Zum Abendessen gekocht werden! oder Welche Gefahr der Blauverschiebung von EM in Röntgenstrahlen und darüber hinaus?

Als ich einige der neu vorgeschlagenen Fragen recherchierte, stieß ich auf einen Artikel, der auf die Gefahr hinwies, mit extremen Geschwindigkeiten im normalen Raum zu reisen, da mir ein hoher Prozentsatz von c nicht bewusst war. (abgesehen davon, dass du nur in ein paar Sandkörner rennst ...)

Das erste Problem nach der Schaffung einer Abschirmung zum Schutz vor Projektilen scheint der Schutz vor ionisierender Strahlung zu sein. Eine Sache, an die ich nie gedacht habe, war das Blauverschiebungsproblem bei Fahrten mit nahezu Lichtgeschwindigkeit. Bei welcher Geschwindigkeit würde man sagen, dass blaues Licht zu Röntgenstrahlen wechselt? Welche Geschwindigkeit würde sich vom nahen Infrarot zum Röntgen verschieben? und was könnte eine wirksame Abschirmung gegen diese viel größere Menge an schädlicher Strahlung sein? Offensichtlich brauchen Sie es nur auf der Vorderseite des Schiffes.

Darüber hinaus scheint es, dass je schneller man sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, das Licht selbst beginnt, auf das Objekt zurückzudrücken, wie der Luftwiderstand bei einem Überschalljet. (Ich fand das einfach faszinierend und wollte es in dieser Frage teilen!)

@ 99,99995 Prozent c

Und interessanterweise stellten die Studenten auch fest, dass ein Schiff bei einer so hohen Geschwindigkeit einem unglaublichen Druck ausgesetzt war, der von Röntgenstrahlen ausgeübt wurde – ein Effekt, der gegen das Schiff drückte und es langsamer werden ließ. Die Forscher verglichen den Effekt mit dem hohen Druck, der auf Tiefsee-Tauchboote ausgeübt wird, die extreme Tiefen erkunden. Um damit fertig zu werden, müsste ein Raumschiff zusätzliche Energiemengen speichern, um diesen zusätzlichen Druck auszugleichen.

Wie schnell muss man fahren, bevor der Effekt des „leichten Zurückdrückens“ so stark spürbar ist wie der Luftwiderstand? Das ist wirklich interessant
Die Berechnungen, die sie verwendeten, waren 99,99995 Prozent c, fügte einen Auszug hinzu
Das ist eine coole Frage, die ich leider in keiner Weise beantworten kann ... oder zum Glück, da ich nie viel für Physik hatte.
@bowlturner - ist dies eine weitere der Beziehungen, bei der die auf das Schiff ausgeübte Kraft gegen unendlich geht, wenn sich die Geschwindigkeit c nähert? Vielleicht ein weiterer Grund, warum Lichtgeschwindigkeit über die Masse hinaus, die sich der Unendlichkeit nähert, unmöglich ist. Oder können wir tatsächlich einen Widerstandswert mit Lichtgeschwindigkeit festlegen?
Mein Verständnis ist, dass sich die Kraft unendlich nähert, wenn Sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähern. Vielleicht ist es wie die Schallmauer? Sobald Sie herausgefunden haben, wie Sie durchbrechen (oder umgehen) können, ist der Himmel die Grenze?

Antworten (2)

TL;DR - MATH INCOMING: Ungefähr 99,9996 % der Lichtgeschwindigkeit.

Machen wir eine Reise in einem Raumschiff, nur um von all dieser dummen Luftreibung und anderen unangenehmen Dingen wegzukommen. Unter der Annahme einer Lichtfrequenz von unserer Sonne außerhalb der Atmosphäre , wobei nur das sichtbare Spektrum berücksichtigt wird und der Einfachheit halber eine Wellenlänge von 500 nm angenommen wird:

Durch den Doppler-Effekt ist die beobachtete Frequenz von Licht/Ton ein Verhältnis von Geschwindigkeiten multipliziert mit der tatsächlichen Frequenz. Beachten Sie, dass sich die Gleichungen unterscheiden, wenn Sie die hohe Lichtgeschwindigkeit berücksichtigen. Wir nutzen dazu den relativistischen Doppler-Effekt .

f Ö = Häufigkeit beobachtet
λ Ö = beobachtete Wellenlänge
f s = Quellfrequenz
λ s = Quellenwellenlänge
c = Lichtgeschwindigkeit, ~ 3.0 ⋅ 10 8 m / s im Vakuum oder an der Luft.
v r = Die Geschwindigkeit des Empfängers (unser imaginäres Raumschiff) in Bezug auf die Quelle. Es kann auch die Quelle in Bezug auf den Empfänger sein.

