Sterrekunde

Waarom laat swaartekrag die tyd stadiger verloop en word dit ligter?

Waarom laat swaartekrag die tyd stadiger verloop en word dit ligter?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ek weet dat voorwerpe met baie swaartekrag lig kan verdraai of tyd kan vertraag (byvoorbeeld 'n swart gat). Ek weet ook dat dit te wyte is aan die relatiwiteitsteorie, maar ek het iemand nodig om dit uit te brei en te verduidelik waarom / hoe dit werk.

Skryf ook die antwoord in 'n bietjie eenvoudige terme, want ek is (nog) nie 'n kenner van hierdie dinge nie :)


Soms is dinge wat ons as verskillend beskou, net verskillende vorms van dieselfde ding. Elektriese velde en magnetiese velde is vorms van mekaar. Daarom noem ons dit nou die elektromagnetiese krag.

Net so is energie en massa ook net verskillende vorms van dieselfde ding. Ons kan dit selfs omskakel. E = mc ^ 2 ...

En volgens wat ek verstaan, is ruimte en tyd ook aan mekaar verbind. Dit word dus ruimtetyd genoem. As u so daaraan wil dink, werk swaartekrag deur die ruimte te verdraai, soos 'n swaar marmer wat op 'n sagte deken sit. Die donsige kombers is ruimtetyd. Die swaar marmer is 'n swart gat of 'n ander super massiewe voorwerp. Dus gaan die lig nog steeds "reguit" langs die ruimte (die sagte deken), maar dit is gebuig omdat die kombers gebuig is. (Waarskuwing: dit is hier waar ek lig konsentreer as 'n golf, nie fotonpakkette nie. Dit is eintlik albei.) En as swaartekrag die ruimte buig, buig dit natuurlik ook tyd, want ruimte-tyd word op een of ander manier as dieselfde stof verbind.


Waarom verdraai die ruimtetyd massa?

Dit is 'n fundamentele beperking van die wetenskaplike metode; dit is redelik swak om & quotwhy & quot vrae te beantwoord. Die probleem is basies watter soort antwoorde die vraesteller op hul & quotwhy & quot-vraag wil hê.

Soms wil die vraag van 'n & quotwhy & quot-vraag 'n wetenskaplike antwoord hê, wat beteken dat die vraag in terme van een wetenskaplike teorie moet wees en dat die antwoord in terme van 'n ander, meer fundamentele, wetenskaplike teorie moet wees. Dit beteken dat u antwoorde kan kry op & quotwhy & quot vrae oor Newtoniaanse swaartekrag deur GR te verduidelik, aangesien GR 'n meer fundamentele teorie is as Newtoniaanse swaartekrag. Dit beteken egter ook dat dit inherent onmoontlik is om vrae oor fundamentele teorieë te beantwoord. Ons gebruik ons ​​fundamentele teorieë om ander teorieë te verklaar; ons het nie 'n verklaring daarvoor nie, behalwe as dit by die gegewens pas.

Vraer wil die vraag van 'n & quotwhy & quot-vraag 'n soort filosofiese antwoord hê wat in elk geval nie hier hoort nie.

Die enigste ander keer wat ek kan dink waar u 'n & quotwhy & quot-vraag kan beantwoord, is wanneer u 'n meer fundamentele teorie het wat die oorspronklike teorie ten grondslag lê.

Eintlik kan u altyd vra & quotwhy & quot, en as u 'n antwoord kry, kan u weer & quotwhy & quot vra.

Op 'n stadium moet u stop omdat u die mees fundamentele rede bereik het & quotwhy & quot.

Daar is egter (van nou af) geen meer fundamentele teorie waarop GR gebaseer is nie, so daar is geen antwoord van hierdie tipe nie.

Goed, ek het geen idee waaroor ek praat nie, maar ek probeer dit verstaan. Ek dink elke element lyk slegs skeef vanuit die perspektief van ander elemente van die superposisie van die golffunksie van elke struktuur binne die stelsel. As u dus dinge vanuit die massa-strukture beskou, lyk die ruimtetyd-elemente skeefgetrek. Ek is seker dat as u dit vanuit die ander perspektiewe sou bekyk, die massa skeef sou lyk. Moenie na my luister nie, ek het geen idee waarvan ek praat nie. Ek is seker dat ek ten minste 'n orde van grootte of dimensie is om dit nie te kan begryp nie. :)

Edit: Ek dink 'n meer akkurate rede is dat swaartekrag en versnelling dieselfde kan beskou word, in ooreenstemming met wat ons in ruimtetyd kan meet en waarneem, uit die verwysingsraamwerke om te weet dat ons teorieë in daardie rame eksperimenteel bewys is. Ek dink die trein van logika is iets langs daardie pad. Daar is waarskynlik rame waarin die massa nie die ruimte verdraai nie, maar iets anders sal moet gee, en ons kan waarskynlik nooit vanuit die rame waarneem nie.

Jammer, maar ons laat nie spekulatiewe of persoonlike teorieë hier plaas nie.

Gaan voort as u vrae wil vra oor konvensionele fisika. Hier is egter my teorie, wat is fout daarmee? & Quot kan nie een daarvan wees nie.

Alhoewel dit as sy eie idee verwoord word, is dit nie so nie. Ek het gehoor Einstein word toegeskryf aan hierdie soort interpretasie in sommige van die wetenskaplike kanaalprogramme, soos Through the Wormhole (of een daarvan). Ek kon nog nooit 'n tegniese bespreking vind oor waar hierdie interpretasie vandaan kom nie, of as Einstein ooit iets dergeliks gesê het nie, maar ek wou dit net daar uitsprei dat hierdie redenasie so gewerk het in die nie-tegniese wetenskap-hoofstroom . Dit is min of meer soos hierbo beskryf: elke voorwerp het 'n & kwototale snelheid & quot van c deur ruimte en tyd. Fotone beweeg geheel en al langs die ruimteas, en al die ander het 'n vektor met komponente in ruimte en tyd, wat in verhouding volgens relatiwiteit verander, maar altyd 'n grootte van c handhaaf.

Miskien kan ons die aflewering van RotatingFrame afwys en dit as 'n vraag beskou: is daar enige geldigheid aan die interpretasie?

Alhoewel daar geen werklike wetenskaplike antwoord op u vraag is nie, bied die stringteorie interessante insigte. [Die massa en die ekwivalent daarvan, swaartekrag, kan die ruimte beïnvloed, en die relatiewe tydsverloop is ook een van die diepste bevindings van alle tye. Dit is ronduit 'mal' op grond van ons alledaagse intuïsies.]

