В космосе, хотя все массы во Вселенной подчиняются силе гравитации, как обычно, не ощущается «верха» и «низа», как на Земле, поскольку космический корабль и всё, что у него на борту, ускоряется гравитацией с одинаковой скоростью.
Если поместить человека в космос, подальше от гравитационных воздействий, испытываемых им на поверхности Земли, он испытает невесомость. Хотя все массы Вселенной продолжат притягивать его, они продолжат притягивать и космический корабль, поэтому человек будет «плавать» внутри. В сериалах и фильмах типа «Звёздный путь», «Звёздные войны», «Боевой крейсер „Галактика“ и множестве других нам всегда показывают, как члены команды стабильно стоят на полу корабля вне зависимости от прочих условий. Это потребовало бы возможности создания искусственной гравитации – но с учётом законов физики в том виде, в котором мы их знаем сегодня, это слишком трудная задача.
Капитан Габриэль Лорка на мостике „Дискавери“ во время симуляции битвы с клингонами. Всю команду притягивает „вниз“ искусственная гравитация – на сегодня технология из области научной фантастики
С гравитацией связан важный урок принципа эквивалентности: равномерно ускоряющаяся система отсчёта неотличима от гравитационного поля. Если вы находитесь в ракете и не можете выглянуть наружу, у вас не будет способа понять, что происходит: вас придавливает „вниз“ сила гравитации или равномерное ускорение ракеты в одном направлении? Эта идея привела к формулированию общей теории относительности, и, спустя более чем сто лет, это самое правильное из известных нам описание гравитации и ускорения.
Идентичное поведение мяча, падающего на пол, в ускоряющейся ракете и на Земле демонстрирует принцип эквивалентности Эйнштейна
Есть ещё один трюк, который мы могли бы использовать: заставить корабль вращаться. Вместо линейного ускорения (разгонной силы ракеты) можно получить центробежное, в котором человек на борту будет чувствовать, как его притягивает корпус корабля. Этим знаменит фильм „2001: космическая одиссея“, и эта сила при достаточно большом корабле была бы неотличима от гравитации.
Но это и всё. Три типа ускорения – гравитационное, линейное и вращательное – единственные в нашем распоряжении силы, оказывающие гравитационное воздействие. И для находящихся на борту космического корабля это большая, большая проблема.
Концепция космической станции 1969 года, которую предполагалось собирать на орбите из использованных ступеней программы „Аполло“. Станция должна была вращаться вокруг центральной оси и порождать искусственную гравитацию.
Почему? Потому, что для путешествия в иную звёздную систему придётся ускорять корабль по пути туда, а по прибытию – замедлять. Если вы не сможете защититься от этих ускорений, вас ждёт фиаско. К примеру, чтобы разогнаться до „импульсной скорости“ „Звёздного пути“, до нескольких процентов от скорости света, пришлось бы выдержать ускорение в 4000 g в течение часа. Это в 100 раз больше ускорения, которое предотвратит ток крови в вашем теле – весьма неприятная ситуация, как ни крути.
Запуск шатла Колумбия в 1992 году показывает, что ускорение ракеты происходит не мгновенно, а длится достаточно долгое время, много минут. У космического корабля ускорение должно было быть гораздо большим, чем может выдержать человеческое тело
Более того, если вы не хотите быть невесомым во время долгого пути, и подвергаться ужасным биологическим эффектам вроде потери костной массы и космической слепоты, необходимо, чтобы на ваше тело действовала постоянная сила. Для других сил, кроме гравитации, это не было бы проблемой. К примеру, для электромагнитного воздействия можно было бы поместить команду в проводящую оболочку и это устраняло бы все внешние электромагнитные поля. А потом внутри можно было бы устроить две параллельные пластины и организовать постоянное электрическое поле, заставлявшее бы заряды двигаться в определённом направлении.
Эх, если бы гравитация работала так же.
Схематическая диаграмма конденсатора, две параллельные проводящие пластины которого имеют одинаковые по величине и разные по знаку заряды, что создаёт между ними электрическое поле
Никаких „гравитационных проводников“ не существует, и от гравитации нельзя защититься. Невозможно создать равномерное гравитационное поле между какими-нибудь пластинами в определённом участке пространства. Причина в том, что в отличие от электричества, создаваемого положительными и отрицательными зарядами, гравитационный „заряд“ бывает одного типа, масса-энергия. Сила гравитации всегда притягивает, и с этим ничего нельзя поделать. Придётся делать всё возможное с тремя доступными типами ускорения – гравитационным, линейным и вращательным.
Подавляющее большинство кварков и лептонов Вселенной состоят из материи, но для каждого из них существуют и частицы антиматерии, гравитационные массы которых не определены
Единственным способом создать искусственную гравитацию, способную защитить вас от эффектов ускорения корабля и придать вам постоянное притяжение „вниз“ без ускорения, было бы открыть новый тип отрицательной гравитационной массы. У всех открытых нами частиц и античастиц масса положительна, но это инерциальные массы, то есть, массы, имеющие отношение к ускорению или созданию частиц (то есть, это m из уравнений F = ma и E = mc2). Мы показали, что инерциальная и гравитационная массы для всех известных частиц совпадают, но пока не проводили достаточно тщательных проверок для антиматерии и античастиц.
Коллаборация ALPHA ближе других экспериментов подошла к измерению поведения нейтральной антиматерии в гравитационном поле
И в этой области эксперименты идут прямо сейчас! В эксперименте ALPHA на ЦЕРН получили антиводород — стабильную форму нейтральной антиматерии — и сейчас работают над изоляцией её от всех других частиц на низких скоростях. Если он окажется достаточно чувствительным, мы сможем измерить, в какую сторону антиматерия будет двигаться в гравитационном поле. Если она будет падать вниз, как и обычная, тогда её гравитационная масса больше нуля, и её нельзя использовать для создания гравитационного проводника. Но если она будет падать вверх, это изменит всё. Единственный экспериментальный результат внезапно сделает искусственную гравитацию физически возможной.
