¿Consideraciones para diseños hipotéticos de barcos que utilizan un generador de gravedad para la propulsión? [cerrado]

Editar: estoy explorando una idea para una forma de propulsión hipotéticamente posible para una historia de ciencia ficción. Mi pregunta es si, según lo que describo a continuación, otras personas podrían tener algunas ideas sobre cómo podría funcionar la construcción y operación de dichos vehículos.

Como alcance general de la pregunta, esto no describe ningún tipo de unidad warp o FTL. Más bien, propone un escenario hipotético en el que se puede producir artificialmente un campo/fuente de gravedad bajo demanda frente a una nave espacial.

Primero, dos suposiciones. Uno, la gravedad tiene una partícula (en lugar de ser un efecto secundario de la masa en el espacio-tiempo. Mucho debate en la comunidad de físicos en torno a esto, pero respaldado por el Modelo Estándar). Dos, se puede crear una tecnología para crear gravitones bajo demanda.

Ok, dado eso, imagine un tipo potencial de propulsión de nave espacial sin reacción. Un barco tiene una larga proyección frente a él. Al final de esa proyección hay un generador de gravedad que produce un pozo de gravedad de cierta cantidad. Digamos 1G para el ejemplo.

La idea es que tal nave podría producir esencialmente un pozo de gravedad frente a él en el que cae. No tiene que ser un campo constante. Tal vez el generador alterna encendido/apagado para ayudar a mover las cosas.

Tengo algunas ideas sobre cómo se podría configurar el interior de una nave de este tipo. Por ejemplo, cada cubierta podría construirse de modo que los pisos siempre apunten hacia el frente del barco. Para reducir la velocidad, la nave gira 180 grados, por lo que el campo de gravedad ahora está en la dirección inversa de viaje.

Con la excepción del hipotético generador de gravedad, puedo imaginarme poder construir naves espaciales como esta utilizando la tecnología actual. Las fuentes de energía pueden ser solar, fisión, RTG, etc.

¿Qué otras consideraciones tendríamos que hacer al diseñar una embarcación como esta?

