1337

Путешествуем по космосу с ускорением 1g

Намедни в сообществе был опубликован пост про межгалактические путешествия

http://pikabu.ru/story/vozmozhen_li_mezhgalakticheskiy_turiz...

Автору поста @Nekripssa в комментариях напомнили, что время полёта для межгалактических путешественников будет сокращаться тем эффективнее, чем ближе их скорость к скорости света, не все поняли эту идею, и даже пост нескольколетней давности

http://pikabu.ru/story/razgonyaemsya_do_pochtiskorostisveta_...

сомневающимся не помог. И вот я решил наконец сделать то, что всё откладывал на потом - вбить в Excel формулы из статьи Википедии "Релятивистски равноускоренное движение" и посчитать гипотетический полёт космолёта, который стартует от Земли и улетает от неё с комфортным для человека ускорением g = 9.8 м/с2.


Результаты расчётов получились настолько любопытными, что я решил запилить отдельный пост, который и представляю вашему вниманию. Надеюсь, что я нигде не ошибся в расчётах, что подтверждается совпадением с числами (из книги 1970 года), которые представлены в другой вики-статье "Межзвёздный полёт".


Сразу оговорюсь - с точки зрения существующих у человечества космических двигателей всё нижеописанное (то есть тяга 1g длительностью в годы), увы, фантастика. Но помечтать о таких вещах, которые напоминают наши земные условия в смысле динамики/ускорения, мне кажется, полезно, чтобы просто почувствовать, насколько любопытно наше с вами пространство: при малых скоростях оно кажется нам линейным в пространственном и временном смыслах, но при околосветовых скоростях начинаются натуральные чудеса.


Итак, мы летим на нашем космолёте в сторону выбранной звезды/галактики с ускорением g. При этом мы испытываем вес, равный привычному нам земному, и значит мы даже в отсутствие специальных тренажёров уберегаем себя от опасности "эффекта Николаева" - фатальных последствий длительного пребывания человеческого организма в невесомости.


Если бы ускорение с точки зрения неподвижного наблюдателя было линейным, то с ускорением g мы бы набрали скорость света чуть менее чем за 1 год. Но поскольку речь идёт о постоянном ускорении лишь с точки зрения космонавтов, то с неподвижной точки зрения чем ближе скорость приближается к скорости света, тем ускорение становится меньше.


Через один "неподвижный" год после старта корабль разгонится до скорости 215 тыс. км/с (72% от скорости света), а на самом корабле к тому моменту пройдёт 0.88 года, то есть почти на полтора месяца меньше, чем 1 год. К тому моменту корабль преодолеет 0.42 "неподвижных" световых года.


Через ещё один "неподвижный" год скорость корабля дорастёт до 270 тыс. км/с (90% скорости света), у путешественников пройдёт 0.55 года, и общее время путешествия составит 1.43 года. Они будут уже в 1.25 световых годах от Земли.


И так далее - чем ближе путешественники с неподвижной точки зрения к скорости света, тем сильнее замедляется бортовое время. Через 10 "неподвижных" лет после старта скорость корабля почти дорастёт до скорости света (99.5%), а бортовые часы покажут время полёта 2.94 года. Космолёт будет уже на расстоянии 9.08 световых лет, и далее каждый "неподвижный" год добавляет длине путешествия почти 1 световой год, а бортовое время всё более замедляется: например с 10 до 11 лет на Земле пройдёт год, а на корабле - только 1 месяц.


Через 100 "неподвижных" лет (когда, к слову, умрут все земные современники наших космонавтов) на борту пройдёт 5.17 года (расстояние = 99.04 световых года), через 3000 лет (толщина Млечного пути) - 8.46 бортовых года, а через 100000 лет (диаметр Млечного пути) - 11.86 бортовых года.


Только представьте себе, что при всех немыслимых космических расстояниях вы, пусть теоретически, могли бы в течение своей жизни успеть слетать до любой звезды, которую вы видите на ночном небе. Вообразите себе, насколько хитрая матрёшка - наше пространство, которое так спокойно сжимается в сторону вашего ускорения. И ведь никаких диких ускорений и времён - всё сообразно нашим земным условиям.