Возможность получить искусственную гравитацию соблазнительна, но она требует существования отрицательной гравитационной массы. Такой массой может стать антиматерия, но это пока неизвестно.
Если у антиматерии будет отрицательная гравитационная масса, тогда сделав потолок комнаты из антиматерии, а пол из материи, мы сможем создать искусственное гравитационное поле, постоянно притягивающее вас „вниз“. Построив оболочку корабля из гравитационного проводника, мы защитим всех внутри него от сил сверхвысокого ускорения, которое иначе было бы смертельным. И, что самое прекрасное, люди в космосе больше не будут страдать от отрицательных физиологических эффектов, от нарушения вестибулярного аппарата до атрофии сердечной мышцы, досаждающих современным космонавтам. Но пока мы не откроем частицу (или набор частиц) с отрицательной гравитационной массой, искусственную гравитацию можно будет получить только через ускорение.
Комментарии (137)
Desprit
08.04.2018 12:13Если вы находитесь в ракете и не можете выглянуть наружу, у вас не будет способа понять, что происходит: вас придавливает „вниз“ сила гравитации или равномерное ускорение ракеты в одном направлении?
Это ведь не совсем верно. Если притягивает гравитация, то притягивает она к какому-то центру масс. И если рядом с вами в ракете парит, скажем, кирпич, то векторы силы притяжения вас и кирпича будут не коллинеарны, а значит, со временем кирпич приблизится к вам. И да, он приблизится еще и за счет вашего с ним взаимного притяжения, но никто и не говорил, что измерение из простых. Просто сам факт возможности этого измерения уже говорит о том, что технически отличить ускорение от гравитации можно. Этот мысленный эксперимент был в какой-то книге описан как продолжение эксперимента с лифтом.
Goodwinnew
08.04.2018 18:55да, да :) там какая-то производная. если с точки зрения физики — то гравитационные волны от Земли не будут параллельными (грубо говоря — из центра шара), внутри предмета с ускорением — линии будут параллельными, внутри вращающего кольца — все «линии» будут сходиться в центре вращения (т.е. если подвесить много шариков рядом на нитках на горизонтальной линейке- это возможно измерить в принципе, для вращающегося тора наверное и визуально, неохота считать). И да — для путешествий внутри солнечной системы вполне хватит ускорения/торможения 1g — там порядка месяцев полета в таком режиме к Юпитеру и неделей к Марсу. А к звездам все равно скорость света как максимум мешает…
вот нашел
На достаточно больших расстояниях в солнечной системе желательно достижение больших скоростей при разгоне с постоянным ускорением 1g. Это позволит поддерживать нормальную гравитацию для экипажа и пассажиров (точнее имитацию гравитации — но большиство и не заметит). Если такой двигатель и корабль будет создан, то половину пути до цели можно будет двигаться с ускорением 1g, а вторую половину пути с торможением 1g.
Тогда:
Земля-Марс (среднее расстояние 80 млн. км.) — 50 часов (на середине пути в 25 часов максимальная скорость 885 км/с — 0,26% скорости света)
Земля-Сатурн (среднее расстояние 1400 млн. км.) — 210 часов (на середине пути в 105 часов максимальная скорость 3705 км/с — 1,23% скорости света)ofmetal
08.04.2018 20:32там порядка месяцев полета в таком режиме к Юпитеру и неделей к Марсу.
Земля-Марс (среднее расстояние 80 млн. км.) — 50 часов2/7 недели.
И до Юпитера совсем не месяцы, а немного суток.
А к звездам все равно скорость света как максимум мешает…
Тут что угодно будет мешать, но только не скорость света. За человеческую жизнь можно хоть до Андромеды добраться, до которой 2.5 млн. световых лет.
Мешать будет межзвёздное вещество, которое при больших скоростях будет сильно греть корабль. Мешать будет необходимость в гигантских количествах антиматерии и контроле аннигиляции.
x67
09.04.2018 22:28А чего хорошего всю жизнь лететь к андромеде? Учитывая, что первые межзвездные корабли навряд ли будут сильно похожи на комфортные жилища, мечтать об этом сильно приятнее, чем осуществлять.
Даже с учетом СТО
Welran
08.04.2018 21:28На самом деле 1g хватает и на межзвездные перелеты. С ускорением 1g можно за 100 лет долететь до края видимой вселенной. Вот только где взять двигатель и столько топлива на непрерывное ускорение в течении 100 лет.
TerraV
09.04.2018 00:06+1круто. даже свету надо больше 10 млрд лет, а тут всего за жалкую сотню
oleg_go
09.04.2018 02:43Круто, что этот факт вытекает из специальной теории относительности. Это с точки зрения нас свету нужно 10 млрд.лет на преодоления такого расстояния, а точки зрения света это один миг.
Lazer1999
09.04.2018 09:55Будучи занудой нужно уточнить что для света и вообще любого излучения движущегося со скоростью света в вакууме, времени не существует.
oleg_go
09.04.2018 12:11Так я и говорю — один миг, т.е. нисколько. Ещё никому в мире не удалось измерить один миг
QDeathNick
09.04.2018 13:58Вы если используете какие-то единицы несистемные, то хоть проверьте, что их уже не используют в каких то системах. Это для вас миг = "нисколько".
В каждом миге – 160 сигов. А 1 сиг примерно равен 30 колебаниям электромагнитной волны атома цезия. Ну и далее как в сказке.
egigd
09.04.2018 13:19Речь об однородном гравитационном поле. Его, конечно, на практике не существует, но физикам-теоретикам это не мешает.
Caseor
09.04.2018 22:06Если так рассуждать, то можно придумать более лёгкий способ «отличить» — бурить в сторону действия силы. Если находитесь в ракете — доберётесь до двигателя.
Это замечание нисколько не опровергает принцип эквивалентности, а только опровергает иллюстрацию этого принципа.
foxkeys
08.04.2018 12:28Офигенская статья, да. Просто шедевр научной мысли.