In die stringteorie is fundamentele komponente van deeltjies, snare, vibrerende energiewyses. Dit blyk dat hierdie wisselwerking het met die grade van vryheid, of geometriese dimensies, waarin ons almal verkeer. Verskillende groottes en vorms van addisionele afmetings kan wiskundig geassosieer word met verskillende eienskappe van stringe: wisselende vibrasiepatrone stem ooreen met dinge soos deeltjiegrootte, lading, draai wat ons makroskopies waarneem.

Dus snare en meetkunde, ruimtetyd, is analoog aan massa / energie in die algemene relatiwiteit. Dit bied 'n paar insigte, miskien, nie net die massa nie, maar ook energie en die momentum se digtheid van die ruimtetyd.

Ek het Brian Greene se boek FABRIC OF THE COSMOS, waarin hy versnelling met behulp van bogenoemde konsepte verduidelik. Ek het dit as EEN perspektief nuttig gevind, maar dit lyk onder sommige ongewild. Ek het dit nuttig gevind as ek die eerste keer na ligkegels gaan. Ek sien nie veel verskil nie.

Ek vind die beskrywing van Greene hierbo in die lyn van die 'rubberplaat'-analogie vir swaartekrag. [wat Greene onmiddellik in sy boek bespreek] of die 'ballon-analogie' vir kosmologie, nuttig as perspektief, maar dit kom almal met beperkings.

Beslis. Afhangend van wat hierdie 4-snelheid eintlik beteken en as ons dit reg interpreteer, sal ons spesiale relatiwiteit kan voorspel.

Al het dit niks, of amper niks, met swaartekrag te doen nie.

Brian Greene gebruik eintlik so 'n taal, maar (soos u in sy boeke kan sien) het dit niks met & quotwarps & quot (dws swaartekrag) te doen nie. Hy gebruik dit om tyddilatasie en ander SR-verskynsels te verklaar. Hier is 'n aanhaling uit & quotThe fabric of the cosmos & quot.

Ek dink hierdie manier om daarna te kyk, is gewild gemaak deur Brian Greene. Hy gebruik dit in beide & quotThe elegant universe & quot en & quotThe fabric of the cosmos & quot. Die tegniese verklaring (in eenhede soos c = 1, en met 'n - ++++ handtekening) is as volg.

In my eie rusraam val my wêreldlyn saam met die tydas. Die raaklyn aan my wêreldlyn is dus in die rigting 0 (asse genommer van 0 tot 3, met & kwotasie & quot 0). Elke vektor van die vorm
$ beginr 0 0 0 einde$ waar r 'n reële getal is, is 'n raaklynvector vir die wêreldlyn. Die raakvector met Minkowski & quotnorm & quot -1 (-c vir diegene wat nie c = 1 stel nie) word my genoem viersnelheid. Ek sal die koördinaatmatriks in u eie rusraam deur u aandui. Ons het
$ u = begin1 0 0 0 einde, qquad u ^ 2 = u ^ T eta u = begin1 & amp 0 & amp 0 & amp 0 end begin-1 & amp 0 & amp 0 & amp 0 0 & amp 1 & amp 0 & amp 0 0 & amp 0 & amp 1 & amp 0 0 & amp 0 & amp 0 & amp 1 end begin1 0 0 0 einde=-1.$
Greene noem ## sqrt <-u ^ 2> ## die spoed deur ruimtetyd. Ons het ## sqrt <-u ^ 2> = 1 ##. As ons faktore van c herstel, is dit ## sqrt <-u ^ 2> = c ##. (Greene gebruik die metrieke handtekening + --- in plaas van - ++++, so as hy dit doen, kry hy ## u ^ 2 = c ^ 2 ##, en is dit dus in staat om die spoed deur die ruimtetyd as # te skryf # sqrt##. Sy ## u ^ 2 ## is gelyk aan my ## - u ^ 2 ##).

Laat ons my vier snelheid verhoog na die resraam van 'n waarnemer wat snelheid -v in my koördinaatstelsel het. Ek moet snelheid v in syne hê.
$ u '= Lambda (-v) u = gamma begin1 & amp v ^ 1 & amp v ^ 2 & amp v ^ 3 v ^ 1 & amp * & amp * & amp * v ^ 2 & amp * & amp * & amp * v ^ 3 & amp * & amp * & amp * end begin1 0 0 0 einde= gamma begin1 v ^ 1 v ^ 2 v ^ 3 end$ Die sterretjies dui matrikse-elemente aan wat irrelevant is vir wat ons hier doen. As iemand omgee, is dit die komponente van die 3 × 3-matriks
$ frac <1> < gamma> I + links (1- frac 1 gamma regs) frac. $ Die snelheidskomponente kan soos volg bereken word:
$ frac= frac= frac < gamma v ^ i> < gamma> = v ^ i. $ Soos verwag, is my snelheid in die nuwe koördinaatstelsel minus die snelheid van die boost. Hierdie resultaat is die rede waarom die genormaliseerde raakvector die vier-snelheid genoem word.

Die wêreldlyn is die omvang van 'n kromme ## C: mathbb R tot M ## waar M Minkowski ruimtetyd is. Die voorstelling daarvan in 'n globale koördinaatstelsel ## x: M tot mathbb R ^ 4 ## is die kromme ## x circ C: mathbb R tot mathbb R ^ 4 ##. Die wêreldlyn word gesê parametrized deur die regte tyd as die kurwe C wat ons gebruik om dit voor te stel, die eienskap het dat vir elke punt p op die wêreldlyn die getal ## tau ## sodanig is dat ## C ( tau) = p ## die regte tyd is die kromme van C (0) na p. So 'n C het die voordeel dat die viervektor met komponente ## (x circ C) ^ mu <> '(t) ## outomaties genormaliseer word. As y dus my rusraam is en x die koördinaatstelsel is waarna ons hierbo getransformeer het, het ons ## u ^ mu = (y circ C) ^ mu <> '( tau) ## en ## u '^ mu = (x circ C) ^ mu <>' ( tau) ##. Dit is konvensioneel om ## (x circ C) ^ mu ( tau) ## deur ## dx ^ mu / d tau ## aan te dui, dus het ons
$ u '^ mu = frac$ Laat ons nou die feit gebruik dat ## u ^ 2 ## Lorentz onveranderlik is.
$ -1 = u ^ 2 = u '^ 2 = - (u ^ 0) ^ 2 + (u ^ 1) ^ 2 + (u ^ 2) ^ 2 + (u ^ 3) ^ 2 = - left ( frac

regs) ^ 2 + som_^ 3 links ( frac right) ^ 2. $ Laat ons hierdie resultaat manipuleer met 'n nie-streng fisikuswiskunde. (Hierdie dinge kan natuurlik streng gemaak word).
begin
& amp frac
= sqrt <1+ som_^ 3 links ( frac regs) ^ 2>
& amp frac
= frac <1> < sqrt <1 + som_^ 3 links ( frac regs) ^ 2 >>
& amp1 = links ( frac
regs) ^ 2 links (1+ som_^ 3 links ( frac regs) ^ 2 regs = = links ( frac
regs) ^ 2 + som_^ 3 links ( frac
regs) ^ 2.
einde Greene noem die vierkantswortel van die eerste term die spoed deur tyd en die vierkantswortel van die tweede term die spoed deur die ruimte. (Dit is volgens aantekening 6 vir hoofstuk 2 (p. 392) van & quotThe elegant universe & quot). Dit stel hom in staat om te sê dat 'n toename van die snelheid deur die ruimte gepaard moet gaan met 'n afname in die snelheid deur die ruimte.