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Lo siento, pero ¿podría aclarar un poco más cuál era su pregunta? Quiero decir, al final de tu publicación escribe: "Entonces, mi pregunta es..." Gracias
Gracias @EnderLook. Se agregaron algunos detalles más y se actualizó un poco la redacción.
Tengo un poco de dificultad para visualizar esto, ya que la imagen siempre se convierte en una de tratar de levantarme por mis propios medios. Cada acción ocurre igualmente en direcciones opuestas. Levantar el cuerpo es también tirar de las manos hacia abajo. ¿Cómo empujas algo delante de ti que a su vez te atrae hacia él al mismo tiempo? Empujar algo hacia adelante también te empuja hacia atrás por igual. Pero otra visión que tengo es surfear una ola gravitacional, donde la ola se produce al empujar algo delante de ti.
@JustinThyme Así es como lo pienso. La gravedad viaja a la velocidad de la luz. La mayor parte de la masa de su nave espacial está detrás del generador. Entonces, si lo acaba de encender, tiene razón, ya que está todo unido. Sin movimiento. Pero si lo cronometras de modo que cuando las ondas de gravedad golpeen la nave y el generador esté apagado, deberías obtener un "tirón" marginal hacia la fuente de la ola. Si repite esto una y otra vez, debería obtener una aceleración gradual.
@Geuis Para señalar dónde creo que Justin está teniendo problemas, lo que estás describiendo es básicamente una acción sin una reacción igual y opuesta. Hay una fuerza en la nave, pero no hay una fuerza de reacción correspondiente en el dispositivo que crea los gravitones. Si se tratara de una fuente de gravedad "real", como un agujero negro, es fácil ver que mientras la nave sería empujada hacia adelante, también aplastaría la proyección porque el agujero negro es "difícil de mover".
Aparte del problema de la acción sin reacción que trastorna una gran parte de la física tal como la conocemos, hay otro problema. Los gravitones son las partículas de campo postuladas del campo gravitacional, es decir, median la fuerza gravitacional, que está relacionada con las distorsiones del espacio-tiempo. Actualmente, la única forma que conocemos de distorsionar el espacio-tiempo es a través de la masa. Ahora, una forma más precisa de describir su unidad es que es un dispositivo que le permite al usuario proyectar un hoyuelo en el espacio-tiempo sin que haya ninguna masa presente.
Lo que estás describiendo suena como un surfista lanzando grandes rocas detrás de él para crear una ola que pueda surfear, y luego arroja otra roca para crear otra ola, y así sucesivamente. (Excepto que es el generador el que arroja las rocas de gravedad). La energía para el impulso de avance proviene del 'deslizador de rocas' o, en este caso, del generador de gravedad. Mientras no intentara recuperar la energía que usó para crear el pozo de gravedad, no sería un 'arranque'.
@GretchenV Casi parecería que este 'generador' está manipulando de alguna manera el campo de Higgs. Dado que no entendemos completamente las implicaciones completas del campo de Higgs en la gravedad, ¿qué resultaría exactamente en una distorsión del campo de Higgs? Por supuesto, se necesitarían cantidades considerables de energía para hacerlo. La cosa de acción-reacción sería que la 'burbuja' sacaría todo DELANTE de ella, no solo lo que estaba DETRÁS. Lo contrario sería lanzar una bomba delante de ti en la tierra: una vez que la bomba explotó, te empuja hacia atrás pero también empuja todo hacia atrás POR DELANTE de ella.
Cuando una bomba explota, estacionada frente a ti, te empuja hacia atrás, pero al empujarte hacia atrás, el origen de la explosión en sí no se mueve. Es decir, cuando la onda expansiva te golpea, la ralentizas (reacción opuesta) e incluso puedes desviar la onda expansiva hacia atrás, pero no alejas el punto de la fuente original de la explosión. Pero este es el enigma de la gravedad: si imparte energía cinética, ¿por qué la cantidad de energía gravitacional no disminuye cuando se convierte en otra forma?
Y, aparte, ¿no serían los gravitones equivalentes a la 'masa de reacción', aunque no tengan masa?
@JustinThyme Si bien el campo de Higgs (o más bien el valor esperado de vacío distinto de cero) dota a la mayoría de las partículas de masa intrínseca, la mayor parte de la masa que experimentamos resulta de la energía de enlace (energía == masa) de los quarks en los bariones. Ahora, esto es la construcción del mundo y no hay una etiqueta de ciencia dura o basada en la ciencia, por lo que es mucho más fácil postular una teoría cuántica relativista de la gravedad viable (no tenemos una de estas en este momento) que permite distorsiones del espacio-tiempo. (que generaría gravitones) sin masa. La suspensión de la incredulidad es clave en la discusión de los viajes espaciales.
@GretchenV Entonces, esencialmente, lo suficientemente cerca para la ciencia ficción. Por cierto, puedo argumentar que debería ser espacio/tiempo, en lugar de espacio-tiempo, porque las tres primeras dimensiones se multiplican para llegar a la siguiente (en el numerador) como en área = largo x ancho, pero el tiempo es una dimensión que se divide (en el denominador) para pasar al siguiente nivel, como en velocidad = m/s o aceleración = m/s/s. Hace que sea más fácil visualizar por qué no puede pasar de 3D a 4D de la forma en que visualiza de 2D a 3D. Divides la dimensión del tiempo, no la multiplicas.
@GretchenV y ¿la 'masa intrínseca' no debería ser 'masa inercial'?
"Por ejemplo, cada cubierta podría construirse de modo que los pisos siempre apunten hacia el frente del barco". Percibimos el movimiento suave del video a partir de una secuencia rápida de imágenes fijas debido a la persistencia de la visión. Lo mismo con el uso de iluminación de 60 hercios, para iluminar nuestras habitaciones. ¿Encender y apagar rápidamente un generador de gravedad tendría el mismo efecto? ¿Experimentarían nuestros cuerpos una 'persistencia de la gravedad'? ¿Existiría alguna vez el equivalente gravitatorio de 'vemos que las ruedas giran hacia atrás' porque giran a una velocidad ligeramente superior a la de la cámara de cine, cuando algo 'cae'?
@JustinThyme Sí, masa intrínseca -> masa inercial, pero en cuanto al espacio-tiempo en lugar de espacio/tiempo, lea esto: en.wikipedia.org/wiki/Spacetime . En términos de relatividad general, lo importante es la distancia entre dos puntos en el espacio-tiempo. La velocidad y la aceleración son cantidades derivadas (y la velocidad es relativa de todos modos, depende del observador)
@GretchenV Corremos el riesgo de que nos envíen a chatear, pero podría darle un tratado matemático a favor de llamarlo espacio/tiempo.
Singularity Sky No necesito decir nada más, no creo.
Soy dueño de esa novela. No tiene nada que ver con mi pregunta.

Respuestas (2)

algunos problemas

Un canal en el espacio-tiempo frente a su nave no hará nada a menos que se cree una cresta correspondiente detrás de él. Es más como surfear en una ola de espacio-tiempo que como caer. También es inercial, por lo que técnicamente no se trata de ningún movimiento sino de un cambio de ubicación que ocurre constantemente a medida que deforma el espacio a su alrededor. Básicamente, solo está proponiendo una forma pseudocientífica de ondas manuales para crear una unidad de Alcumbierre sin usar materia exótica, masa negativa o, literalmente, volúmenes astronómicos de energía. Esto viene con algunos problemas sin embargo.

