На этой фотографии запечатлен запуск ракеты Electron компании Rocket Lab в 2018 году со стартового комплекса 1 в Новой Зеландии. Ракеты преобразуют топливо в энергию и тягу, выбрасывая его и теряя массу по мере ускорения. В результате формула F = ma оказывается слишком упрощенной для расчета ускорения ракеты, но даже самые большие и мощные современные ракеты могут поддерживать ускорение не более 8–10 минут. Источник: Trevor Mahlmann / Rocket Lab
1 g — это ускорение свободного падения на Земле: 9,8 м/с2. Если бы космический корабль постоянно ускорялся с таким темпом, вот как далеко мы могли бы забраться.
Здесь, на Земле, мы ускоряемся к центру нашей планеты с постоянной величиной: 9,8 м/с2. И хотя космические корабли регулярно достигают этого ускорения и даже превышают его, это носит временный характер и длится максимум несколько минут.
Однако, если бы мы смогли разработать технологию, позволяющую создавать непрерывную тягу для ускорения в течение длительного времени, мы могли бы постепенно достигать колоссальных скоростей и, соответственно, преодолевать огромные расстояния в рамках космических путешествий.
Хотя сначала космический аппарат будет двигаться медленно, его скорость будет неуклонно расти: он выйдет на межпланетный, затем межзвездный и, в конечном итоге, межгалактический уровень по мере приближения к релятивистским скоростям. Вот насколько впечатляюще далеко мы могли бы улететь.
Здесь, на Земле, мы постоянно испытываем воздействие земной гравитации: 1 g, или 9,8 м/с2.
На этом изображении показан человек в свободном падении вблизи поверхности Земли. Он по‑прежнему ускоряется к центру Земли с ускорением 1 g, но на него не действует сила реакции опоры. В результате, в те краткие мгновения, пока сделан этот снимок и пока он не упадет в воду, он фактически испытывает невесомость. Источник: общественное достояние
Здесь два астронавта, испытывающие невесомость на борту Международной космической станции, вместе демонстрируют закон сохранения момента импульса. Как следствие симметрии вращательной инвариантности, астронавт вращается быстрее только потому, что к нему приложен крутящий момент от тела другого астронавта. Количество момента импульса, переданное вращающемуся астронавту, компенсируется равным и противоположным количеством момента импульса, передаваемого обратно системе «другой астронавт — МКС». Источник: NASA / Международная космическая станция
Пока есть ускорение, ощущения астронавта неотличимы от гравитации.
Идентичное поведение мяча, падающего на пол в ускоряющейся ракете (слева) и на Земле (справа), является демонстрацией принципа эквивалентности Эйнштейна. Если инертная и гравитационная массы идентичны, между этими двумя сценариями не будет никакой разницы. Это было подтверждено с точностью до ~1 части на триллион для вещества с помощью экспериментов на крутильных весах, и именно эта мысль (Эйнштейн называл ее «своей самой счастливой мыслью») привела его к созданию общей теории относительности. Недавно эксперимент ALPHA‑g подтвердил, что это справедливо и для антивещества. Источник: Markus Poessel / Wikimedia commons; доработано Pbroks13
Запуск «Аполлона-17», девятой и последней пилотируемой миссии на Луну в рамках программы «Аполлон», также стал первым ночным стартом ракеты «Сатурн-5», который состоялся 7 декабря 1972 года. «Сатурн-5» остается самой тяжелой ракетой‑носителем в истории, способной выводить на низкую околоземную орбиту самые большие массы среди всех когда‑либо созданных ракет. Источник: NASA
В то время как частицы обычного вещества и антивещества могут двигаться только со скоростью света (если они безмассовые) или ниже нее (если они обладают массой), существует еще одна возможность: наличие отрицательного энергетического состояния или состояния с мнимой массой — тахионного состояния. Если эта математическая возможность физически реализуется в нашей Вселенной, то сверхсветовые путешествия станут неизбежностью. Источник: Christian Ortiz / flickr
Если бы космический аппарат никогда не исчерпал свое топливо и непрерывно ускорялся с темпом 1 g, мы могли бы отправиться куда угодно.
Если бы вы сели в космический корабль и ускорялись с ускорением 1 g (земное ускорение) на протяжении всего полета, вы могли бы достичь почти скорости света всего за несколько лет ускорения. По мере того как ваша скорость все больше приближалась бы к скорости света, эффекты релятивистского замедления времени становились бы все более выраженными. Теоретически, расстояния во много световых лет можно было бы преодолеть за субъективное время, намного меньшее года, но необходимо считаться и с массой реалистичных источников топлива. Источник: P. Fraundorf/Wikimedia Commons
Марс при максимальном сближении достижим через 1 день, 5 часов и 42 минуты.