Hoe swaartekrag tyd verander: die effek wat bekend staan ​​as swaartekragtydverspreiding

Het u die film Interstellar gekyk en u afgevra hoe iets daarvan moontlik is? Dit is verbasend om te begryp dat een uur op een planeet kan verbygaan terwyl daar sewe jaar op die aarde verbygaan.

Die verduideliking kom neer op wat wetenskaplikes Gravitational Time Dilation noem. Hierdie effek meet die hoeveelheid tyd wat verloop het tussen twee gebeure deur waarnemers op verskillende afstande van 'n swaartekragmassa. Met ander woorde, tyd loop stadiger waar swaartekrag die sterkste is, en dit is omdat swaartekrag ruimte-tyd buig.

Dink daaraan so - tyd volg 'n eenvoudige vergelyking:

Spoed = afstand / tyd

Lig (in hierdie geval, spoed) is altyd konstant en beweeg met 'n snelheid van 180,000 myl per sekonde. Stel u twee ligstrale voor: een in a swak swaartekragveld wat tussen punte a en b beweeg, en die ander in a sterk gravitasieveld wat tussen punte c en d beweeg.

Die pad tussen c en d is langer as gevolg van die buiging van ruimte en tyd, dus dit neem langer voordat lig tussen die twee punte beweeg. Hierdie effek is deur verskeie eksperimente bewys en word gebruik om iets wat die meeste van ons byna elke dag gebruik, uit te voer en te onderhou: GPS.

GPS (Global Positioning System) -satelliete is ongeveer 12 550 myl bo die aarde se oppervlak geplaas en is dus nie so naby die aarde se swaartekragveld nie. Die horlosies op hierdie satelliete tik vinniger as die horlosies op die aarde se oppervlak, dus het wetenskaplikes 'n regstelling in die satellietprogramme aangebring om te verseker dat die GPS-data wat na die aarde se oppervlak teruggestuur word, ooreenstemmende tye het. Sonder hierdie regstelling sou GPS-satelliete nie die nuttige instrument wees wat ons weet nie.

Hoop u dat Gravitational Time Dilation u sal help om langer te lewe as u besluit om na 'n verre planeet met 'n sterk swaartekragveld te reis? Al sou dit moontlik wees (en dit is nie met ons huidige tegnologie nie), sal u net langer lewe in verhouding tot die aarde. Mense het nog net 'n lewensduur van 70 - 100 jaar.

As ons ons sonnestelsel en die planeet met die grootste swaartekragmassa, Jupiter, bekyk, hoeveel langer kan ons verwag om relatief tot die aarde te leef as ons daarheen sou kon trek? Volgens Neil deGrasse Tyson sal dit net 'n paar minute duur.


Aan die begin van die 20ste eeu het 'n jong Duitser genaamd Albert Einstein (1879 - 1955) nagedink oor die snelheid van die lig. Hy het hom voorgestel dat hy in 'n ruimteskip gesit het wat op die snelheid van die lig gereis het terwyl hy in 'n spieël voor hom gekyk het.

As u in 'n spieël kyk, word die lig wat van u af gebons het, deur die oppervlak van die spieël na u toe weerkaats, dus sien u u eie weerkaatsing.

Einstein besef dat as ons die ruimteskip ook met die ligspoed beweeg, ons nou 'n probleem het. Hoe kon die lig van u ooit die spieël bereik? Beide die spieël en die lig van u af beweeg teen die spoed van die lig, wat sou beteken dat die lig die spieël kan inhaal en dus nie 'n weerkaatsing sien nie.

Maar as u u kan weerspieël, sal dit u waarsku dat u teen 'n ligte spoed beweeg en dus die Galileo en die relatiwiteitsbeginsel verbreek. Ons weet ook dat die ligstraal kan versnel om die spieël vas te vang, aangesien die ligspoed konstant is.

Iets moet gee, maar wat?

Spoed is gelyk aan afstand afgelê deur die tyd wat geneem is. Einstein besef dat as die snelheid nie verander nie, dit afstand en tyd moet verander.

Hy het 'n gedagte-eksperiment ('n suiwer opgemaakte scenario in sy kop) geskep om sy idees uit te toets.


Hoe Warp Speed ​​werk


NASA
'N Kunstenaar se weergawe van hoe 'n skeepsreis vir 'n ruimtereisiger kan lyk.

Aan boord van die ruimteskip Enterprise hang u saam met die bemanningslede en geniet u 'n potjie poker. U ry op impulssnelheid tydens 'n rustige verkenning in die diep ruimte, en almal het stilstand. Maar wag - die skip ontvang ewe skielik 'n dringende boodskap van 'n Federasie-admiraal wat die bemanning in kennis stel van 'n oorlogsuitbraak in die Neutrale Sone. Die Onderneming word beveel om so gou moontlik aan die situasie verslag te doen. Die betrokke gebied is ongeveer 20 ligjare (117 triljoen kilometer) weg, maar dit is geen probleem in die & quotStar Trek & quot-heelal nie. Die kaptein pas die skeepsrigting van die skip op die regte manier aan, en u sal dit regkry warp spoed. As u vinniger ry as die ligspoed, moet u binne 'n paar minute by u bestemming aankom.

Solank as wat mense na die lug opgekyk het, het die ruimte ons gefassineer, en sterrekundiges en filosowe het die belangrikste vrae gevra terwyl hulle na die sterre staar. Wat doen ons in elk geval? Hoe het die heelal begin, en is daar ander parallelle heelalle wat ons s'n weerspieël? Is daar lewe in ander sterrestelsels, en hoe sou dit wees om daarheen te reis?