Всю жизнь мечтал полетать на корабле, сделанном наполовину из антиматерии…
P.S. Я не комментирую остальной бред. Равно как и такие «мелочи» что даже если «антимасса» и существует, то для создания корабля с 1g на борту его масса будет примерно равна… Угадайте массе чего?
Учитывая источник остается только охреневать от уровня деградации того, кто написал эту смесь из общеизвестных фактов и откровенного бреда.
AngusMetall
08.04.2018 12:51так подождите, тут же про гравитационные проводники, из них же можно собрать гравитационный усилитель!
sergku1213
08.04.2018 16:37Да, ламповый! Нужны еще и гравитационные полупроводники. Но зато с ламповым будет теплый звук!
maxzhurkin
10.04.2018 20:26Нет, про Землю вы ошиблись: если масса Земли будет в километре от вас, вы будете испытывать притяжение, эквивалентное примерно 40589641g, а если в метре, то ещё в миллион раз больше
foxkeys
11.04.2018 08:56Ну да, ну да. Как это я не сообразил? Само собой, корабль надо делать из антивещества с плотностью нейтронной звезды!
А еще лучше — черной дыры!
Упс. А если мы такое можем, то зачем нам _анти_ тогда?..
Nuwen
08.04.2018 13:02Основная проблема с антимассой в том, что если предмет с обычной массой будет испытывать ускорение в направлении приложения к нему силы, то предмет с отрицательной массой будет ускоряться в противоположном направлении. Такой предмет, теоретически, легко продавит даже нейтрониум, если свести их друг к другу.
Кроме того, антигравитация вызовет нарушение закона сохранения импульса и энергии. Если один массивный предмет будет притягиваться к другому массивному предмету, то массивный предмет со знаком минус, будет отталкиваться от другого массивного, но положительного предмета. В то же время как положительная масса всё равно продолжит притягиваться отрицательной, и эта парочка просто устремится с постоянным ускорением в бесконечность и далее.
Andy_Big
08.04.2018 14:57Если один массивный предмет будет притягиваться к другому массивному предмету, то массивный предмет со знаком минус, будет отталкиваться от другого массивного, но положительного предмета. В то же время как положительная масса всё равно продолжит притягиваться отрицательной, и эта парочка просто устремится с постоянным ускорением в бесконечность и далее.
Идеальный межзвездный движитель :)
hdfan2
08.04.2018 16:00Когда-то давно в журнале «Техника — молодёжи» был анализ поведения отрицательной массы. Да, её поведение такое, как вы описали (отталкивается от всего), и масса с антимассой летят ускоренно в одном направлении. Но, поскольку одна из масс отрицательная, общий импульс остаётся нулевой, и нарушения не происходит.
Nuwen
08.04.2018 16:19-1Да, я там и читал. Ну, по идее да, законы сохранения не нарушаются. Но никто не мешает построить хитроумный механизм, позволяющий в итоге получать энергию вообще ниоткуда. Правда, это ещё зависит от того, какой у отрицательной массы будет инерциальная масса — можно ли будет вывести антимассу на орбиту вокруг обычной массы — будет ли центробежная сила притягивать антимассу к обычной массе, компенсируя тем самым отталкивание от её притяжения. В том журнале, помнится, было указано что существует целых 4 вида массы: активная — та что притягивает к себе; пассивная — то что притягивается сама; масса инерции и масса, которая e=mc?. Считается что все они равны, но с отрицательной массой пока ещё не всё доказано даже в случае с антиматерией.
AllexIn
08.04.2018 21:30Но никто не мешает построить хитроумный механизм, позволяющий в итоге получать энергию вообще ниоткуда.
Ага. Никто не мешает вечный двигатель построить.
А если серьезно — мешает переход от «Не нарушает закон сохранения энергии» к «Нарушает закон сохранения энергии». В этом переходе вся соль.Nuwen
08.04.2018 21:51-1Изначально мешает переход от «Отрицательная масса невозможна» к «Отрицательная масса возможна». В случае с антимассой и работающим вышеописанным принципом, когда центр тяжести двух тел находится на бесконечном расстоянии от них — нет никаких проблем. Берётся два массивных тела с положительной массой на каком-либо расстоянии друг от друга, а между ними, точно на оси — поближе к одному из тел — помещаем антимассу. Последняя начинает ускоряться от близкого массивного тела — увлекая его за собой — подлетает к второй положительной массе — начинает ускоряться от неё в противоположную сторону, и так до бесконечности. Соединяем положительные массы приливной электростанцией и получаем энергию от разницы их ускорений, вызванных тем, что отрицательная масса притягивает их попеременно.
mayorovp
09.04.2018 11:06Не получится. Выкачивание энергии из такой системы приведет к увеличению скорости антимассивного тела, что в конечном итоге приведет к тому что оно во что-нибудь врежется.
Welran
09.04.2018 08:32Вечный двигатель на антигравитации не противоречит закону сохранения энергии. И он даже не противоречит второму закону термодинамики которому противоречат вечные двигатели второго рода, которые тоже не противоречат закону сохранения энергии. Единственно что для этого нужно это антигравитация, которая вероятно не существует, так как гравитация это искривление пространства времени, по которому со скоростью света движется материя и видимо антиматерия тоже.
leex
09.04.2018 13:03+1Отчего же не существует? Гравитация- искривление в одну сторону, (которое даже можно выразить численно), тогда антигравитация -искривление в другую сторону. Это как в известном видео про о визуализацию гравитационного взаимодействия — резиновый батут и вращающиеся шарики в нем, выгнуть батут вверх и вот она антигравитация.
Welran
10.04.2018 16:18Ну вот в этом весь и вопрос, может ли пространство искривится в другую сторону. И как его так искривить.
paluke
09.04.2018 12:54Когда Эйнштейн формулировал принцип эквивалентности, про существование антивещества еще не знали.
Инертная масса у античастиц положительная — в ускорителях они движутся в правильном направлении. А вот гравитационную массу пока не измерили. И если она отрицательная, то можно отличить равноускорено движущийся "лифт Эйнштейна" от покоящегося в гравитационном поле.