Ну вот, скажем, Полярная звезда - 430 световых лет. Половину расстояния мы разгоняемся за 6 бортовых лет, половину расстояния - тормозим тоже за 6 лет, затем обратная дорога, итого дорога туда-сюда займёт 24 бортовых года. Да, Землю мы узнаем с трудом, ведь на ней пройдет 860 лет, зато привезём потомкам прикольные фоточки Полярной звезды и её спутников, а они повеселятся (если ещё будет кому веселиться) с наших фотоаппаратов и престарелой техники.


Напоследок, чтобы всё это не осталось голым текстом, давайте я приведу несколько графиков.


Первый график - зависимость бортового времени от "неподвижного" времени:

Путешествуем по космосу с ускорением 1g Космос, Космический корабль, Теория относительности, Научная фантастика, Астрономия, Вселенная, Длиннопост

Как видно, нижняя ось сама напросилась в логарифмический масштаб, и график получился почти линейным (k - тысяч, M - миллионов, G - миллиардов; расстояние в световых годах немного не совпадает с нижней осью, но мы этим пренебрегаем). Этак если фантазировать, то и всю Вселенную пересечь уже не такая проблема (правда, я смутно представляю, что астрофизики думают про "края" Вселенной и линейность этого процесса).


И ещё один график - динамика разгона до скорости света:

Путешествуем по космосу с ускорением 1g Космос, Космический корабль, Теория относительности, Научная фантастика, Астрономия, Вселенная, Длиннопост

Ну тут всё ожидаемо - вначале почти линейный разгон, а потом - асимптотическое приближение к скорости света.

Дубликаты не найдены

625 комментариев

по актуальности
+83
Лет тридцать назад об этом знал
Иллюстрация к комментарию
+53
Вот только на околосветовой скорости за счет эффекта Допплера даже слабенькое реликтовое излучение превратится в адскую баню. Что уж там говорить про прочие излучения. Экипаж долго не проживет.
раскрыть ветку 89
+46

Да, подобное путешествие видимо так и останется художественным размышлением. )


Для наших космоскоростей 8-17 км/с вакуум вполне себе вакуумный, поскольку кому может помешать один протон на кубический сантиметр. Но при околосветовых скоростях, оказывается, даже такая низкая плотность вещества становится проблемой - плотным высокоэнергетическим излучением.

раскрыть ветку 48
+7
Возможен вариант экранирования теми же электромагнитами?
раскрыть ветку 24
+6
Кроме энергии есть и вполне материальные проблемы. Любая писчинка на пути корабля на такой скорости прошьёт его насквозь.
раскрыть ветку 13
0
плотным высокоэнергетическим излучением
это излучение в теории можно использовать как дармовой источник энергии для двигателя и корабля, тратя таким образом собственную энергию только на начальный разгон и окончание торможения.
раскрыть ветку 2
0
а мне вот интересно, на такой скорости столкновение с мелкими осколками к чему приведет?
раскрыть ветку 2
0

Про эффект Унру не забываем еще)

раскрыть ветку 2
+3
Заряженные частицы можно отклонять с курса специальным магнитным щитом. Нейтральные - поглощать и тормозить оболочкой корабля. От реликтового спасет тепловой экран
раскрыть ветку 39
+25
Реликтовое излучение станет гамма-излучением. Толщина экрана должна будет составлять десятки метров. То же относится и к нейтральным частицам на околосветовой скорости - для их поглощения оболочка должна быть очень толстой. При этом "крупные" частицы размером с песчинку все равно будут пробивать ее насквозь с выделением огромного количества энергии, как при взрыве.
+5
И всю эту махину нужно разогнать до такой скорости. А чем ближе к скорости света тем больше нужно энергии, тем больше масса, на около световой скорости атом может по массе не сильно отличаться от нашей планеты...
раскрыть ветку 20
0
Как Вы представляете процесс (время, требуемое на это) отклонения заряженных частиц на такой скорости?
раскрыть ветку 16
+16
Отличный пост. И комменташки отличные. Прямо-таки на работу опаздал, засидевшись на горшке...
+52

Читаем повесть Андерсена "Тау ноль" .  Эта тема подана отлично и даже вариант двигателя описан.

раскрыть ветку 59
+17

а ещё "Тысячеленяя война" забыл автора,
особенно понравился момент, когда они летели с одного задания на другое, но по пути на них напал вражеский корабль, а так как они летели с около световой скоростью, корабль напавший на них был из будущего. и они ничего не могли противопоставить ему.

