nur Punkte mit hoher Beschleunigung mit Lücken von einem zum nächsten. Wie lang wäre der Lauf bei 100 g, um ihn auf ultrarelativistische Geschwindigkeiten zu bringen?

Siehe diese Seite für die Mathematik. Hier ist etwas GEL , wenn jemand, der mehr weiß, wie man es benutzt, einige Grafiken erstellen möchte:

c = 1; # units used: c is 1 lyr/yr
g = 1.03; # 1g is 1.03 lyr/yr^2

function f_t (a,T) = (c/a) * sinh(a*T/c)
function f_d (a,T) = (c^2/a) * (cosh(a*T/c)-1)
function f_v (a,T) = c * tanh(a*T/c)
function f_T (a,t) = (c/a) * asinh(a*t/c);

day = 1/365.25
t = day
a = 100*g

T = f_T(a, t)   # proper time
d = f_d(a,T);  # distance traveled
v = f_v(a,T);  # velocity

display ("distance in miles", d*5.87849981e12)
display ("final velocity", v)

Wenn Ihre Railgun also einen Tag lang eine kontinuierliche Beschleunigung von 100 g liefern könnte, hätte das Projektil eine Endgeschwindigkeit von nur 27 % c, und das Gerät wäre 2¼ Milliarden Meilen lang.

Nach zwei Tagen sind Sie bei 49 % c und das Fass muss 8½ Milliarden Meilen lang sein.

Was sagte jemand über ultrarelativistische Geschwindigkeiten, dass eine Schleuder (oder eine kleine Anzahl davon) bis zu 0,99 c erreichen könnte? Steigern wir es: 400 g kontinuierliche Beschleunigung, angewendet für 8 Tage. Und eine Railgun, die über 83 Milliarden Meilen lang ist.

Die Umlaufbahn von Sedna ist nicht ganz die Hälfte davon. Beachten Sie in diesem Diagramm, dass die violette Umlaufbahn Pluto ist.

Warum eine hohe Endpunktbeschleunigung haben, wenn eine kontinuierliche Beschleunigung von 1 g verfügbar ist?

Jemand dachte früher, dass eine hohe Beschleunigung nur am Endpunkt eine kürzere Transitzeit als eine kontinuierliche Beschleunigung von 1 g ergeben würde. Meine eigene Intuition ist, dass jeder externe Mechanismus (Railgun), der angemessen kompakt ist, kurz in Betrieb sein wird, bevor das Schiff den Mechanismus verlässt. Mit der Zeit baut sich eine kontinuierliche Beschleunigung auf, die Sie während der gesamten Reise nutzen können. Es gibt also keine Möglichkeit, dass eine Kanone ein Schiff früher an sein Ziel bringt (oder bis zur Hälfte des Weges, wo beide Fahrzeuge denselben Bordmotor verwenden, um nach unten zu zeigen), als der 1-g-Motor.

In Bezug auf die Eigenzeit auf dem Schiff gibt es nicht die gleiche Geschwindigkeitsbegrenzung. Von der Außenwelt aus benötigen zwei Schiffe, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit reisen, die gleiche Zeit für den Transit. Aber an Bord wird derjenige mit der höheren Dehnung weniger Zeit während des Fluges haben. Mehr ist also aus Sicht der Passagiere immer noch besser.

Der Vorteil von so etwas wie einer Schleuder oder einer externen Schleuder jeglicher Art besteht darin, dass Sie den Motor zurücklassen und nicht all das Gewicht und den Kraftstoff tragen müssen, und Sie können die Erhaltung des Gegenimpulses für die Hin- und Rückfahrt nutzen, um die tatsächlich benötigte Energie zu reduzieren . Selbst wenn Sie ein 1-g-Fahrzeug bauen könnten , wäre dies das Luxus-Passagierschiff, während Walmart Cargo das rotierende Halteseil für Rohstoffe in die eine Richtung und fertige Waren in die andere Richtung nutzen würde.

Das Interessante an der Verwendung einer Schwerkraftschleuder ist, dass sich das Schiff während des Manövers praktisch im freien Fall befindet, sodass die Besatzung auch keine große Beschleunigung spürt.

Abhängig von der Größe des Schwarzen Lochs könnte die Besatzung in Gefahr sein, wenn sie sich dann dem Ereignishorizont nähert, da die massiven Gravitationsgradienten eine Flut auf die Person, das Schiff und die gesamte Ausrüstung verursachen werden. Zu nahe und die gesamte Struktur kann auseinandergezogen werden (Wissenschaftler nennen dies "Spaghettifizierung"). Für Mikro-Schwarze Löcher wird dies wahrscheinlich kein Problem sein, aber die geringe Größe bringt zwei verschiedene Probleme mit sich:

1. Sie sind definitionsgemäß sehr klein, daher ist ihr Gravitationseinfluss minimal. Sie möchten massive Objekte umkreisen, die den Impuls von ihnen auf Sie übertragen (z. B. Jupiter), nicht ein Schwarzes Loch mit der Masse eines kleinen Asteroiden.