Beachten Sie, dass die Frequenz einer elektromagnetischen Welle ist f = c λ . So haben wir f Ö = 6 ⋅ 10 14 H z

Wir haben die folgende Gleichung für den Doppler-Effekt

f s = f Ö ⋅ 1 + β 1 − β

Wo β = v r c

Nehmen wir an, Röntgenstrahlen (die von 0,01 nm bis 10 nm reichen) haben für uns eine Wellenlänge von 1 nm, eine Frequenz von 3 ⋅ 10 17 H z .

Nach einigem Umordnen finden wir folgendes:

− v r = ( f s / f Ö ) 2 − 1 ( f s / f Ö ) 2 + 1 ⋅ c   = ( λ Ö / λ s ) 2 − 1 ( λ Ö / λ s ) 2 + 1 ⋅ c

Eine negative Geschwindigkeit (wie hier) zeigt an, dass sich Quelle und Beobachter einander nähern. In unserem hypothetischen Szenario haben wir f s f Ö = 500 Die Antwort darauf gibt 0,999996 ⋅ c , ziemlich schnell für unser imaginäres Raumschiff. Wenn wir so schnell vorankommen, hoffe ich auf einen vernünftigen Strahlenschutz.

Jedoch...

Ein Stern kann mehr als nur gewöhnliches Licht emittieren, und der Weltraum ist voll von stärkeren Teilen des EM-Spektrums. Was wäre, wenn Sie in der Nähe eines Sterns fliegen würden, der hochintensive Röntgenstrahlen aussendet? Oder eine Quelle von Gammastrahlen? Sterne können auch hochenergetische Teilchen ausstoßen, was einige Probleme verursachen könnte, wenn sie Sie treffen.

Sie haben auch erwähnt, dass Licht schließlich „zurückdrückt“. Ich bin mir nicht 100% sicher, ob dies die richtige Interpretation davon ist, aber ich werde mein Bestes geben. Was passiert, wenn wir uns der Lichtgeschwindigkeit nähern? Warum können wir es nicht erreichen? Gemäß der Relativitätstheorie nimmt unsere Masse immer mehr zu, wenn wir uns der Lichtgeschwindigkeit nähern, bis wir schließlich einen Punkt (bei v = c ), wo unsere Masse unendlich wird. Das Problem dabei ist, dass unsere Geschwindigkeit mit Energie aufrechterhalten (und erhöht) wird und der Energiebedarf sowohl mit Masse als auch mit Geschwindigkeit steigt ( E = 1 2 m v 2 ). Weitere Informationen finden Sie in dieser Antwort auf Physics.SE .

Alternativ (und wahrscheinlich eine Erklärung für den Effekt in der Frage), wie Kaine in den Kommentaren erwähnte, hat Licht tatsächlich einen Impuls, der eine Kraft ausübt, wenn Sie sich dagegen bewegen! Wirklich interessant ist, dass wir uns nicht unbedingt mit hoher Geschwindigkeit bewegen müssen, um die Effekte zu beobachten. Sonnensegeln funktioniert so, und es gibt die „ Lichtmühle “.

