Мечта о скорости света. Превратятся ли астронавты в плазму на околосветовых скоростях? Что вообще произойдет?

  • Наука и техника
Спасибо всем, кто комментировал статью о гипотетическом двигателе околосветовых скоростей. Появилось много интересных мыслей о путешествиях в космосе. В частности есть мнение, что при достижении скорости света любой кораболь превратиться в плазму. Даже на околосветовых режимах. Так ли это? Давайте разбираться.

Итак, за счет чего околосветовое движение может превратить корабль во вспышку плазмы? Основное мнение состоит в том, что это не какие-то чудодейственные эффекты, а всего лишь нагрев о "не совсем вакуум". Тот самый нагрев, благодаря которому яркими вспышками взрываются метеоры в небе. Вот недавнее видео вспышки болида над Карелией:

Скорость этих метеоров всего лишь километры в секунду, в лучшем случае - десятки километров в секунду. Космический вакуум для них все равно, что пустота. Зато верхние разряженные слои атмосферы уже приводят к серьезному нагреву и взрыву.

Может ли что-то измениться на околосветовых скоростях в дальнем космосе?

Никто, конечно, не экспериментировал, но теоретически это возможно. И здесь могут наложиться два эффекта - обычный нагрев и релятивистские изменения скорости и импульса. Последний момент, насколько знаю, проверяется на адронном коллайдере, и пока 100%-го подтверждения правоты СТО (Специальной Теории Относительности Эйнштейна) не сделано.

Итак, что же за ситуацию встретит корабль, разгоняющийся до околосветовых скоростей?

Плотность межзвездного газа составляет 10^(-21) кг/м.куб. Это очень мало. Но если скорость корабля равна скорости света (пока оставим в стороне релятивистские эффекты), то с такой относительной скоростью будут бомбардировать атомы межзвездного газа "нос" корабля с точки зрения находящихся в нем астронавтов. Предположим, что субсветовой корабль имеет цилиндрическую форму и радиус 5,5 метров. Площадь сечения такого цилиндра равна 100 метрам квадратным. Тогда масса газа, "бюьщегося" о торец цилиндра равна:

Если взять время за 1 секунду, подставить вышеприведенное значение плотности, подставить величину скорости света - 300 миллионов метров в секунду, и нашу площать в 100 квадратных метров, то получим:

Такова совокупная масса частиц, ударяющихся о торец ракеты-цилиндра за одну секунду. Если считать, что при соударении полностью гасится их скорость, а, вернее, не просто гасится, а эти атомы "прилипают" к поверхности корабля, то относительная скорость будет равна удвоенной световой (напоминаю, что пока мы решили не учитывать СТО). Значит, количество энергии, которая будет переходить в тепловую, равно:

На всякий случай проверьте. Но эта энергия - 5 мегаджоулей - достаточно велика. И все же ее хватит лишь для того, чтобы нагреть килограмм воды до 1300 градусов. На корабль, имеющий массу в сотни тонн она тоже повлияет.

Обратите внимание: Не чудо света и не дворец правителя: Важнейшее место на нашей планете..

Приток мощности в 5 мегаватт достаточно приличный. Придется искать способы отводить тепло. Это в вакууме не просто, но что-то можно придумать.

Но, стоп! Пока мы "играли" в числа, не учитывая релятивистские эффекты.

ПЕРЕХОДИМ К УЧЕТУ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭФФЕКТОВ.

Вот сейчас будут у нас уже серьезные коррективы. Первый из них, правда, положительный - не бывает в СТО двойных скоростей света. Максимум, что "потеряют" частицы при "налипании" на корабль - это одну скорость света. То есть гасится будет меньшая энергия? Нет. Потому что в эйнштейновской теории при приближении к скорости света будет увеличиваться масса частиц, а также их импульс и энергия. В частности масса должна расти по следующему закону:

Здесь "m" с индексом "р" - это та самая релятивистская (увеличившаяся) масса, "m" - масса покоя, v - скорость ракеты, c - скорость света. Из формулы видно, что при v=c у нас в знаменателе получаетя "ноль" и масса становится бесконечно большой. А значит бесконечно большая энергия будет "гаситься" при ударе атомов межзвездного газа о "торец" цилиндра-ракеты и кинетическая энергия при этом будет превращаться в тепловую. Значит, действительно, корабль превратится в плазму.

А что, если мы достигнем лишь 0,99% скорости света? Оказывается, масса увеличится лишь в 7 раз (можете проверить самостоятельно). Какой же тогда будет энергия этих частиц? Давайте посчитаем по новой, релятивистской формуле для кинетической энергии:

Когда возьмем нашу секундную "ударяющую массу" и умножим на квадрат скорости света, то получим 16,2 МДж энергии каждую секунду. Это еще больше. Если корабль будет иметь массу 50 тонн стали с повышенной теплоемкостью (600 Дж/кг*С), то за пол-секунды усредненный нагрев составит около половины градуса. Нагрев будет происходить долго. Придется искать возможности рассеяния тепла.

НО!
Мы не учли кое-чего еще!
А чего именно?
Того, что даже при 0,99 скорости света обеспечит нам гораздо более комфортные условия полета.
Давайте возмем время "на подумать". Возможно, есть еще какие-то "тонкости"?

На этом давайте завершу и оставлю небольшую интригу.

  • Какие есть мысли? Что еще мы не учли, из-за чего наши оценки все еще существенно завышены?
  • Что понравилось и что не понравилось в этом разборе темы?

Делитесь, пожалуйста, мыслями в комментариях. И до встречи в новых статьях!

#скорость света #сверхсветовой #звездолет #полеты к звездам #космонавтика #наука и техника #фантастика #космос #теория относительности

Еще по теме здесь: Новости науки и техники.

Источник: Мечта о скорости света. Превратятся ли астронавты в плазму на околосветовых скоростях? Что вообще произойдет?.

Написать комментарий