раскрыть ветку 8
+2

Офигенная книга, поддерживаю.

раскрыть ветку 5
0
Автор, мне нужен автор!!!!
раскрыть ветку 1
+15

Поддерживаю. Хорошая книга

раскрыть ветку 5
+6
Рост скорости ограничен скоростью света, а рост тау бесконечен.
раскрыть ветку 4
+5

А еще есть "Возвращение со звезд" Лема. Там описываются проблемы адаптации космонавтов на Земле после длительного полета.

+5
И в Гипереоне слегка описывались эти св-ва.
раскрыть ветку 2
+2
Особенно в гиперионе хорошо описывался эффект торможения)
раскрыть ветку 1
+3

Еще "Люди как Боги" Сергея Снегова. Там потерявшихся космонавтов лет через 400 нашли, а они совсем чуть-чуть постарели. И потом охуевали, насколько люди будущего развились.

раскрыть ветку 6
0

Хотя там это лишь маленький эпизод, эта дилогия обязательна к прочтению. Даже сейчас она читается отлично.

раскрыть ветку 2
0

Чоэт они охуевали? Ромеро там вполне так вписался нормально.  И в Персей летал и вообще.

раскрыть ветку 2
+3
Хайнлайн "Время для звезд".
Особенно концовка хороша.
раскрыть ветку 2
0

Да, книга шикарная.

0

"Переменная звезда" - те же яйца, только в профиль.
И вообще Хайнлайн старый извращенец. Был.
Кстати советовал бы Аластер Рейнольдс «Пространство Откровения».

+4

Можно и Орсон Скотт Кард серию про Эндера.

раскрыть ветку 17
+7
серию про Эндера

первая книга (по ней фильм снят),это шедевр. Даже перечитывал. Остальные полная муть, не советую!

раскрыть ветку 16
0

Отличная книга!Буду благодарен, если посоветуете книжки в таком же ключе)

раскрыть ветку 1
0

Если именно об эффектах замедления времени и путешествиях, тут уже надавали названий. Рекомендую "Время для звезд" Хайнлайна. Но не знаю, как сейчас она пойдет.

Из более современных недавно читал Золотое руно Сойера. http://flibusta.is/b/375395
Это больше детектив, но всё на релятевистских эффектах построено. И каков он в переводе, тоже не знаю:)
И конечно же Бесконечная война надо прочитать.  Война, идущая тысячи лет. И любовь, прошедшая сквозь световые годы и века:)

-12

сорямба,что под топовым коментом,но у мне вопрос собсна

откуда узнали,что существует замедление времени?как высчитали его?как проверили?

раскрыть ветку 9
+23

Были в своё время еретики, которые пооткрывали фундаментальные законы.

Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку 6
+3

у товарища @2diesel, на статью которого я сослался, были статейки на эту тему:

#comment_34645613


посмотрите, я думаю это отчасти ответит на ваш вопрос

раскрыть ветку 1
ещё комментарии
+18
Есть физики в треде? Никогда не понимал в теории относительности как отличить неподвижную точку от подвижной. Допустим дают задачу, где ракета улетает от земли с такой-то скоростью, надо рассчитать замедление времени на ракете, почему нельзя сказать, что это земля улетает от ракеты, и у нее замедляется время?
раскрыть ветку 147
+35
Потому что ускорение не относительно. Чтобы улететь от Земли, ракете надо набрать скорость, а не Земле.
раскрыть ветку 14
+16
Может ракета не набирает скорость, а наоборот оттормаживается. Спрыгнув с несущейся по космосу Земли, водитель ракеты начинает торможение, а земля уноситься дальше? Как такая идея. Как ты и сказал, все относительно. 😁
раскрыть ветку 13
+4

Если совсем на пальцах:

Возьмём две ракеты в глубоком космосе, посадим двух близнецов в каждую.

Потом одна из них начинает разгонятся, а другая остаётся на месте.

Если каждый посмотрит в иллюминатор на другую ракету, то кажется будто бы невозможно понять кто же стоит, а кто разгоняется.


Но тот из близнецов который сидит в разгоняющейся ракете будет чувствовать ускорение.

И именно его часы будет замедлятся.