Марс, как и большинство каменистых миров в Солнечной системе, покрыт кратерами и имеет богатую историю столкновений. Несмотря на то, что марсианская атмосфера хорошо видна с орбиты, она очень разрежена: ее толщина составляет всего 1/140 от толщины земной атмосферы, а масса — менее 1/200 от массы земной атмосферы. При нынешних технологиях гравитация выполняет большую часть работы при путешествии на Марс, но сам полет занимает несколько месяцев. Источник: NASA / орбитальный аппарат Viking 1
Мы бы достигли конца пояса Койпера — обрыва Койпера чуть более чем через 2 недели.
Пояс Койпера начинается на границе орбиты Нептуна (30 а. е.) и простирается, будучи населен миллионами ледяных объектов, оставшихся со времен формирования нашей Солнечной системы, до расстояния около 50–55 а.е., где популяция объектов резко обрывается: это явление астрономы называют обрывом Койпера. Источник: NASA
Через 4 недели мы бы обогнали «Вояджер-1», самый удаленный от нас искусственный космический аппарат на сегодняшний день.
В 1977 году космические аппараты NASA «Вояджер-1» и «Вояджер-2» начали свое путешествие по Солнечной системе для посещения планет‑гигантов. Теперь «Вояджеры» мчатся через неизведанные территории за пределы нашей Солнечной системы. Попутно они исследуют межзвездную среду — таинственное пространство между звездами, заполненное остатками давно погибших звезд. «Вояджер-1» стал самым удаленным от Земли космическим аппаратом в 1998 году, и ни один другой запущенный на сегодняшний день аппарат не имеет шансов его догнать. Источник: NASA, ESA и G. Bacon
Иллюстрация внутреннего и внешнего облака Оорта, окружающих наше Солнце. В то время как внутреннее облако Оорта имеет форму тора, внешнее — сферическую. Истинные размеры внешнего облака Оорта могут быть меньше 1 светового года или превышать 3 световых года: здесь существует большая неопределенность. Любой массивный объект, проходящий через облако Оорта, имеет значительные шансы возмутить объекты в его окрестностях. Источник: Pablo Carlos Budassi / Wikimedia Commons
Через 1 год и 7 месяцев мы бы покинули внешнее облако Оорта на скорости 92% от скорости света.
Логарифмическая диаграмма расстояний, на которой показаны планеты, космические аппараты «Вояджер», облако Оорта и ближайшая к нам звезда — Проксима Центавра. Если бы у нас был космический аппарат, способный непрерывно ускоряться и выдерживать релятивистские столкновения с частицами межпланетной и межзвёздной среды, то, покинув Солнечную систему, мы бы встретили первые три ключевые «вехи» пройденного расстояния: «Вояджер-1», облако Оорта и Проксиму Центавра. Источник: NASA/JPL‑Caltech
Звезды Альфа Центавра (вверху слева), включая A и B, являются частью той же тройной звездной системы, что и Проксима Центавра (обведена кружком). Это три ближайшие к Земле звезды, и они находятся на расстоянии от 4,2 до 4,4 световых лет от нас. Альфа Центавра (слева) и ее немного более тусклый, но гораздо более удаленный сосед, Бета Центавра (справа), находящаяся почти в 400 световых годах, легко различимы в южном небе. Проксима Центавра, самая близкая, слишком тусклая сама по себе, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом. Источник: Skatebiker / Wikipedia
Центр Галактики, находящийся на расстоянии 26 000 световых лет, потребует чуть меньше 11 лет пути.
Космическая миссия Gaia Европейского космического агентства составила карту трехмерного положения более чем одного миллиарда звезд в нашей галактике Млечный Путь — больше, чем когда‑либо ранее, а также многих звезд в достаточно близких галактиках. Глядя в центр Млечного Пути, Gaia выявляет как поглощающие свет, так и светящиеся структуры, которые научно и визуально увлекательны, но не может увидеть нашу центральную черную дыру, находящуюся на расстоянии 26 000 световых лет, из‑за промежуточного вещества. Источник: ESA / Gaia / DPAC
До Андромеды, удаленной на 2,5 миллиона световых лет, путь займет в сумме 15 лет.
Этот полномасштабный вид галактики Андромеды, M31, демонстрирует ее зоны звездообразования, выстроившиеся вдоль спиральных рукавов, пылевые полосы и центральную область, бедную газом. В отличие от Млечного Пути, у Андромеды нет выраженной центральной перемычки (бара). Это изображение является довольно точным приближением того, что увидели бы человеческие глаза, если бы могли различить эти детали в Андромеде, которая является крупнейшей галактикой в Местной группе и единственной, более массивной, чем Млечный Путь. Источник: Adam Evans / flickr
Скопление Волос Вероники, находящееся на расстоянии 321 миллиона световых лет, достижимо через 20 лет.