Alhoewel ons hierdie vrae nog nie heeltemal beantwoord het nie, het ons ten minste wetenskapfiksie soos & quotStar Trek & quot om die mens se verbeelding te toets. Alles van H.G. Wells '& quotThe Time Machine & quot tot & quotStar Trek & quot tot Joss Whedon se & quotFirefly & quot -reeks het die moontlikhede van tydreise, teleportasie en natuurlik skeepsnelheid aangeraak. Maar hoe pas iets soos skeersnelheid in die werklikheid en ons heelal? Is skeepsnelheid net 'n gekke wetenskapfiksietoestel, of is dit teoreties moontlik? Hoe werk dit in die & quotStar Trek & quot-heelal? Lees die volgende bladsye vir alles oor skering, oneindigheid en verder.

Newton & # 039s Derde Bewegingswet


Hulton Archive / Getty Images
& quotStar Trek & quot het William Shatner as kaptein James T. Kirk gehad, maar wat sou hulle aan intergalaktiese ruimtereise doen?

Toe die skrywers van & quotStar Trek & quot gaan sit om die reeks te beplan, het hulle 'n paar probleme gehad. Hulle het in wese 'n ruimte-opera, 'n subgenre van wetenskapfiksie wat in die ruimte afspeel en die bestek van verskeie sterrestelsels en miljoene ligjare dek. Die & quot Star Wars & quot films is nog 'n voorbeeld van die subgenre in die ruimte-opera. Soos die & quotopera & quot gedeelte van die naam aandui, is 'n show soos & quotStar Trek & quot nie bedoel om stadig of gewoon te wees nie - as mense aan die reeks dink, dink hulle waarskynlik aan melodramatiese intriges waarby vreemdelinge, ruimtereise en aksiebelaaide lasergevegte betrokke is.

Die skepper van die reeks, Gene Roddenberry, en die ander skrywers moes dus 'n manier vind om die karakters van die reeks op 'n tydige, dramatiese manier deur die heelal te beweeg. Terselfdertyd wou hulle hul bes doen om by die wette van fisika te hou. Die grootste probleem was dat selfs al sou 'n sterreskip met die ligspoed kon beweeg, kan die tyd om van een sterrestelsel na 'n ander te gaan nog honderde, miskien duisende jare duur. 'N Reis van die aarde na die middelpunt van ons sterrestelsel sal byvoorbeeld ongeveer 25 000 jaar neem as u net onder die snelheid van die lig sou reis. Dit sou natuurlik nie baie opwindende televisie maak nie.

Die uitvinding van skeepsnelheid het die opera-deel van die probleem opgelos, aangesien dit die Enterprise in staat gestel het om baie vinniger te gaan as die ligspoed. Maar wat was die verklaring? Hoe kon hulle 'n voorwerp verklaar wat vinniger beweeg as die snelheid van die lig, iets wat Einstein onmoontlik blyk te wees in sy spesiale relatiwiteitsteorie?


Eliot J. Schechter / Getty Images
Wanneer hierdie pendeltuig sy baan maak, sal dit ongeveer 17,000 myl per uur ry. Mense kan hierdie snelheid in hierdie tipe pendeltuig weerstaan, maar as die pendeltuig selfs probeer om die snelheid van die lig te nader, sou die effek dodelik vir astron wees

Die eerste hindernis waarmee die skrywers te kampe gehad het, is baie eenvoudiger as wat u sou dink. Een van die belangrikste dinge wat u moet weet voordat u die skeersnelheid verstaan, is eintlik een van die oudste truuks in die fisika-boek, Newton se derde bewegingswet. U het dit waarskynlik al gehoor - hierdie wet bepaal dat daar vir elke aksie 'n gelyke en teenoorgestelde reaksie is. Dit beteken eenvoudig dat vir elke interaksie tussen twee voorwerpe 'n paar kragte op albei werk. As u byvoorbeeld een biljartbal reguit in 'n ander een rol wat in rus is, oefen hulle albei ewe veel krag uit. Die bewegende bal sal die bal in rus tref en wegstoot, maar dit sal ook deur die laaste teruggedruk word.

U voel hierdie wet kom in die spel elke keer as u in 'n motor versnel of in 'n vliegtuig vlieg. As die voertuig vinniger beweeg en vorentoe beweeg, voel u druk op u sitplek. Die sitplek druk op jou, maar jy oefen ook 'n krag teen die sitplek uit.

Wat het dit dus met & quotStar Trek & quot en die Enterprise te doen? Al sou dit moontlik wees om te versnel tot iets soos die helfte van die ligsnelheid, sou sulke intense versnelling iemand doodmaak deur hom teen sy sitplek te slaan. Alhoewel hy met 'n gelyke en teenoorgestelde krag sou terugstoot, is sy massa in vergelyking met die ruimteskip net te klein - dieselfde ding gebeur as 'n muskiet jou voorruit tref en spat. Hoe kan die onderneming dus vinniger as die ligspoed gaan sonder om die lede aan boord te vermoor?

In die volgende afdeling sal ons sien hoe die skeppers van & quotStar Trek & quot die probleem begin om materie met superluminale snelhede deur die ruimte te stuur.

Einstein, Relatiwiteit en die ruimtetydkontinuum

Ten einde die kwessie van Newton se Derde Bewegingswet en die onmoontlikheid van materie wat vinniger as die ligspoed beweeg, te omseil, kan ons na Einstein en die verband tussen ruimte en tyd kyk. Gesamentlik maak ruimte, bestaande uit drie dimensies (op-onder, links-regs en vorentoe-agtertoe) en tyd alles deel van wat die genoem word ruimte-tyd kontinuum.

Dit is belangrik om Einstein se werk oor die ruimtetydkontinuum te verstaan ​​en hoe dit verband hou met die onderneming wat deur die ruimte reis. In sy Spesiale Relatiwiteitsteorie, Stel Einstein twee postulate:

  1. Die snelheid van die lig (ongeveer 300,000,000 meter per sekonde) is dieselfde vir alle waarnemers, ongeag of hulle beweeg.
  2. Enigiemand wat met 'n konstante snelheid beweeg, moet dieselfde fisiese wette nakom.

Met die saamvoeg van hierdie twee idees besef Einstein dat ruimte en tyd relatief is - 'n voorwerp in beweging ervaar tyd in 'n stadiger tempo as een in rus. Alhoewel dit vir ons absurd kan lyk, reis ons ongelooflik stadig in vergelyking met die ligsnelheid, dus sien ons nie dat die hande op ons horlosies stadiger tik as ons met 'n vliegtuig hardloop of ry nie. Wetenskaplikes het hierdie verskynsel eintlik bewys deur atoomhorlosies met hoëspoed-vuurpylskepe op te stuur. Hulle het effens agter die horlosies op die aarde na die aarde teruggekeer.