Sind Sie sicher, dass Sie richtig gerechnet haben? Der Artikel implizierte, dass sie in die Röntgenstrahlen verschoben würden, während sie immer noch langsamer als die Lichtgeschwindigkeit waren.
Ich habe es ein paar Mal überprüft, aber ich bin nicht vor Fehlern gefeit. :) Ich werde es noch einmal überprüfen. Hast du übrigens einen Link zu dem Artikel? Es klingt ziemlich interessant.
Ich schaue mal, ob ich es wiederfinde
Hier ist einer von ihnen, aber irgendwo gab es einen wissenschaftlicheren. io9.com/5976041/…
Es ist der Meinung, dass die Formel möglicherweise keine relativistischen Auswirkungen hat. Ich glaube, ich habe den gleichen Fehler gemacht. en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_Doppler_effect
@kaine Ich wusste, dass es eine andere Formel gibt ... Es ist ein paar Jahre her, seit ich einen auf Physik basierenden Kurs belegt habe, der sich auf etwas anderes als Schaltkreise bezieht.
"während er immer noch langsamer als die Lichtgeschwindigkeit ist." 0,999996c ist immer noch langsamer als die Lichtgeschwindigkeit ...
@PlasmaHH Meine erste Antwort, die Sie in den Bearbeitungen sehen sollten, verwendete die typische Highschool-Formel für den Doppler-Effekt, die eher für Schallwellen verwendet wurde. Die Antwort lautete ungefähr 499 ° C, viel schneller als die Lichtgeschwindigkeit.
@Cragor FYI, das Licht würde physisch zurückdrängen. Licht hat einen Impuls, der (natürlich) direkt proportional zur Frequenz und Intensität ist, die beide mit der Geschwindigkeit in Richtung der Quelle dramatisch zunehmen würden.
@kaine Ah, das wäre sicher mehr, worüber das OP gesprochen hat. Licht ist durcheinander. :P

Die Formel lautet:

f ' = f 1 + β 1 − β
wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist, f die Frequenz des Lichts normalerweise ist, v die Geschwindigkeit des Beobachters ist, β ist v c und f' die vom Beobachter beobachtete Lichtfrequenz ist.

Für blaues Licht (650 THz) bis hin zu Röntgenstrahlen (1500000 THz) bräuchte man β = .99999962 Sie müssten also sehr, sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit sein.

Genial! Vielen Dank! Das ist ein bisschen näher an c als ich dachte.
Was passiert normalerweise, wenn wir zwei identische Antworten haben? Kaines war zuerst, also werde ich meinen löschen, wenn das die Konvention ist.
@Cragor lass sie beide oben. Wie der Antwortende es erklärt, ist wichtig.
@bowlturner es gibt eine große Lücke zwischen Röntgenstrahlen und sichtbarem Licht. Wenn Sie nach sichtbar bis ultraviolett oder infrarot bis sichtbar fragen würden, wäre dies einfacher. Bitte beachten Sie, dass die Intensität des Lichts ebenfalls um ein Vielfaches zunehmen würde, sodass das superhelle UV eine massive Bedrohung darstellen würde.
Oh, ich verstehe. Ich dachte nur, es wäre näher am Bereich von 0,85 bis 0,9. Mir war auch nicht klar, dass es einen solchen Unterschied zwischen sichtbarem und Röntgen gibt.
"Erste Antwort erhält positive Stimmen" ermutigt zu kurzen, nicht detaillierten Antworten. Wir bevorzugen, dass die beste Antwort positive Stimmen erhält, selbst wenn sie die gleiche Mathematik haben.
@TimB Cragors Mathematik war beim ersten Mal falsch, und er hat die ganze Antwort überarbeitet, nachdem Kaine diese herausgebracht hatte.
Wie es zuerst meine war, habe ich meine zuerst korrigiert, aber seine Antwort bricht sie mehr zusammen, als ich normalerweise für notwendig halte. Dies bedeutet, dass es wahrscheinlich viel einfacher zu verstehen ist. Es könnte daher derjenige sein, der akzeptiert wird. Er hat meine nicht kopiert, und das ist der einzige Grund, warum ich mich jemals bemühe, die erste Antwort auszuwählen.
Richtig, es gibt einen Unterschied zwischen Upvotes und Akzeptanz. Ich habe Sie beide positiv bewertet, aber ich werde Cragors Antwort wahrscheinlich akzeptieren, es sei denn, es kommt eine bessere.
Zum Abendessen gekocht werden! oder Welche Gefahr der Blauverschiebung von EM in Röntgenstrahlen und darüber hinaus?
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