El abrevadero atrapa cosas

Ese canal en el espacio-tiempo recogerá literalmente todo lo que se interponga en el camino y lo moverá junto con la nave. Esto significa que cada mota de polvo, partícula radiactiva, átomo de hidrógeno, partícula de alta energía, etc., etc. Una vez que la nave se detenga, será impulsada en una onda de proa a lo largo de cualquier camino que estés viajando a la velocidad de la luz. Borrarás lo que sea que estés tratando de alcanzar simplemente al alcanzarlo. El hecho de que no estemos detectando estallidos de radiación tan locos y ondas catastróficas en el espacio-tiempo significa que este método de viaje no funciona, que no hay razas inteligentes que lo utilicen o que nuestro modelo de gravedad es incorrecto. (Pista: nuestra evidencia de que la gravedad funciona de la manera en que lo hace es bastante fuerte). Pero es Ciencia Fantasía, por lo que no tiene que ser totalmente precisa.

Problemas gravitatorios catastróficos

Resulta que el tsunami de partículas radiactivas es en realidad un efecto secundario menor de algo un poco más aterrador. Mira, esa ola de marea de partículas altamente radiactivas que se mueven a la velocidad de la luz está siendo transportada por una especie de ola de salpicadura de espacio-tiempo. Entonces, cuando salga de su "salto", liberará una distorsión del espacio-tiempo tan grande que comenzarán a suceder cosas extrañas. Piensa si tienes un montón de pelotas de playa dispuestas en una piscina y un tipo lanza una bala de cañón al agua. Eso, excepto con los planetas. También ocurrirían extrañas distorsiones temporales que no soy lo suficientemente inteligente para explicar, excepto que nadie estaría cerca para verlo, ya que estarían demasiado ocupados friéndose hasta la muerte en toda la horrible radiación para darse cuenta de que su planeta estaba volando hacia un nuevo órbita, y dado que están atrapados en la distorsión temporal, no No me di cuenta de que el tiempo no fluía correctamente de todos modos. Sin embargo, la tripulación horrorizada de su nave son observadores externos, por lo que podrían verlos morir a todos en ritmos de tiempo realmente distorsionados, así que eso es bastante bueno. Si no piensas ver cómo se destruyen sistemas solares completos cada vez que saltas, entonces tendrás que romper ese handwavium y encontrar una solución de por qué esto no sucede también.

Problemas temporales

Entonces, aunque el método de viaje de deformación del espacio-tiempo de Alcumbierre no necesariamente mueve la nave cinéticamente a una velocidad más rápida que la de la luz, todavía está sujeta a muchas leyes relativistas con respecto al fenómeno temporal. Es decir, que si te mueves más allá de la velocidad de la luz, el tiempo en realidad comienza a retroceder. Esto significa que en realidad aparecerías en algún lugar antes de irte. Esto causa todo tipo de paradojas locas del tiempo que soy demasiado poco inteligente para entender. Pero es algo malo. Suceden cosas malas cuando rompes el tiempo. Probablemente necesite más handwavium y mcguffinite para arreglar esto.

En última instancia, no es un problema para la historia.

Mira, la cosa es que FTL ya no es posible. FTl es casi literalmente magia espacial en cualquier historia basada en la ciencia. La idea de tu nave puede funcionar como quieras sin ninguna de las horribles implicaciones del gran escenario de "qué pasaría si" en el que pretendemos que FTL funcionaría con la física real. El punto es que el plano de la cubierta de tu barco ficticio no es la parte más importante de la historia de la que realmente debes preocuparte si vas a dedicarte a la ciencia dura aquí. En realidad, solo les estoy dando la visión de un profano de por qué la ocurrencia de FTL sería bastante horrible para todos los involucrados, pero si alguien SÍ hiciera que FTL funcionara, básicamente sería un desastre cósmico cada vez que lo encendieran.