Wat beteken dit vir die kaptein Kirk en sy span? Hoe nader 'n voorwerp aan die snelheid van die lig kom, daardie voorwerp ervaar tyd met 'n aansienlik stadiger tempo. As die onderneming naby die ligspoed veilig na die middelpunt van ons sterrestelsel vanaf die aarde sou ry, sou dit 25 000 jaar Aarde duur. Vir die bemanning sou die reis egter waarskynlik net tien jaar duur.

Alhoewel die tydraamwerk moontlik vir individue aan boord moontlik is, word nog 'n probleem voor ons gestel: 'n Federasie wat probeer om 'n intergalaktiese beskawing te bestuur, sal probleme ondervind as dit 50,000 jaar neem voordat 'n ruimteskip die middelpunt van ons sterrestelsel tref en kom terug.

Dus moet die onderneming die snelheid van die lig vermy om die passasiers aan boord in pas te hou met die Federasietyd. Terselfdertyd moet dit ook vinniger snelhede as die van lig bereik om op 'n doeltreffende manier in die heelal rond te beweeg. Helaas, soos Einstein in sy spesiale teorie van relatiwiteit stel, is niks vinniger as die spoed van die lig nie. Ruimtereise sal dus onmoontlik wees as ons na die spesiale relatiwiteit kyk.

Volgens Einstein se Algemene Relatiwiteitsteorie buig materie die weefsel van ruimte en tyd. Die vervorming van die ruimte-tyd kontinuum beïnvloed selfs die gedrag van die lig.

Daarom moet ons kyk na Einstein se latere teorie, die Algemene Relatiwiteitsteorie, wat beskryf hoe swaartekrag die vorm van ruimte en vloei van tyd beïnvloed. Stel u 'n uitgerekte laken voor. As u 'n bowlingbal in die middel van die laken plaas, sal die laken kromtrek as die gewig van die bal daarop afdruk. As u 'n bofbal op dieselfde blad plaas, sal dit na die rolbal rol. Dit is 'n eenvoudige ontwerp en die ruimte werk nie soos 'n tweedimensionele laken nie, maar dit kan op iets soos ons sonnestelsel toegepas word - massiewe voorwerpe soos ons son kan die ruimte verdraai en die wentelbane van die omliggende planete beïnvloed. . Die planete val natuurlik nie in die son nie vanweë die hoë snelhede waarmee hulle beweeg.

Op die volgende bladsy sal ons sien hoe dit op die Enterprise ter sprake kom.

Die vermoë om ruimte te manipuleer is die belangrikste konsep ten opsigte van skering. As die onderneming die ruimte-tyd kontinuum kon verdraai deur die area daaragter uit te brei en die gebied voor te kontrakteer, kan die bemanning vermy om die snelheid van die lig te beweeg. Solank dit sy eie swaartekragveld skep, kan die ruimteskip plaaslik teen baie stadige snelhede beweeg, en sodoende die slaggate van Newton se Derde Bewegingswet vermy en die horlosies in pas wees met die lanseringsplek en bestemming. Die skip reis nie regtig op 'n vinnige manier nie, dit is meer asof dit sy bestemming daarheen trek terwyl hy sy beginpunt terugstoot.


'N Skeringborrel rondom 'n ruimteskip, wat die skip en bemanningslede beskerm as ruimte en tyd verdraai.

Omdat die idees agter Einstein se Algemene Relatiwiteitsteorie kompleks is en steeds oop is vir interpretasie, laat dit die moontlikhede wyd oop vir wetenskapfiksieskrywers. Ons weet miskien nie hoe om ruimte en tyd met ons huidige tegnologie te buig nie, maar 'n fiktiewe beskawing wat in die toekoms ingestel is, is miskien heeltemal in staat om so 'n toestel met die regte verbeelding uit te dink.

In die & quotStar Trek & quot-heelal word warpsnelheid bereik deur die gebruik van a skering ry. Die skering word aangedryf deur materie-antimaterie-reaksies, wat gereguleer word deur 'n stof genaamd dilithium. Hierdie reaksie skep 'n baie energieke plasma, bekend as elektro-plasma, 'n soort materie met sy eie magneetveld, wat reageer met die sterreskip s'n warp spoele. Die warp-spoele is gewoonlik ingeslote in wat die & quotStar Trek & quot -skrywers noem skering nacelle. Die hele pakket skep 'n & quotwarp veld & quot of & quotbubble & quot rondom die Enterprise, sodat die skip en sy bemanning veilig kan bly terwyl die ruimte rondom hulle manipuleer.

Soms tussen die eerste televisiereeks (& quotStar Trek: The Original Series & quot) en die tweede (& quotStar Trek: The Next Generation & quot), het die skrywers besluit om 'n limiet toe te ken aan warpsnelheid - met behulp van 'n skaal van Warp-1 tot Warp-10, die Enterprise mag nie op enige tydstip enige plek reis nie, aangesien dit die sameswering te maklik sou maak. In die vertoning het Warp-10 'n onmoontlike maksimum spoed geword, 'n oneindigheid waarin die sterreskip terselfdertyd op alle punte in die heelal sou wees. Warp-9.6 is volgens die tegniese handleiding & quotNext Generation & quot die hoogste bereikbare snelheid - dit is op 1 909 keer die ligspoed ingestel. Alhoewel daar teenstrydighede is, noem die volgende die verskillende snelhede in die & quotStar Trek & quot-heelal:

Warp Factor
Aantal kere die snelheid van die lig
1 1
2 10
3 39
4 102
5 215
6 392
7 656
8 1,024
9 1,516
9.6 1,909
10 Oneindigheid

In die volgende afdeling gaan ons kyk na 'n paar probleme wat die konsep van warp spoed teëkom.


Les Bossinas / NASA
'N Kunstenaar se weergawe van 'n ruimteskip wat met die warpsnelheid reis.

Einstein het dus die & quotStar Trek & quot -skrywers gehelp om die ruimte in 'n wetenskapfiksionele heelal te manipuleer, maar is dit eintlik moontlik om 'n ruimteskip te bou wat mense in 'n relatiewe kort tydperk oor groot sterrestelsels kan dryf?

Fisikus Miguel Alcubierre het die gebruik van sogenaamde & quotexotic materie voorgestel, & quot 'n teoretiese soort materie met negatiewe energie. As dit gevind of geskep sou kon word, sou die eksotiese saak die werk doen om ruimte en tyd af te weer en die swaartekragveld te skep.