раскрыть ветку 23
+4
Но ведь мы на земле тоже испытываем ускорение в g как и на удаляющейся ракете тоже g?
раскрыть ветку 2
+1
Есть в этом плане момент, который годами понять не могу. Например, Земля и ракета. Ракета ускоряется за время t1 (допустим, по ракетному времени, но тут и время Земли можно взять), летит со скоростью 0.99с время t2, тормозит за время t1, ускоряется в обратную сторону за t1, летит обратно t2, тормозит за t1. И вот она прилетела. По времени Земли прошли десятки тысяч лет, по времени ракеты - годы. А почему? Вот говорят что из-за ускорения ракеты.

Хорошо, давайте рассмотрим две ситуации. t1=t2. Тут правдоподобно, ускорение было, оно было значительное время полёта, допустим на Земле прошло больше времени относительно всех из-за действия ускорения.
Теперь вторая ситуация: t2 много больше t1. Вот ракета ускорилась и движется постоянно. Она увеличивает своё время на годы, а Земля - на порядки больше. Почему тут не наоборот например? Мы давно ускорились, Земля тоже движется с релятивистской скоростью относительно нас. Если время равномерного полета тоже так несправедливо добавляет разное время Земле и ракете, то получается, что дело не в ускорении. Разгоняясь или тормозя, ракета не знает, сколько времени будет лететь или уже летела равномерно. Ну точнее законы физики не в курсе, а некоторые пишут что дело в ускорении.

Годами мучает этот вопрос)
раскрыть ветку 17
0

Поясните идиоту, пожалуйста. Вот в вашем примере перестанем ускорять ту ракету, которая ускорялась. Ни в первой, ни во второй перегрузок нет. Определить, кто ускорялся уже нельзя, обоим будет казаться, что другой просто отдаляется. Но первому до скорости света ускориться будет сложнее (затраты энергии), чем второму, так? Это что значит, что есть некая точка в пространстве, которой ускориться вообще легко?) "Фон" космоса?)

раскрыть ветку 1
+2
Подпишусь пожалуй
+2
Угу, меня всегда занимал вопрос - что будет, если разогнать корабль до скорости света, а потом фонариком в направлении движения посветить) какова будет скорость фотонов от фонаря?
раскрыть ветку 104
+4
что будет, если

Вот этот кот, знает ответ!

Иллюстрация к комментарию
+2

Видимый свет из фонарика превратится в дичайшую гамма-радиацию, если посветить назад - в радио твой фонарик услышат.

раскрыть ветку 2
+2

С точки зрения стороннего неподвижного наблюдателя, свет будет лететь вперёд с такой же скоростью, как и ты, т.е. вы будете двигаться вместе. С твоей точки зрения (из корабля) он будет удаляться от тебя со скоростью 300000 км/с.

раскрыть ветку 31
+1
какова будет скорость фотонов от фонаря

1 с.

+1
Там для того в формулу и вклучено понятие относительного времени так как скорость света абсолютна. То есть и для наблюдателя и для пилота будет выглядеть одинаково, но для наблюдателя оооооочень долго.
Еще в посте както обошил вопрос по затратам энергии, если я не ошибаюсь он расте нелинейнои разгон до скорости света потребует почти бесконечной энергии.
+1
Такой же и будет, как если бы фонарь не двигался, они не будут складываться. Только до скорости света нельзя разогнать объект, имеющий массу, так что сам вопрос некорректен, на 0 придется делить.
раскрыть ветку 18
0
Всё та же - скорость света. Фотон - это не брошеный предмет, не пуля. Нет массы у него, и разгон ему не нужен. Всегда движется с одной скоростью.
А если Вы разгонитесь до сверхсветовой скорости, и включите фонарик, то фотоны должны будут отставать, и это уже грёбаное безумие, но очень весело - советую.
-2
Ну смотри, ты едешь на автомобиле пускай 100 км/ч с включенными фарами, разве скорость фотонов света из фар вдруг будет 300к км/с + 100 км/ч? Мб так легче логика подключится
Точно так же и пуля выпущенная из этого автомобиля по ходу движения скорость не увеличит, даже если разогнать автомобиль почти до скорости ее полета
раскрыть ветку 7
-2

До скорости света невозможно разогнать ничего, что имеет массу. даже если разгонишь корабль до 99,999999999999% от световой- скорость фотонов будет равна скорости света.

Фотоны всегда движутся с одной скоростью- скоростью света и ускорить или замедлить их нельзя.

раскрыть ветку 35