2. Kleine Schwarze Löcher neigen dazu zu verdampfen und setzen dabei immer mehr Energie frei. Diese exponentielle Energiefreisetzung wird Ihr Schiff verwüsten, es sei denn, Sie sind bereit, es irgendwie zu nutzen. Sonnensegel, die sehr nahe an der Sonne eingesetzt werden, sind so berechnet, dass sie große Beschleunigungen erzeugen können, die ausreichen, um Raumschiffe mit 3G aus dem Sonnensystem zu treiben und Alpha Centauri in @ 1000 Jahren zu erreichen. Leichtere, unbemannte Sonden sind so berechnet, dass sie viel stärker beschleunigen können, obwohl es ziemlich schwierig wäre, sie für den menschlichen Flug zu nutzen.

Vielleicht würde ein zusammengesetztes System von Mikro-Schwarzen Löchern funktionieren. Das mit einem riesigen Lichtsegel ausgestattete Raumschiff empfängt die Energie eines verdampfenden Schwarzen Lochs, um es auf den Gravitationsmotor zu beschleunigen. Anstelle eines einzelnen kleinen Schwarzen Lochs haben die Ingenieure dafür gesorgt, dass eine große Anzahl um ein gemeinsames Zentrum kreist (denken Sie an ein Karussell aus Schwarzen Löchern), und das Schiff nutzt die kombinierte Gravitations- und kinetische Energie des „Karussells“. Runde", um die Schleuder zu machen. Jemand mit besseren Mathekenntnissen kann die Berechnungen dazu durchführen.

Alcubierre-Laufwerk

Verwenden Sie eine Blase aus sich gegensätzlich ausdehnender und zusammenziehender Raumzeit, um Ihre Reisenden zu schieben/ziehen. Da das lokale Bezugssystem vom Gravitationsrauschen des restlichen Universums isoliert ist, unterliegen sie keiner Trägheit und können praktisch beliebig beschleunigt werden.

Wenn Ihre Zivilisation bereits Schwarze Löcher herstellt, stelle ich mir vor, dass es für sie trivial wäre, den Woodward-Effekt zu nutzen, um die negative Masse herzustellen, die für einen Alcubierre-Antrieb erforderlich ist.

Nun, ich bin nicht jemand, der Ihre Frage mit Variablen oder so beantworten kann, aber ich kann ziemlich gut logisch denken. Die Sache mit dem Versuch, superschnell zu fahren, ohne Menschen zu töten oder irgendwelche Verletzungen oder Veränderungen am Körper vorzunehmen, die für ein Lebewesen ein Nachteil sind, ist, dass Sie höchstwahrscheinlich ein starkes tornadoähnliches Magnetfeld simulieren möchten. Es muss stark sein, damit es ohne Zugriff auf das Bedienfeld des Magnetanbieters oder der Leitung, wie Sie es nennen möchten, nicht ein- oder ausgeschaltet werden kann. Außerdem muss es wie ein Tornado sein. Du fragst warum? Die Sache mit Tornados, wenn Sie sie kennen, ist, dass, obwohl sie zerstörbare Kraft haben, ihre Mitte eigentlich wirklich friedlich ist. Ein Beispiel dafür, dass nicht nur Tornado, sondern Wind selbst etwas mit dem Ausdruck Frieden vor dem Sturm zu tun hat oder wie auch immer es auf Englisch heißt. Sie sehen, wenn Sie ein wirklich friedliches Wetter erleben und dann plötzlich Sturm aufkommt, liegt es daran, dass Sie in der Mitte sind, in der Windströmungen Regen verursachten, wobei sich die Wolken auf die gleiche Weise bewegten und sie durch den auf sie ausgeübten Druck dichter machten. Ich denke, das beantwortet Ihre Frage.

Einige einfache Berechnungen werden Ihnen sagen, dass Sie mit 1 G Beschleunigung (~10 m/s2) innerhalb eines Jahres die Lichtgeschwindigkeit (299792458 m/s) erreichen werden, wenn Sie es aufrechterhalten können. Das ist das schnellste, was Sie "weit weg" gehen könnten.

1 Jahr, um die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen, ist eine relativ kurze Zeit im Vergleich dazu, wie lange Sie mit Lichtgeschwindigkeit reisen müssten, um an einen nützlichen Ort zu gelangen.