Gracias por la respuesta @TCAT117. No estoy seguro, pero sospecho que empezaste a pensar en tu respuesta mientras actualizaba la pregunta. Lo que estoy pensando específicamente no es una unidad warp o un sistema FTL. Más bien, es completamente relativista. En el centro de la idea, en lugar de empujar, el vehículo está siendo remolcado . Al crear una gravedad artificial muy por delante del vehículo, la nave cae hacia la fuente y gana aceleración de esa manera.
Así es como funciona un motor warp hermano. Un pozo de gravedad es una deformación en el espacio-tiempo.
Hay algunas consideraciones interesantes sobre la atracción de desechos y partículas energéticas que se encuentran con el campo artificial. Supongamos que los gravitones son como los neutrinos en el sentido de que no interactúan con los campos EM, por lo que serán expulsados ​​en todas direcciones y atraerán cosas hacia el generador. ¡Esto podría ser algo malo! Alternativamente, digamos que puedes enfocar tus gravitones solo hacia la nave. Muchos de esos problemas podrían evitarse.
Ja, claro, técnicamente esto sería un "motor warp" en el sentido de que la masa emite gravitones (en esta situación hipotética), por lo que todas las estrellas/planetas, etc. son "motores warp". Pero con esta idea, no es una unidad Star Trek FTL. Es simplemente una fuente puntual de gravedad que se puede encender y apagar. Mientras está encendido, doblaría el espacio pero no como en la unidad de Alcubierre.
Nuevamente, me refiero a mi declaración anterior en mi respuesta. Sustituya FTL por la palabra magia. Estamos discutiendo algo que es fundamentalmente imposible, así que es realmente lo que quieras que sea. Simplemente detallé algunas físicas conocidas y los efectos que tienen.
Agradezco los comentarios. Estoy bastante seguro de que no está captando el concepto central que estoy describiendo, pero está bien.
No, lo entiendo, solo está inventado y no funcionaría a menos que decidas ignorar una gran cantidad de física comprobada.
@Geuis No le hagas caso. Hay mucha gente por aquí que no reconoce la diferencia entre 'física comprobada' y 'física especulativa'. Para algunos, la física es una religión a la que se adhiere con fanatismo ideológico. 'Toda la verdad es conocida, y el PhysicsTextbook es el depósito de esa verdad'.

Vale, imagínate el Empire State Building, y la punta de la antena es el generador de pozos de gravedad. La parte inferior de la nave es un propulsor gigante que te empuja hacia adelante con 1 g de fuerza. Ahora todos pueden pararse en la oficina y hablar y beber de los dispensadores de agua y esas cosas. Algunos pisos serían apartamentos, otros recreación o restaurantes o lo que quieras. Solo asegúrate de que entre cada piso haya una aleta gigante que pueda girar el piso para que esté en la dirección opuesta cuando comiences a desacelerar. Nuevamente, a 1 g para que tenga una gravedad básicamente normal. Y luego, cada vez que decidas detenerte, todos deben sujetarse y sellar todo para que no flote por todas partes.

Además, todo es cromado.

Nave de pozo de gravedad no relativista:

Imagina un platillo volador. El generador de pozo de gravedad se puede girar alrededor de este borde exterior para crear un motor direccional de 360°. Además, tiene la forma perfecta para disparar desde un cañón de riel al espacio. Desafortunadamente, la nave solo puede moverse en un eje bidimensional, por lo que necesitará pequeños propulsores para cambiar el plano de la nave si tiene que ir a algún lugar que no esté alineado.

Sin embargo, afortunadamente, puede alimentar estos propulsores con hidrógeno, porque a medida que viaja a través de spave, su pozo de gravedad creará ubicaciones con concentraciones densas de materia que la mayoría del vacío vacío. Simplemente recójalos a medida que avanza para crear combustible para los propulsores a reacción. (Tenga en cuenta que no está quemando el hidrógeno, solo expulsando chorros de alta presión).

Ahora, el verdadero problema es alimentar tu nave en el espacio, lo cual, debo decir, depende de adónde te dirijas. Si permanece cerca de nuestro sol, o de uno diferente, podría cubrirse con paneles solares y depender principalmente de eso. Si estuviera lejos del sol, podría hacer generación termoeléctrica de radioisótopos, que es lo que alimenta los satélites y las sondas. No producen toneladas de electricidad, pero es posible que tengas varias o una muy grande.

El generador termoeléctrico también podría funcionar alineando una nave espacial de modo que un lado plano mire hacia el sol y el otro hacia el otro lado. La diferencia de temperatura sería inmensa y podría tener un generador termoeléctrico bastante grande funcionando.

También puede hacer algo como un tanque de hidrólisis alimentado por energía solar, y luego un compresor de gas y, finalmente, un generador que usa hidrógeno que reacciona con oxígeno como combustible. Me gusta este tipo porque funciona como una batería que recorre distancias mayores que la energía solar normal.

Hola Clay. No necesitarías propulsores más el generador de gravedad. El generador es su fuente de propulsión, pero lo atrae en lugar de empujarlo. Además, también me gusta el cromo, pero agregaría paneles de acento de madera.
@Geuis Los propulsores solo están ahí para generar fuerza g, ya que el pozo de gravedad no lo acelerará.
@Geuis No vi la actualización, cambiará las cosas en consecuencia.
¿Consideraciones para diseños hipotéticos de barcos que utilizan un generador de gravedad para la propulsión? [cerrado]
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