У космических кораблей, движущихся почти с скоростью света, возникнут проблемы со связью

Участники в новом исследовании предполагают два сценария, в которых космический корабль будет двигаться с релятивистской скоростью.

5 320

Обмен информацией является ключевым моментом для участников экспедиций. Это верно на Земле и за ее пределами. Но в глубоком космосе придется столкнуться с существенными трудностями. Скорость света конечна, а расстояния между мирами довольно велики; между звездными системами они огромны. Новый анализ показывает, каково было бы общаться с космическим кораблем, движущимся со скоростью, близкой к скорости света.

Участники в новом исследовании предполагают два сценария, в которых космический корабль будет двигаться с релятивистской скоростью.

Такого транспортного средства в настоящий момент не существует (во всяком случае пока), но ничто в физике не говорит нам, что его нельзя создать. В исследовании предполагается, что это будет космический корабль, который никогда не теряет тяги и движется с ускорением 1g, таким же, как сила тяжести на Земле.

В первом сценарии космический корабль сохраняет это ускорение по мере удаления от Земли.

Поначалу связь будет работать, хотя и с задержкой из-за конечности скорости света, но через некоторое время сообщения с Земли уже не смогут доходить до космического корабля.

По мере того, как корабль приближается к скорости света, он всегда будет на шаг впереди послания. Тогда участники межзвездной экспедиции больше не будут контактировать с Землей.

Есть и еще один своеобразный эффект, но он происходит на борту корабля.

Объект, движущийся со скоростью, близкой к скорости света, испытывает замедление времени. Его часы замедляют ход относительно наблюдателя на Земле.

Таким образом, космическому кораблю с ускорением 1g потребуется всего 20 лет бортового времени, чтобы достичь центра галактики (который находится на расстоянии 27 000 световых лет). И всего 45 лет, чтобы достичь края наблюдаемой Вселенной (на расстоянии десятков миллиардов световых лет).

Во втором сценарии космический корабль некоторое время ускоряется со скоростью 1g, а затем также замедляется по мере приближения к месту назначения.

Связь с Земли будет затронута как и в первом случае, до тех пор, пока на этапе замедления все сообщения не догонят космический корабль.

«Межзвездные космические корабли и их экипажи должны будут выполнять автономные операции и отказаться от идеи поддержания оперативного и социального взаимодействия с теми, кто находится в отправной точке или пункте назначения на протяжении всей миссии, за исключением короткого периода после запуска или перед приземлением», — пишут авторы.

В работе рассматривались некоторые классические и релятивистские эффекты, но есть и другие, которые не были учтены и которые могут повлиять на связь.

Сигналы движущегося корабля будут испытывать эффект Доплера, как изменение тона сирены скорой помощи, если она приближается или удаляется от вас. То есть будут нужны антенны, способные обнаруживать свет, частота которого будет меняться со временем. И есть релятивистская аберрация: свет движущегося объекта конически концентрируется по направлению движения.

Так что, если мы когда-нибудь построим космический корабль, способный к движению с околосветовой скоростью, его экипаж через некоторое время после старта будет предоставлен самому себе.

Статья, описывающая это исследование, доступна в репозитории arXiv.

Дополнительно ArXiv
Дополнительные материалы:
Подписаться
Уведомление о
5 Комментарий
Первые
Последние Популярные
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Роман Рыбкин
Гость
2 месяцев назад

В рамках квантовой физики, которая не совместима с теориями относительности — это так? Или в рамках теорий относительности, которые не совместимы с квантовой физикой — является таковым? —- Что если разогнать структуры вроде молекулярных — до релятивистских скоростей, когда будут действовать принципы неопределённости? Последние теории ставят под сомнение в таком случае действие всех остальных трёх видов взаимодействий кроме гравитационного, с окружающей материей. Не исключено что такое «связанное вещество» просто перестанет взаимодействовать на этих трёх условиях (сильном, слабом, электромагнитном), со всем — другим веществом, находясь с ним в относительности при скоростях близких к релятивистским. То есть оно может просто будет проходить… Подробнее »

Роман Рыбкин
Гость
Ответить на  Роман Рыбкин
2 месяцев назад

Может «электростатические ускорители» появятся в будущем, где уже не отдельные заряженные частицы будут разгонять а целые пылинки или кусочки материи до релятивистских скоростей.

Owen Lars
Гость
Ответить на  Роман Рыбкин
2 месяцев назад

Предположения о том, что при таких скоростях могут прекращаться взаимодействия, основанные на сильном, слабом и электромагнитном взаимодействиях, а гравитационное взаимодействие станет доминирующим, вызывают большие сомнения. Пока нет подтверждений таких явлений в экспериментах или наблюдениях. Кроме того, гравитационное взаимодействие обычно слабее других видов взаимодействий, и его влияние на молекулярные структуры обычно ничтожно мало по сравнению с другими взаимодействиями на микроуровне.

Думаю, что здесь нужны дополнительные исследования, а также, возможно, новые теоретические разработки в области физики.

Роман Рыбкин
Гость
Ответить на  Owen Lars
2 месяцев назад

Вроде так, но вроде и гравитация сильней чем все остальные силы взаимодействий, когда она побеждает их в процессе образования чёрных дыр. Кончено мы видим как отдельные частицы попадая в мишени на ускорителях участвуют в ядерных и других взаимодействиях вписываясь в стандартную модель и физику квантов. Где можно считать что сами эти мишени разогнаны до релятивистской скорости относительно частиц. И вроде никаких неожиданностей тут быть не должно. Но всё-же я бы рискнул проверить — всегда ли это происходит так. Шансы ничтожно малы как по мне, может дам лишь сотые доли процента вероятности что вещество окажется способным не столкнутся с другим веществом… Подробнее »

Роман Рыбкин
Гость
Ответить на  Owen Lars
2 месяцев назад

И сложный пример приведу. Возьмём «коллапс волновой функции». «Щель» можно представить в виде 1/2 от «пылинки» находящейся в «электростатическом поле» состоящую из множества частиц, «неопределённость» будет только у единичной частицы проходя между двумя такими «пылинками». В случае релятивистской скорости обеих пылинок направленных друг к другу — не может быть «наблюдателя» благодаря которому произойдёт «коллапс волновой функции». Если волновые функции отдельных частиц, вблизи материальных структур движущихся на встречу друг другу с релятивистским скоростями, не подвержены коллапсу, то вероятно и сами эти объекты не будут способны как либо фиксировать друга друга. Согласен это очень, очень и очень спорное утверждение! (*…и я «токамак»… Подробнее »

Last edited 2 месяцев назад by Роман Рыбкин