Скопление галактик Волос Вероники, видимое в композитном изображении с современных космических и наземных телескопов. Инфракрасные данные получены с космического телескопа «Спитцер», а наземные данные — из Слоановского цифрового обзора неба. В скоплении Волос Вероники доминируют две гигантские эллиптические галактики, а внутри него находится более 1000 других спиральных и эллиптических галактик. Эллиптические галактики, лишенные газа, «красные и мертвые», очень распространены, особенно по направлению к центру скопления. Скорости галактик внутри скопления можно использовать для определения общей массы скопления, что в 1930-х годах дало нам первые доказательства существования темной материи. Источник: NASA / JPL‑Caltech / L. Jenkins (GSFC)
Все пункты назначения в пределах достижимой Вселенной могут быть достигнуты максимум за 25 лет.
Размер нашей наблюдаемой Вселенной (желтый) и объем, которого мы можем достичь (пурпурный), если отправимся в путь сегодня со скоростью света. Предел наблюдаемой Вселенной составляет 46,1 миллиарда световых лет, так как это расстояние, на котором оказался бы объект, испустивший свет, который только достигает нас сегодня, после того как он удалялся от нас в течение 13,8 миллиарда лет из‑за расширения пространства. Все, что происходит прямо сейчас в радиусе 15–18 миллиардов световых лет от нас, в конечном итоге достигнет нас и повлияет на нас; все, что находится за этой точкой — нет. Каждый год еще ~20 миллионов звезд пересекают порог от «достижимых» к «недостижимым». Источник: Andrew Z. Colvin и Frederic Michel, Wikimedia Commons; Аннотации: И. Сигел
Рубрика «Mostly Mute Monday» («Преимущественно немой понедельник») рассказывает астрономическую историю в картинках и визуальных образах, используя не более 200 слов.
нет, скорость света постоянна во всех системах отсчёта. С точки зрения космонавтов уменьшается расстояние. А с точки зрения Земли замедляются корабельные часы.
Влупиться в гплпктику на скорости 0.99999с то ещё приключение.
приключения начнуться намного раньше , например, при столкновении нашего космического корабля с межгалактическим облаком водорода ... на такой скорости это сулит "проблемы"
Поэтому прямоточный двигатель типа Бассарда становится не роскошью, а средством выживания. Большое сверхпроводящее кольцо вокруг корабля плюс мощный лазер/мазер/фигазер, испаряющий и превращающий в плазму всё, что грозит лобовым ударом об корпус.
На 2 умножать не надо, потому что ускориться выше “с” не получится. Если, условно, вы ускоряетесь до “с” за год, потом 10 лет летите, на торможение вам тоже год “всего” потратить придётся.
так наоборот же: протоны стабильны (ну как минимум среднее время жизни превышает 1е32 лет), а нейтроны стабильны только в атомных ядрах, а в свободном состоянии среднее время жизни около 15 минут
Злым языкам стоило бы полистать школьный учебник физики, раздел про основы теории относительности и преобразования Лоренца. В данном случае его вполне достаточно.
Ну что у летящего головой вперёд космонавта голова из прошлого, а попа из будущего - действительно выглядит как магия. Особенно если он вращается вокруг вертикальной оси: при определённом соотносшении скорости полёта и вращения вы увидете космонавта который повёрнут к вам и лицом и попой одновременно (в вашей системе отсчёта)! Разве это не магия?
Свет в каждой точке движется с локальной скоростью света, в т.ч. в неинерциальных СО. Вот на длинной траектории измеренное значение может отличаться от скорости света в вакууме, но этот эффект вызван ускоренным движением источника и/или приёмника и невозможностью синхронизации их часов, а не изменением самой скорости света. Собственно, это один из способов определения ускоренного движения и/или гравитации, используется например в волоконно-оптических гироскопах.
Свет в каждой точке движется с локальной скоростью света
Свет всегда движется со скоростью света, ваш КО.
Но не всегда скорость света равна константе С. Причины, да вы описали правильно, но это не меняет факта, скорость света становится больше или меньше С. И следствия не меняются: выше этой “локальной” скорости света ничто двигаться не может.