И антигравитация не будет нарушать закон сохранения энергии — кусок вещества будет отталкиваться от куска антивещества, но получить за счет этого больше энергии, чем при их аннигиляции, не получится.
egigd
09.04.2018 13:27положительная масса всё равно продолжит притягиваться отрицательной
Вы с чего это взяли-то? o_O
Если антиматерия отталкивается от нормальной материи, то и нормальная материя отталкивается от антиматерии. Что в формуле для силы гравитации m1 будет отрицательна, что m2 — в обоих случаях результат один — отталкивание. Лишь для обоих отрицательных масс получим положительную силу притяжения, т.е. притягиваться будут только антимассы друг к другу.Nuwen
10.04.2018 07:07Что в формуле для силы гравитации m1 будет отрицательна, что m2 — в обоих случаях результат один — отталкивание
Да, вот только по Второму закону Ньютона, ускорение приобретаемое телом с отрицательной массой будет противонаправлено приложенной силе. Поэтому положительная масса будет отталкиваться от отрицательной, но отрицательная будет всё равно притягиваться положительной. Хотя я сперва немного перепутал, это отрицательная масса притягивается положительной, а положительная отталкивается, поэтому пара тел с противоположными по знаку массами устремится с ускорением в сторону от отрицательной массы к положительной, но результат в принципе тот же самый.egigd
10.04.2018 13:46Инертная масса (та, которая в формуле для ускорения) у антивещества 100% положительная, это давно уже проверили, и прямо в этой же статье это указано: «У всех открытых нами частиц и античастиц масса положительна, но это инерциальные массы, то есть, массы, имеющие отношение к ускорению».
mayorovp
10.04.2018 15:14А гравитационная равна инертной, это еще Эйнштейн обосновал.
sumanai
10.04.2018 15:20По модулю да, а вот может ли она отличатся по знаку.
mayorovp
10.04.2018 15:23Если ОТО верна — то тоже не может. Ни по модулю, ни по знаку, ни «совсем чуть-чуть». Потому что в ОТО первично гравитационное ускорение (g), определяемое кривизной пространства-времени, а сила гравитации — это разновидность силы инерции, условность которая нужна чтобы некоторые формулы стали красивыми.
egigd
10.04.2018 15:32Суть исследований по определению знака гравитационной массы антиматерии как раз в том, чтобы убедится, прав ли был Эйнштейн. Если окажется, что он ошибался, что гравитационная масса антиматерии хоть и равна по модулю, но противоположна по знаку инертной, то это будет выдающийся прорыв экспериментальной физики и головная боль теоретиков на ближайшие десятки лет.
Использование антиматерии для создания искусственной гравитации при этом никого, кроме писателей-фантастов, не волнует.mayorovp
10.04.2018 15:37Тем не менее, этого выдающегося прорыва пока что не произошло, и нет оснований полагать что он произойдет, что переводит рассуждения об антиматерии с отрицательной гравитационной массой при положительной инертной в разряд сказок «если бы да кабы».
Nuwen
10.04.2018 15:54В статье речь не об антивеществе, а об веществе с антимассой, специально упомянуто.
egigd
10.04.2018 16:28Как-то плохо вы читали…
В эксперименте ALPHA на ЦЕРН получили антиводород — стабильную форму нейтральной антиматерии — и сейчас работают над изоляцией её от всех других частиц на низких скоростях. Если он окажется достаточно чувствительным, мы сможем измерить, в какую сторону антиматерия будет двигаться в гравитационном поле. Если она будет падать вниз, как и обычная, тогда её гравитационная масса больше нуля, и её нельзя использовать для создания гравитационного проводника. Но если она будет падать вверх, это изменит всё. Единственный экспериментальный результат внезапно сделает искусственную гравитацию физически возможной.
Nuwen
10.04.2018 16:47А, ну да. Тогда не в статье не имелось ввиду антивещество, а в том утверждении, на которое вы отвечали, что положительная масса будет притягиваться отрицательной (наоборот, но не суть.)
Darth_Biomech
08.04.2018 13:26Самому простому, экономно-практичному и наиболее реалистичному варианту обеспечения гравитации — центробежному вращению — почему-то уделен всего один абзац в стиле «Есть ещё и такой вариант, но теперь давайте поговорим о чем-нибудь другом».
KivApple
08.04.2018 19:06Также почему-то совершенно не был упомянут такой вариант создания искусственной гравитации, как движение с постоянным ускорением в 1g:
Наиболее оптимальным при межзвёздном путешествии является половину времени разгоняться, а половину тормозиться. Разгоняемся половину пути с ускорением в 1g (в отличии от больших ускорений, такое ускорение является «родным» для людей и не только не нанесёт им вреда, но и наоборот будет полезно, поскольку препятствует деградации костей и мышц), в середине пути отключаем двигатель, разворачиваем корабль на 180 градусов (в этот момент будет кратковременный период невесомости), включаем двигатель снова с той же мощностью. В результате в конечной точке мы полностью погасим скорость (что нам и нужно), при этом в ходе движения почти всё время люди будут жить при земном ускорении.
Разумеется, тут есть подводные камни. Чем ближе мы к скорости света, тем больше энергии нужно на ускорение. В какой-то момент поддерживать ускорение 1g мы не сможем. Но до каких-то пределов то это будет получаться. Большие же расстояния можно будет преодолевать в несколько циклов ускорение-торможение, хотя это явно будет не очень эффективно в плане топлива.
В любом случае при наличии достаточно продвинутых двигателей и/или источников энергии пространство для технический решений было бы.ptica_filin
08.04.2018 20:16У Лема в "Рассказах о пилоте Пирксе" примерно так и было. Никаких супертехнологий, только ускорение. Он довольно подробно проработал связанные с ускорением и невесомостью неудобства и последствия.
AllexIn
08.04.2018 21:35+1Ну, всё таки тот же Хайнлайн рассказал об этом пораньше, в 1953 году в книге Астронавт Джонс, или в 56 в «Время для звезд», точно не помню сейчас. Но обе книги было до Пиркса.
ofmetal
08.04.2018 20:36+2В какой-то момент поддерживать ускорение 1g мы не сможем
Дану?