Ongelukkig is dit sover dit moontlik is vir moontlike brandstofbronne - daar is meer probleme as oplossings as dit kom by die konsep om warpsnelheid aan te dryf. Selfs al sou die onderneming teen onderligte spoed, bekend as impuls dryf aan & quotStar Trek & quot-aanhangers, die hoeveelheid brandstof en energie wat nodig is om vinnig deur die ruimte te reis, sou te veel wees vir een enkele ruimteskip. Die impulsaandrywing van die Enterprise word aangedryf deur kernfusie, dieselfde soort reaksie wat die son verlig en geweldige ontploffings van sekere kernbomme veroorsaak. Volgens dr Lawrence Krauss, 'n teoretiese fisikus en skrywer van & quotThe Physics of Star Trek, & quot as kaptein Kirk met die helfte van die ligsnelheid (150,000 kilometer per sekonde) wil reis, sal die sterreskip 81 keer sy massa moet verbrand in waterstof, die brandstof wat gebruik word vir kernfusie. Die tegniese handleiding vir & quotStar Trek: The Next Generation & quot noem die Enterprise as meer as 4 miljoen ton gewig, sodat die skip meer as 300 miljoen ton waterstof benodig om net vorentoe te beweeg. Om tot stilstand te kom, sal die ruimteskip natuurlik nog 300 miljoen ton brandstof benodig, en 'n potensiële reis oor sterrestelsels sal 6 642 keer die massa van die & quotEnterprise. & Quot.

Sommige mense het 'n stelsel voorgestel waarin 'n toestel waterstof bymekaarmaak terwyl die ruimteskip beweeg, sonder dat dit noodsaaklik is om groot hoeveelhede brandstof op te slaan, maar Krauss stel voor dat hierdie toestel ongeveer 25 kilometer breed moet wees om alles wat die moeite werd is, op te vang. Alhoewel waterstof die algemeenste element in die sterrestelsel is, is daar slegs een atoom waterstof vir elke kubieke vierkante duim.

Om die skeringaandrywing te laat werk, sou 'n ander ding wees. Die warp drive in & quotStar Trek & quot kry sy krag deur materie met antimaterie te reageer - die resultaat is volkome vernietiging en die vrystelling van suiwer energie. Aangesien antimaterie nie baie algemeen in ons heelal voorkom nie, sal die Federasie dit moet vervaardig, iets wat ons vandag kan doen by die Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) in Illinois. Weereens, die probleem blyk 'n kwessie te wees van die hoeveelheid brandstof wat nodig is om 'n kettingaandrywing aan te dryf. Kruass merk op dat Fermilab 50 miljard antiprotons in een uur kan produseer - genoeg om 1/1000 watt te produseer. U benodig 100.000 Fermilabs om 'n enkele gloeilamp aan te dryf. Die vervaardiging van genoeg antiprotons om die ruimtetydkontinuum te buig, lyk amper onmoontlik wat ons huidige tegnologie betref.

Alhoewel daar min kans is dat mense in hierdie eeu 'n ruimteskip ontwikkel wat die ruimte kan buig en vinniger na verre sterrestelsels kan beweeg as die spoed van die lig, het wetenskaplikes en aanhangers van die reeks nie gekeer om na te dink oor die potensiaal nie. Die Britse Interplanetêre Vereniging het onlangs in November 2007 verskeie fisici byeengebring vir 'n konferensie genaamd & quotFaster Than Light: Breaking the Interstellar Distance Barrier & quot [bron: Guardian].

Vir baie meer inligting oor die ruimte en intergalaktiese reis, sien die volgende bladsy.


V: Satelliete ervaar minder tyd omdat hulle vinnig beweeg, maar meer tyd omdat hulle so hoog is. Is daar 'n baan waar die effekte ophou? Is dit nuttig?

Die oorspronklike vraag was: Ek het gelees dat GPS-satelliete as gevolg van tydsverwyding van beide swaartekrag en spoed hul horlosies moet aanpas om ooreen te stem met die aarde se tyd, anders val die hele idee plat op sy gesig. So my vraag is: sou daar nie 'n natuurlike manier wees om die GPS-horlosies met die Aarde te pas nie, deur die tydsverruiming van beweging die tydverwyding van swaartekrag te laat verreken? Hoe vinnig sal hulle om die aarde moet wentel om die swaartekragtydverwyding uit te skakel?

Natuurkundige: Dit is regtig 'n goeie vraag! Die miniatuurskets van tyddilatasie is: vinnige dinge en lae dinge ervaar minder tyd. So satellites above our head experience a little more time because they’re high, but a little less because they’re moving.

Something orbiting at ground level (assuming you could orbit at ground level) would be tearing along at about 8 km/s: same height as us, and great speed, means slower in time.

Something orbiting very far away is moving pretty slow. Great height and low-speed means faster in time. Somewhere in between there’s an orbit where the effects cancel.

It turns out that a satellite would have to orbit at about the same speed it would hit the ground if it fell, straight down, from the height of that orbit. That orbit is 50% of the radius of the planet above the surface of the planet. In the case of Earth, that’s 1,975 miles up, well below the 12,600 mile altitude of the GPS network. So, their on-board clocks run a min faster than identical ground-based clocks (a gain of about 1.7 seconds per century).

For the non-physicists out there, I can’t tell you how unusually straight forward that 50% radius thing is. You almost never get results that clean.

To a very good approximation the gravitational time dilation can be calculated by using “moving” time dilation and plugging in the speed you’d be falling, if you fell from that height.

The time-slowing and time-speeding effects cancel at an orbital height of 50% of the planet’s radius. At this altitude the orbital speed, and the speed with which you’d hit the ground falling from that height, are equal.

You can picture this in terms of someone at the higher location dropping clocks to someone at the lower location, who has an uncanny power to read speeding clocks. The laws of physics, including the ones regarding time, act more or less the way they “should” in a zero-g environment. For example, in zero gravity if you knock a cup off of a table it doesn’t start magically moving (falling) for no reason. Impossible! The falling clocks are basically carrying an accurate record (not needing to worry about gravity) of the time frame from which they started falling.

At least that’s one method of calculating general relativistic time weirdness. A better (but equivalent) one is here.

As for fixing the problem: no problem. Relativity, although difficult to wrap your head around, is no mystery. We know exactly how fast time is passing for every satellite in the sky. To deal with it, all that’s needed is clocks that run at a slightly different rate. The specifics can be found on page 7 of this. Building a clock to keep a very particular “incorrect” time is exactly as difficult as building a clock to keep “correct” time. No problem.