Со скоростью С свет в вакууме движется только в локально-инерциальной системе отсчёта
.jpg){kind=link}
.jpg){kind=link}
NeoCode2
Глупость конечно, но тоже типа антропного принципа - все пункты видимой Вселенной доступны за время в рамках активной человеческой жизни:)
avshkol Автор
Здесь, правда, нужно
делитьумножать на 2: чтобы куда-то попасть, сначала мы ускоряемся с 1g, а потом тормозим с 1g...vanxant
Да, не указано время на торможение. Влупиться в гплпктику на скорости 0.99999с то ещё приключение.
Ну и да, на Земле, пока мы летим к Андромеде, пройдут миллионы лет
Diacut
Это надо сначала на Землю вернуться, чтобы часы сверить.
И в самом деле, летим к андромеде с 1g, тормозим посередине, так же возвращаемся. Сколько получится?
Diacut
Не дождался, вспомнил, что ЛЛМ существуют.
2.54 млн св. лет :
Собственное время корабля (туда)≈28.6 лет
Собственное время корабля (туда-обратно)≈57 лет
Время на Земле (туда)≈2.54 млн лет
Время на Земле (туда-обратно)≈5.1 млн лет
Максимальная скорость (в середине пути)≈≈0.9999999999997c (отличие от cc на ∼3×10−13)
Однако.... 5 миллионов лет...
sappience
Это ж сколько квартплаты накапает?
Diacut
Довольно пессимистичный взгляд на ситуацию. Квартиру сдать, деньги в банк. Это сколько процентов набежит?
ksbes
Коллекторы - не догонят!
old_bear
главное перед отлётом хорошенько закрыть водопроводный кран, ЕВПОЧЯ
damirg
если
то тут скорость не 0.99999с, тут получается около 15 млн. световых скоростей..) Тут, я так понял, нет ограничения, а всегда ускорение 1g.
vanxant
нет, скорость света постоянна во всех системах отсчёта. С точки зрения космонавтов уменьшается расстояние. А с точки зрения Земли замедляются корабельные часы.
ababich
приключения начнуться намного раньше , например, при столкновении нашего космического корабля с межгалактическим облаком водорода ... на такой скорости это сулит "проблемы"
avshkol Автор
Да, здесь задача - замечать на пути все облака, звезды, планеты, астероиды и облетать их...
(Хм, а скопления темной материи? А то нечаянно может получиться эксперимент по ее обнаружению...)
vanxant
С обычным веществом она взаимодействует исключительно слабо:)
avshkol Автор
Но не было же эксперимента, когда обычное вещество было разогнано до 0,99 скорости света?
ksbes
Как не было? Было и много. Ультрарелятивисткие джеты - явление, конечно редкое, но дажеко не единичное!
Да и у нас на коолайдерах “обычные” протоны-ионы с какими скоростями гоняют-то?
avshkol Автор
Ультрарелятивистские джеты случаются далеко и их нельзя исследовать в лаборатории ведь?
Протоны на коллайдере имеют низкий шанс натолкнуться на тёмную материю, поскольку она ведь не создаёт "тёмных планет"...
vesper-bot
на БАКе масс-фактор протонов около 7000 максимум, это вполне себе “ультрарелятивистские” потоки частиц.
vanxant
Поэтому прямоточный двигатель типа Бассарда становится не роскошью, а средством выживания. Большое сверхпроводящее кольцо вокруг корабля плюс мощный лазер/мазер/фигазер, испаряющий и превращающий в плазму всё, что грозит лобовым ударом об корпус.
Diacut
Интуиция подсказывает, что тут не двойка получится. Но утверждать не могу.
vesper-bot
Двойное время до половины дистанции, вместо двойного времени до целой дистанции.
Luis2
Если добавить торможение, то время для экипажа при полете к Андромеде вырастет примерно до 28 лет в один конец
RulenBagdasis
На 2 умножать не надо, потому что ускориться выше “с” не получится. Если, условно, вы ускоряетесь до “с” за год, потом 10 лет летите, на торможение вам тоже год “всего” потратить придётся.
Maximka200
https://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/Rocket/rocket.html я нашёл источник. Там подсчитано: время с учётом торможения, масса топлива и другие параметры полёта релятивистской ракеты. Формулы там тоже выведены, по ним можно проверить числа из статьи (у меня всё сошлось).
Также сделан подсчет для Ньютоновской вселенной.
Dmitrsha01
Эмбрионам в дьюаровых термосах и 10g не проблема, а иначе как от всяких джетов укрывать весь потребный объём?
Магнитное поле действует на протоны, но они стабильны только в атомных ядрах. А от нейтронов нужны тонны воды
Oncenweek
так наоборот же: протоны стабильны (ну как минимум среднее время жизни превышает 1е32 лет), а нейтроны стабильны только в атомных ядрах, а в свободном состоянии среднее время жизни около 15 минут