Топливо закончится — верю.
Но наличие ограничения в виде скорости света никак не повлияет на невозможность постоянно поддерживать ускорение 1g.
Cast_iron
08.04.2018 21:11Если я правильно помню, то для постоянного увеличения скорости надо будет затрачивать все больше и больше энергии на одну и ту же величину приращения.
ofmetal
08.04.2018 21:25Если речь идёт о скорости относительно земного наблюдателя — верно.
Но сидя в корабле ничто не помешает держать постоянное ускорение (с точки зрения космонавтов) сколь угодно долго*. Например, 1кг будет весить 9.8Н на всём протяжении ускорения, скажем, от 0 до (1-1e-10)*c. Причём расход энергии на поддержку постоянного ускорения будет только снижаться со временем (уменьшается масса корабля, меньшая реактивная тяга нужна для создания того же ускорения).
* -«Сферическо-вакуумный» корабль несёт на себе очень много топлива и очень мощные и эффективные двигатели, а пространство вокруг него не содержит частиц, которые на скорости могут сильно подпортить его.Scif_yar
08.04.2018 22:39
ProLimit
09.04.2018 10:34Не обязательно разгоняться до безумных скоростей, где частицы пыли могут сильно навредить. Можно часть пути тормозить, поддерживая тот же 1G но в другую сторону. Тут уж компромисс безопасность/скорость.
gasizdat
09.04.2018 10:04Рассмотрим гоночный автомобиль. Он может ускоряться с постоянным ускорением до тех пор, пока крутящий момент его двигателя не сравняется с моментом сил трения и сопротивления воздуха, после чего, продольное ускорение автомобиля станет равным 0. В космосе, скорее всего нет ощутимых сил трения со средой, даже на скоростях, сравнимых со скоростью света, тем не менее, энергия, которую нужно затрачивать, для разгона материального тела, будет стремиться к бесконечности по квадратичному закону. Т.о., если не рассматривать ракетные двигатели с бесконечной тягой, ускорение будет неизбежно стремиться к нулю, при стремлении корабля к определенной скорости (ниже, но сравнимой со скоростью света).
ofmetal
09.04.2018 10:43Сидят космонавты за рулём ракеты, разгоняются с постоянным ускорением 1g. Их здорово притягивает к полу всё это время и чувствуют они себя замечательно, как на Земле притяжение. Преодолели отметку в 1000км/с, летят дальше, спидометр уже 100000км/с показывает, к 200000км/с дело близится. Встаёт один из космонавтов на весы — что за дела! Только с утра 80кг был, а теперь уже 40кг, что случилось? Эй, попинай там двигатель, может птицу засосало, почему тяга падает? Да всё нормально, на спидометре 259807 км/с перевалило, так что половины тяги ушло в страну розовых пони.
Так?
В стране розовых пони — безусловно.
В мире где царит СТО и ОТО — нет.gasizdat
09.04.2018 11:26-1Именно так все и будет (имею в ввиду, падение искусственной силы тяжести, а не глупости космонавтов). Я уже привел пример с гоночным автомобилем. Грубо говоря по мере того, как энергия двигателя будет сравниваться с энергией трения и сопротивления, продольное ускорение для пилота будет падать и его будет меньше прижимать к спинке кресла.
ofmetal
09.04.2018 11:56Спидометр в космическом корабле? Серьёзно?
Относительно чего он скорость показывает? От Земли? Солнца? СМЧД Андромеды? И для каждой из относительных скоростей (выбираемой по желанию капитана) будет собственный вес?
Ой, что это я сегодня съел, у меня тяжесть в желудке. Эй, капитан, давай сегодня скорость считать будем не от родной Земли, а от звезды Барнарда. При меньшей скорости я скину пару килограмм.
Скорость — относительна, ускорение — абсолютно.
Как можно говорить об СТО (да ещё и минусить) не понимая таких очевидных вещей?
gasizdat
09.04.2018 11:37-1Импульс записывается в релятивистском виде: physics.ru/courses/op25part2/content/chapter4/section/paragraph5/theory.html. Чем выше скорость, тем больший импульс нужен от двигателя, согласно закону сохранения момента импульса. Все остальное вытекает отсюда.
egigd
09.04.2018 13:38Дело в том, что гоночный автомобиль отталкивается от неподвижной трассы, а ракета — от собственного выхлопа. А потому ракете безразлично, на какой скорости она летит, её ускорение всегда будет постоянным.
Вы говорите, что энергии нужно больше при высоких скоростях? Так её и будет у нас больше! Например, химическая энергия смеси керосин-кислород составляет примерно 11 МДж/кг, а когда эта смесь внутри третей ступени ракеты летит со скоростью 6 км/с, к этим 11 добавляется ещё 18 МДж/кг кинетической энергии. Т.е. топливо третей ступени ракеты содержит в себе в два с половиной раза больше энергии, чем топливо первой, хотя это точно такое же топливо.gasizdat
09.04.2018 13:46-1Т.е. закон сохранения энергии отменим для этого случая? Чем быстрее разгоняем топливо, тем больше в нем энергии и так до бесконечности. Ну, круто же!
ofmetal
09.04.2018 14:06+1Всё верно там. Закон сохранения в порядке.
Большая часть энергии сгораемого топлива тратится на разгон ещё не сожжённого топлива. Топливо первой ступени — в районе 90% массы всей ракеты.
Seregaalex
08.04.2018 21:35А разве для создания ускорения в 1g не нужно какое то конкретное количество энергии, независимо от того с какой скоростью мы движемся.
Lissov
09.04.2018 00:35Чем ближе мы к скорости света, тем больше энергии нужно на ускорение. В какой-то момент поддерживать ускорение 1g мы не сможем.
Выше уже написали про 1g — с точки зрения пассажира требует всегда одинаковых затрат энергии (даже уменьшающихся из-за расхода топлива).