Answer Gravy: The “general relativity can be approximated by using special relativity and how fast things fall” works well so long as the gravity isn’t really messing up spacetime. Basically, it doesn’t work on black holes, but it works great for planets and stars. Once you figure out how fast something would be falling between two levels, you plug that into the “gamma function”, γ, which tells you how many times faster time is traveling at the higher level than the lower.

The speed, v, that an object with mass, m, will be going if it falls from somewhere in space, R, to ground level, r, can be found by looking at the difference in gravitational potential energy and setting that equal to the gain in kinetic energy: .

This speed, vg, is what you use to find how much time is going faster for the satellite.

The speed of a (circular) orbit can be found by setting the gravitational force equal to centrifugal: . This speed, vs, is what you plug in to find how much time is going slower.

In general the speed of the clocks on a satellite is faster than clocks on the ground by a factor of . However, in this case we’re looking for the overall factor to be 1 (time is the same for the satellite as the ground). So, vg = vs.


NASA Actually Working on Faster-than-Light Warp Drive

You know that scene in the film Contact where the “Machine” is spooling up, its three spinning rings kicking out crazy light and an electromagnetic field powerful enough to pitch nearby Navy battleships sideways, as Ellie (Jodie Foster) waits, terrified, in her tiny spherical craft above the space-time bedlam, to plummet into the vortex?

Yeah, that’s not exactly how NASA’s envisioning faster-than-light space travel, but…wait, NASA’s working on faster-than-light travel? Isn’t that impossible?

Of course it is. Nothing can travel faster than light, right? To do so would violate the special theory of relativity, which stipulates that you’d need an infinite amount of energy to accelerate a particle with mass to light speed. We’ve all heard this pretty much since we were kids. Has someone finally proven special relativity wrong?

Not at all, but with respect to travel between the stars, someone did come up with a radical-sounding hypothetical workaround 18 years ago.

In a paper titled “The Warp Drive: Hyper-fast travel within general relativity” published in science journal Classical and Quantum Gravity in May 1994, physicist Miguel Alcubierre suggested a mechanism for getting an object from one point to another at faster-than-light speeds without running afoul of Einsteinian relativity.

Alcubierre’s idea: bending space-time in front of and behind a vessel rather than attempting to propel the vessel itself at light-speeds.

According to Alcubierre, in the paper abstract …

… [it] is shown how, within the framework of general relativity and without the introduction of wormholes, it is possible to modify a spacetime in a way that allows a spaceship to travel with an arbitrarily large speed. By a purely local expansion of spacetime behind the spaceship and an opposite contraction in front of it, motion faster than the speed of light as seen by observers outside the disturbed region is possible. The resulting distortion is reminiscent of the ‘warp drive’ of science fiction.

By placing a spheroid object between two regions of space-time — one expanding, the other contracting — Alcubierre theorized you could create a “warp bubble” that moves space-time around the object, effectively re-positioning it. In essence, you’d have the end result of faster-than-light travel without the object itself having to move (with respect to its local frame of reference) at light-speed or faster.

The only catch: Alcubierre says that, “just as happens with wormholes,” you’d need “exotic matter” (matter with “strange properties”) to distort space-time. And the amount of energy necessary to power daardie would be on par with — wait for it — the mass-energy of the planet Jupiter.

So we’re back to “fuhgeddaboudit,” right?

Maybe not. According to NASA physicist Harold White, the energy problem may actually be surmountable by simply tweaking the warp drive’s geometry.

White, who just shared his latest ideas at the 100 Year Starship 2012 Public Symposium, says that if you adjust the shape of the ring surrounding the object, from something that looks like a flat halo into something thicker and curvier, you could power Alcubierre’s warp drive with a mass roughly the size of NASA’s Voyager 1 probe.

In other words: reduction in energy requirements from a planet with a mass equivalent to over 300 Earths, down to an object that weighs just under 1,600 pounds.

What’s more, if you oscillate the space warp, White claims you could reduce the energy load even further.

“The findings I presented today change [Alcubierre’s warp drive] from impractical to plausible and worth further investigation,” White told SPACE.com. “The additional energy reduction realized by oscillating the bubble intensity is an interesting conjecture that we will enjoy looking at in the lab.”

That’s right, an actual lab experiment, whereby White says he plans to simulate the tweaked Alcubierre drive in miniature, using lasers “to perturb space-time by one part in 10 million.”

And if it works? Don’t expect to go Alpha Centauri-hopping any time soon, but the idea well down the road, according to a presentation delivered by White on the subject last year, would involve a spacecraft leaving Earth, traveling a given distance using conventional propulsion, stopping (relative to the Earth), enabling its “warp field,” then traveling to a point near its interstellar destination, where it would then disable the field and continue on its way using conventional propulsion methods once more.

Star Trek ontmoet Contact, in other words.

Instead of taking “decades or centuries,” White says this would allow us to visit a spot like Alpha Centauri — a little over four light years from us — in as little as “weeks or months.”


Linkages: Mass, Space, and Time

To show what Einstein’s insight really means, let’s first consider how we locate an event in space and time. For example, imagine you have to describe to worried school officials the fire that broke out in your room when your roommate tried cooking shish kebabs in the fireplace. You explain that your dorm is at 6400 College Avenue, a street that runs in the left-right direction on a map of your town you are on the fifth floor, which tells where you are in the up-down direction and you are the sixth room back from the elevator, which tells where you are in the forward-backward direction. Then you explain that the fire broke out at 6:23 p.m. (but was soon brought under control), which specifies the event in time. Any event in the universe, whether nearby or far away, can be pinpointed using the three dimensions of space and the one dimension of time.

Newton considered space and time to be completely independent, and that continued to be the accepted view until the beginning of the twentieth century. But Einstein showed that there is an intimate connection between space and time, and that only by considering the two together—in what we call spacetime—can we build up a correct picture of the physical world. We examine spacetime a bit more closely in the next subsection.

The gist of Einstein’s general theory is that the presence of matter curves or warps the fabric of spacetime. This curving of spacetime is identified with gravity. When something else—a beam of light, an electron, or the starship Enterprise—enters such a region of distorted spacetime, its path will be different from what it would have been in the absence of the matter. As American physicist John Wheeler summarized it: “Matter tells spacetime how to curve spacetime tells matter how to move.”

The amount of distortion in spacetime depends on the mass of material that is involved and on how concentrated and compact it is. Terrestrial objects, such as the book you are reading, have far too little mass to introduce any significant distortion. Newton’s view of gravity is just fine for building bridges, skyscrapers, or amusement park rides. General relativity does, however, have some practical applications. The GPS (Global Positioning System) in every smartphone can tell you where you are within 5 to 10 meters only because the effects of general and special relativity on the GPS satellites in orbit around the Earth are taken into account.