Раз нас интересует самочувствие пассажиров, то проблем нет. Кроме одной — где взять двигатель и топливо, позволяющие поддерживать 1g хотя бы несколько дней (пока насколько знаю и несколько часов проблематично).
Именно по этой проблеме 1g не является пока оптимальным — так как технически невозможно пока. А вот вращение реализуемо уже, и оно хорошо тем что поддерживает 1g практически без затрат энергии.Cast_iron
09.04.2018 00:41Да хотя бы 1/2 g. Все равно наиболее прогрессивное человечество на Марс собирается.
Lissov
09.04.2018 01:03Да хоть бы и 1/4, это уже многоступенчатая ракета нужна. Если на сегодняшних химических двигателях.
Eklykti
09.04.2018 02:49Даже для полжэ нужен химический ракетный двигатель, который не сможет поддерживать такое ускорение больше нескольких минут ну никак, просто топливо раньше закончится. Фантастические варианты с подачей компонентов топлива через нуль-т мы ведь тут не рассматриваем.
Seregaalex
09.04.2018 07:56Кажется я понял, но у меня возникла одна странная мысль. Означает ли это, что в какой-то момент ускорение 1g для пассажира уже не будет (практически) давать прирост скорости относительно наблюдателя? Про двигатели и межзвёздный газ сейчас разговор не идёт.
lizarge
08.04.2018 14:23Статья уныла более чем полностью, самый очевидный способ не описан вовсе.
Garbus
08.04.2018 14:54Открывая статью, надеялся на относительно подробный разбор того каким будет «минимально достаточный» корабль, позволяющий космонавтам избежать проблем с костями. Естественно думал речь пойдет о вращающемся варианте, а не чем то пространном в стиле «Если бы у бабушки был...».
Огорчен. Еще немного правки и статья бы подошла в передачу о рептилоидах.
OriSvet
08.04.2018 14:53Расширение игры «Пол это лава» до «Пол это антиматерия».
Я бы поостерёгся оказаться на корабле, в котором пол из антиматерии!Scif_yar
08.04.2018 15:06Стяжку из нормализованного нейтрального унобтаниума залить поверх и нормально!
Главное чтобы на складе роскосмоса банки с унобтаниумом и вибраниумом не перепутали, а то при процесса заливки вибраниума на антиматерию может что-то случиться.
Marwin
08.04.2018 15:05только червоточины, только хардкор!
К сожалению, что бы там не придумывали и строили — это всё актуально для «статичных» станций на орбитах, а при перелётах от проблемы ускорения и торможения космического корабля не уйти… На нашу орбиту еще, да, можно подниматься и передвигаться туда-сюда в пределах 1-2 g за десяток другой минут… а куда-то дальше — это полная засада.Scif_yar
08.04.2018 15:16а куда-то дальше — это полная засада.
Вообще-то нет.
При ускорении 0.01 G, т.е. уровня 0.1 м/с2 — за 86400 секунд (24*60*60) будет набрано 8640 м/с, за 10 суток — 86 км/с, за 100 — 860 км/с.
Все уже посчитано до нас
unotices.com/book.php?id=54085&page=115
San_tit
08.04.2018 16:05+5Хм… Оказывается конструкция из смеси материи антиматерии куда проще и дешевле, чем вращающаяся конструкция… Видимо, я что-то не понимаю в этой жизни :-)
EugeneButrik
08.04.2018 18:35Видимо не понимаете :)
Всё зависит от того кто разработчик/поставщик вращающейся конструкции, а кто конструкции из антиматерии. Также важны сметные стоимости обоих вариантов и, что самое главное, абсолютные значения некоторого процента от этих стоимостей :)
DEM_dwg
08.04.2018 16:25Странно, мне казалось, что анти-водород уже не однократно добывали, и давно уже можно было определить притягивается он к обыкновенной массе или нет…
Если он отталкивается то да, можно было бы подумать о ховербордах, но проблема в том, что масса ховерборда с антиматерией должна была бы быть такой же как масса человека который на него встает, чтобы уравновесить силы.
Вообще то про пол и потолок, даже рассуждать не хрчется…
Такая ересь...a5b
08.04.2018 17:54Эксперименты уже проводили, но исследовать гравитацию на одиночных атомах не так уж просто — http://alpha.web.cern.ch/node/248
https://www.nature.com/articles/ncomms2787 Description and first application of a new technique to measure the gravitational mass of antihydrogen 2013 doi:10.1038/ncomms2787
https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_interaction_of_antimatter
While the consensus among physicists is that gravity will attract both matter and antimatter at the same rate that matter attracts matter, there is a strong desire to confirm this experimentally.…
In 2013, experiments on antihydrogen atoms released from the ALPHA trap set direct, i.e. freefall, coarse limits on antimatter gravity.[4] These limits were coarse, with a relative precision of ± 100%, thus, far from a clear statement even for the sign of gravity acting on antimatter.
… Arguments against a gravitational repulsion of matter and antimatter
redpax
08.04.2018 16:30+4Мне одному кажется, что создать центробежлую силу на данный момент в космосе проще чем, создать антигравитационный излучатель?
evil_random
08.04.2018 23:17Мне кажется, что реальнее гравитоний добыть и использовать для этих целей чем то что описано в статье.
Ollrite888
08.04.2018 17:42redpax: Мне одному кажется, что создать центробежную силу на данный момент в космосе проще чем, создать антигравитационный излучатель?
Вы правы, но с одним условием: необходимо раскручивать всю конструкцию КК!
Если, раскручивать только жилой отсек, то возникает проблема сочленений подвижной и неподвижной в части герметизации. Что в свою очередь, препятствует свободному передвижению космонавтов.
Ещё проблемы с кориолесовым ускорением. Но, тут необходима экспериментальная отработка. Может быть «не страшен чёрт», как его малуют.redpax
09.04.2018 03:02Не обязательно делать внутреннюю часть обслуживаемой изнутри, она может быть полностью отделена от жилой внешней части и иметь лишь соединения на подшипниках качения, а внутри естественно маховик.