Unlike a book or your roommate, stars produce measurable distortions in spacetime. A white dwarf, with its stronger surface gravity, produces more distortion just above its surface than does a red giant with the same mass. So, you see, we is eventually going to talk about collapsing stars again, but not before discussing Einstein’s ideas (and the evidence for them) in more detail.


The Principle Of Relativity

Although the theory of relativity was postulated by Einstein, the principle of relativity has been kicking around various scientific circles for a very long time. The principle is a just a way of saying that &lsquothe laws of nature are the same whether you are standing still or moving steadily along in a straight line&rsquo. But that seems pretty obvious, doesn&rsquot it?

(Note: This is valid only for an object moving smoothly in a straight line. If your vehicle is moving haphazardly or screeches to a halt, you would be moving within the vehicle in a very different way.)

However, Einstein had one particular thought experiment that called this Principle into question.

Imagine if you are in a spaceship that is moving at the speed of light. What would happen if you were to turn around and look at the back of the ship?

You would assume that you wouldn&rsquot be able to see anything, right? This is because the ship is moving at the speed of light, which means that a ray of light that is traveling from the back of the ship would never be able to reach your eyes because you would also be traveling at the speed of light.

AHA! Now that there is a clear way to determine whether you are moving or not, does that mean Einstein proved the Principle to be wrong?

Einstein didn&rsquot think that the above thought experiment could ever be valid. Firstly, it is impossible for any of us to travel at the speed of light. Secondly, that&rsquos not how light works. For example, a cricketer throws a ball after running because the speed of the ball will be increased (speed of the cricketer + initial speed of the ball = final speed of the ball). However, if a cricketer were to run with a torch in his hand, does that mean that the speed of the light from the torch would increase?

Obviously not. As I mentioned earlier, that&rsquos not how light works! The speed of light remains constant, no matter how fast you are going &ndash always at 300 million meters per second. Therefore, if you are in a theoretical spaceship traveling at the speed of light, the back of the ship would still be illuminated, because light will ignore the speed of the spaceship altogether.


How Star Trek's Warp Speed Works

Explaining the seemingly wonky science behind The Starship Enterprise.

The following is an excerpt of The Science of Superheroes and Space Warriors published by HowStuffWorks.

When the writers of Star Trek sat down to plan the series, they found themselves confronted with a few problems. They were essentially creating a space opera, a subgenre of science fiction that takes place in space and covers the span of several galaxies and millions of light-years. As the “opera” part of the name suggests, a show like Star Trek isn’t meant to be slow or ordinary. When people think of the series, they probably think of melodramatic plots involving aliens, space travel, and action-packed laser fights.

So the creator of the series, Gene Roddenberry, and the other writers had to find a way to move the show’s characters around the universe in a timely, dramatic fashion. At the same time, they wanted to do their best to stick to the laws of physics. The biggest problem was that even if a starship could travel at the speed of light, the time to go from one galaxy to another could still take hundreds, maybe thousands of years. A journey from Earth to the center of our galaxy, for example, would take about twenty-five thousand years if you were to travel just under the speed of light. This, of course, wouldn’t make very exciting television.

The invention of warp speed solved the opera part of the problem, since it allowed the Enterprise to go much faster than the speed of light. But what was the explanation? How could they explain an object traveling faster than the speed of light, something Einstein proved impossible in his special theory of relativity?

The first obstacle the writers had to confront is much simpler than you’d think. It comes down to Newton’s third law of motion: how for every action, there is an equal and opposite reaction.

What does this have to do with Star Trek and the Enterprise? Even if it were possible to accelerate to something like half the speed of light, such intense acceleration would kill a person by smashing him against his seat. Even though he’d be pushing back with an equal and opposite force, his mass compared to the starship is just too small. The same kind of thing happens when a mosquito hits your windshield and splatters. So how can the Enterprise possibly go faster than the speed of light without killing the members on board?

To sidestep the issue of Newton’s third law of motion and the impossibility of matter traveling faster than the speed of light, we can look to Einstein and the relationship between space and time. Taken together, space (consisting of three dimensions: up-down, left-right, and forward-backward) and time are part of what’s called the space-time continuum.

In his special theory of relativity, Einstein states two postulates:

  1. The speed of light (about 300 million meters per second) is the same for all observers, whether or not they’re moving.
  1. Anyone moving at a constant speed should observe the same physical laws.

Putting these two ideas together, Einstein realized that space and time are relative—an object in motion actually experiences time at a slower rate than one at rest. Although this may seem absurd to us, we travel incredibly slowly when compared to the speed of light, so we don’t notice the hands on our watches ticking slower when we’re running or traveling on an airplane.

What does this mean for the Captain Kirk and his team? As an object gets closer and closer to the speed of light, that object actually experiences time at a significantly slower rate. If the Enterprise were traveling safely at close to the speed of light to the center of our galaxy from Earth, it would take twenty-five thousand years of Earth time. For the crew, however, the trip would probably only take ten years.

Although that time frame might be possible for the individuals on board, we’re presented with yet another problem—a Federation attempting to run an intergalactic civilization would run into some problems if it took fifty thousand years for a starship to hit the center of our galaxy and come back.

So the Enterprise has to avoid the speed of light to keep the passengers onboard in sync with Federation time. At the same time, the Enterprise must reach speeds faster than that of light to move around the universe in an efficient manner. Unfortunately, as Einstein states in his special theory of relativity, nothing is faster than the speed of light. Space travel therefore would be impossible if we’re looking at the special relativity.

That’s why we need to look at Einstein’s later theory, the general theory of relativity, which describes how gravity affects the shape of space and flow of time. Imagine a stretched-out sheet. If you place a bowling ball in the middle of the sheet, the sheet will warp as the weight of the ball pushes down on it. If you place a baseball on the same sheet, it will roll toward the bowling ball. This is a simple design, and space doesn’t act like a two-dimensional bed sheet, but it can be applied to something like our solar system. More massive objects like our sun can warp space and affect the orbits of the surrounding planets. The planets don’t fall into the sun, of course, because of the high speeds at which they travel.

The ability to manipulate space is the most important concept in regard to warp speed. If the Enterprise could warp the space-time continuum by expanding the area behind it and contracting the area in front, the crew could avoid going the speed of light. As long as it creates its own gravitational field, the starship could travel locally at very slow velocities, therefore avoiding the pitfalls of Newton’s third law of motion and keeping clocks in sync with its launch site and destination. The ship isn’t really traveling at a “speed,” per se—it’s more like it’s pulling its destination toward it while pushing its starting point back.


Kyk die video: Kom Doop! Kom Verlossing! Kom fees! (November 2022).