Я если еще пофаназировать то можно сделать станцию в виде сжимающегося и разжимающегося баяна, тогда и всех проблем центробежки не будет, а переодическую смену полотка с полом можно решить подвеской кабиной с неравнозначным весом пола и потолка.
Darth_Biomech
09.04.2018 07:15Эти проблемы, впрочем, инженерные, а не принципиальные, а значит они решаемы.
egigd
09.04.2018 13:47А в чём проблема раскрутить всю конструкцию?..
Да и герметичные вводы вращения придумали фиг знает сколько веков назад (сальник). Конечно, все такие конструкции неизбежно имеют какое-то трение и либо износ уплотнителя, либо определённый расход смазки (вакуумного масла), но это не является фундаментальной проблемой.
nikolay_karelin
08.04.2018 20:42Вроде американцы на Скайлэбе экспериментировали с вращением станции. Деталей не знаю.
solariserj
09.04.2018 14:07Не Скайлэб, а мишень Аджену крутили на тросе. Вроде даже какую-то милиньютоны и получили
Wizard_of_light
08.04.2018 21:29Есть ещё вариант летающей лягушки наоборот. Там, правда, свои трудности возникнут, для имитации 1g нужна индукция в 16 Тл, а в таком магнитном поле топором не помашешь. И гимнастика с алюминиевым обручем затруднительна.
lamoss
09.04.2018 13:21Плохой вариант. Решит моральную проблему, когда ноги космонавта не «прилипают» к полу, как на Земле, а вот биологических проблем решить не поможет — ток крови, например и состояние нагруженных мышц, будут отличаться от нормальных условий
egigd
09.04.2018 13:49Да нет, там как раз всё очень близко к норме. Ведь магнитное поле выталкивает воду, а она у нас и в крови и в мышцах в более чем достаточном количестве содержится.
lamoss
09.04.2018 14:17Я не понял. Как выталкивание воды из крови и мышц коррелирует с нормальными условиями?
egigd
09.04.2018 15:10Вода не выдавливается из крови. Кровь и есть вода «чуть менее чем полностью». Равно как и другие части человека (за исключением разве что костей и зубов).
Т.е., грубо говоря, у нас получится скелет в невесомости, а все мягкие ткани и биологические жидкости будут воспринимать градиент магнитного поля также само, как гравитационное поле.
Wizard_of_light
10.04.2018 21:28+1Подозреваю, опыт с лягушкой в магнитном поле прошёл мимо вас. Тут гравитационное притяжение скомпенсировали диамагнитным отталкиванием. На человеке, к сожалению, эксперимент не проводили, но только потому, что пока не существует достаточно большого магнита, создающего поле такой силы. Лягушки и мыши не пострадали.
andrey_aksamentov
09.04.2018 04:07Нужно придумать магнит который будет притягивать жидкость и всего то.
Расположить такие магниты в разные места корабля и управлять ими в зависимости от ускорения.
А вообще на земле еще много не решенных проблем, куда там космос.
vintage
09.04.2018 08:43А какие есть недостатки у вращающейся станции, что этот метод создания веса никто сейчас не применяет?
black_semargl
09.04.2018 10:52Потому что основной смысл орбитальной станции — это эксперименты в невесомости.
Вот для межпланетного корабля или окололунной станции невесомость действительно уже без надобности.Lissov
09.04.2018 16:11Я бы ещё добавил, что технически сделать часть станции вращающейся а часть нет — это пока фантастика.
Кроме того есть ещё одна проблема — прочность. Станции (вроде МКС) достаточно хрупкие (что-бы быть легкими, дешевле выводить и собирать), с нагрузкой в 0.5 или 1g нужна совсем другая конструкция.egigd
09.04.2018 16:20Нет ничего фантастического во вращающемся герметичном сочленении. Их давным давно делают.
Другое дело, что оно будет требовать обслуживания (либо вакуумное масло доливать нужно будет, либо эластичные уплотнители время от времени менять) и будет создавать трение, из-за которого придётся всё время тратить часть энергии на поддержание вращения. Но это не что-то, что делало бы такую затею фантастикой. Имеются проекты установки маленькой центрифуги для сна космонавтов на МКС. Но из-за малого размера экономически возможной центрифуги смысл в ней будет небольшой, от того и не делают.Nuwen
09.04.2018 16:31Для герметичного сочленения можно будет использовать ферромагнитную жидкость, как в HDD делают. Ещё можно не делать соединение полностью герметичным, а просто использовать шлюзование при переходе из одной части станции в другую.
egigd
09.04.2018 14:07Вращение должно быть с частотой не более 0,1 Гц, иначе, грубо говоря, у космонавтов будет кружится голова. Это не я придумал, это результаты опытов Института медико-биологических проблем Российской академии наук. Чтобы при 0,1 Гц получить ускорение около 10 м/с^2 (около 1 g) нужна центрифуга диаметром около 50 м. Т.е. весьма и весьма солидных размеров. Хотя уменьшение ускорения до 4 м/с^2, т.е. до марсианской гравитации, позволит при 0,1 Гц использовать всего лишь 20 м центрифугу, тут возникнет другая проблема: на полу будет 4, а на высоте человеческого роста — только 3,3… В общем, нам в любом случае нужна примерно 40-50 м центрифуга, если мы хотим получить нормальную искусственную гравитацию. А сделать центрифугу таких размеров не так-то просто.
Конечно, можно просто привязать к станции противовес и раскрутить эту систему. Но тогда гравитация будет во всём объёме станции, а нам она нужна только в зоне отдыха космонавтов, основной же объём должен быть с невесомостью, т.к. смысл орбитальной станции в экспериментах с невесомостью.QDeathNick
09.04.2018 17:37Что-то не сходится с моими расчётами. При времени оборота 10 секунд и радиусе 50 метров, думаю центробежное ускорение будет сильно больше требуемого.
Радиус R=50 Время T=10 Окружность C=R*2*Pi()=314,15 Скорость V=C/T=31,41 Ускорение Aц=V^2/R=19,73
У кого из нас ошибка в формулах?
egigd
09.04.2018 17:55+1В формулах — ни у кого.
А вот откуда вы взяли радиус 50 м, когда я говорил о диаметре — это интересный вопрос…
inferrna
09.04.2018 10:541. Для дальних путешествий можно сделать спальню-центрифугу, чтобы хотя бы часть суточного времени организм ощущал гравитацию.
2. Эти ребята из статьи просто изучают возможность добычи антиматерии в промышленных масштабах, прикрываясь бреднями о потолке для создания гравитации. На самом деле будет знатная начинка для бомб.
greensky
09.04.2018 13:15Нет ответа, почему NASA отказалось он проекта вращающейся космической станции (а также почему другие страны не попытались сделать что-то подобное).
Насколько я помню лекции и расчеты в институте — проблемы при создании и эксплуатации перевешивают преимущества. Не последней проблемой является неудобство научной работы (астрономического и вообще наблюдательного характера) на этой «карусели».
QDeathNick
09.04.2018 14:21Сколько можно разные силы называть гравитацией? Такое впечатление, что тут не ГТ, а ньюс.майл.ру с соответствующей аудиторией.
egigd
09.04.2018 15:11В данном случае статья говорит о гравитации в самом строгом её определении.
QDeathNick
09.04.2018 15:53В самом строгом было в школе, где чётко разделяли гравитацию и силу тяжести. Тут же в комментариях почти везде эти понятия смешали в кучу, приправив ещё инерционными силами. И если дальше будут применять принцип эквивалентности без оговорок, то народ совсем забудет, что это силы совсем разной природы и свойства у них разные. И так регулярно от народа слышу, что гравитации на мкс нет, так и на уважаемом ресурсе туда же.
ironwool
09.04.2018 15:38Компромиссный вариант — электромагнитная подошва + металлический пол (или наоборот).
Да, это всё ещё будет невесомость, жидкости будут плавать в воздухе пузырём и всё такое прочее.
Но космонавт будет твёрдо стоять на ногах.
Скрытый текстя шучуOllrite888
09.04.2018 18:35Всё правильно, основной смысл орбитальной станции — это эксперименты в невесомости.
Вот для межпланетного корабля или окололунной станции невесомость действительно уже без надобности.
Как раз сейчас американцы хотят построить окололунную станцию, но планируемая конструкция не приспособлена для создания «имитации искусственной гравитации»!!!
Действительно, Lissov прав:«Кроме того есть ещё одна проблема — прочность. Станции (вроде МКС) достаточно хрупкие (что-бы быть легкими, дешевле выводить и собирать), с нагрузкой в 0.5 или 1g нужна совсем другая конструкция».
В основном необходим: новый «Усиленный стыковочный узел», новый принцип стыковки с вращающимися конструкциями, новое устройство навигации для ОКС.
А, вообще, «по большому»: всю электронную начинку и систему СЖО, кроме того, необходимо применять альтернативный источник энергии (например РИТЭГ).
SergeyMax
Почему бы просто не сделать пол в два раза тяжелее, чем потолок? Тогда он тоже нас будет постоянно притягивать вниз.
blik13
Да, только масса пола нужна будет примерно равная массе Земли)))
SergeyMax
А потолок из антиматерии не надо будет массой с Землю делать? Ах, я же забыл, без тега
«лопата»«сарказм» здесь юмор не заходит.qrck13
На самом деле нет. Сила гравитации сильно зависит от плотности материи. Если собрать массу 1 квартала высотных домов, и сжать до 1 кубического сантиметра (получится примерная плотность нейтронной звезды), то у на поверхности этого кубического сантиметра сила гравитации будет уже в разы превышать земную. И это всего «один квартал города».
Тут на самом деле другая проблема — приливные силы. Если подобрать массу так, что бы у поверхности этого пола сила тяжести была 1g, на уровне головы она упадет уже до каких-нибудь 0.25g — т.к. сила гравитации убывает с квадратом расстояния (конкретная цифра все зависит от толщины пола). А это уже нехилая такая приливная сила, которая будет постоянно стремиться разорвать человека на части! Если быть конкретным — будет тянуть голову вверх, а ноги вниз, пытаясь тем самым оторвать голову (шея — самое слабое звено). Порвать не порвет, но проблем с сосудами кровеносными и кровообращением в целом — создаст.
Skerrigan
Ну если создать корабль с хотя бы 0,3g — это уже радикальное улучшение условий на корабле. И разница в абсолютных значениях на части тела не будет на столько сильной.
MatveyK
Про r^2 забыли, притяжение от такого кубика будет действительно сильным на очень маленьком расстоянии!
Nubus
Неа, R идет от центра масс, а не от поверхности. Другая проблема будет в том чтобы эту всю хреновину вообще вывести в космос а потом ускорять куда-либо.
MatveyK
При размере кубика с чайную ложку центр масс на несколько миллиметров отстоит от края, так что всеже r^2, что приводит нас к изначальной мысли: сильная притяжение будет в непосредственной близости от такого кубика, при условии отсутствия других массивных объектов, типа земли
Nubus
Неа. При рассмотрении подобных случаев нужно использовать ОТО, а там уже другие метрики
anprs
Хммм… А сколько на данный момент будет стоить вывести на орбиту один квартал высотных домов?
DrPass
Намного дешевле, чем сжать их до плотности нейтронной звезды
velovich
Ну тут вы что-то перепутали. Тянуть-то в одну сторону будет.
mayorovp
Растягивать человека такая сила будет только когда он находится в свободном падении. До тех пор пока человек стоит на полу — сумма всех сил будет всего лишь неравномерно сжимать человека. Причем сжимающая сила нигде не будет больше чем на поверхности Земли.
IgorKh
Ага, сжимаем квартал домов до маленького кубика, отправляем все это в космос и получаем аналог железного пола и магнитных ботинок, передвигаться может и привычнее, но все отрицательные эффекты отсутствия гравитации сохраняются.
vics001
Вроде, 10^12 кг хватит в отличие от 5*10^24 кг, расстояние от центра — меньше.