Experimento mental "Warp-drive"

ingrese la descripción de la imagen aquí¿Por qué no funcionaría este "motor warp"? Suponiendo que podamos construir un volante que pueda sobrevivir cerca de la velocidad de la luz y tener un almacenamiento de energía a bordo o energía emitida que pueda girarlo hasta esa velocidad y volver a bajar

1) Enlace telescópico entre dos cápsulas, son libres de moverse una hacia la otra

2) el volante de la primera cápsula comienza a girar. A medida que se acerca a la velocidad de la luz por lo que he oído sobre la relatividad, comenzará a volverse más masivo en lugar de volverse más rápido.

3) Esta masa adicional le dará un campo gravitatorio más fuerte, ¿verdad?

4) Ambas cápsulas ahora caen una hacia la otra de acuerdo con la ley de gravitación de Newton, sin embargo, debido a que la cápsula frontal ahora es mucho más masiva, no se mueve notablemente a diferencia de la cápsula trasera que básicamente sale disparada hacia la cápsula frontal.

5) Después de un tiempo, el volante se ralentiza, las masas de las dos cápsulas vuelven a ser iguales, sin embargo, la cápsula trasera permanece en constante movimiento hacia la cápsula delantera debido a la primera ley de Newton.

6) Justo antes de que la cápsula trasera se tope con la delantera, el varillaje se vuelve rígido, lo que hace que la cápsula trasera transfiera impulso a la cápsula delantera.

7) Debido a que tienen la misma masa nuevamente, su nueva velocidad es v / 2 donde v es la velocidad ganada por la cápsula trasera en su aceleración gravitacional inicial

¿Pensamientos? Digo que es un impulso de deformación porque usando la visualización del espacio-tiempo donde es una lámina elástica plana, el volante abolla la lámina que succiona la cápsula trasera pero justo antes de que llegue allí, la abolladura desaparece pero luego reaparece más adelante en la línea para repetir el proceso.

Creo que aquí se ha hecho una pregunta similar.
+1 Aunque hay errores en la idea, esto es inteligente.

Respuestas (3)

Necesitas acelerar y desacelerar el volante. Para que el sistema sea autónomo, la energía debe provenir del interior de su dispositivo. La energía total del dispositivo no cambia con la aceleración del volante, ya que la energía debe provenir de otra parte del dispositivo.

gracias, ¿qué pasa si transmites la energía hacia y desde la Tierra con láseres si no funciona de forma autónoma?
Si está agregando energía desde el exterior para acelerarlo, no tiene un motor warp autónomo,
Sin embargo, ¿no es cierto para todos los dispositivos de propulsión? ¿Que usan algo de energía interna para producir empuje?
En este caso, la energía interna se utiliza para aumentar la energía cinética del volante. A medida que aumenta la energía cinética, la fuente de energía, una batería, por ejemplo, pierde la misma cantidad de energía suponiendo una eficiencia del 100 %. La energía neta del sistema no cambia. No hay empuje en el sistema descrito. Está tratando de aumentar la masa del sistema aumentando la energía cinética del volante, aumentando así la fuerza gravitacional.
Pero, de nuevo, ¿la energía neta del sistema no es siempre la misma? (Por ejemplo, para un cohete químico, la energía química del combustible de antemano es igual a la energía cinética del cohete y el escape después). Creo que sería más útil que explicara en su respuesta por qué la conservación de la masa/energía significa que la fuerza gravitatoria no cambia.
@ 2012rcampion, en un cohete químico, la energía neta es la misma, si incluye la masa de reacción , pero en la práctica, solo nos importa el cambio de energía del cohete. Para un dispositivo de gravedad, mi = METRO C 2 , lo que significa que la gravedad de un sistema es la suma de la masa en reposo y la "masa de energía". Entonces, al hacer girar el dispositivo con (literalmente unos pocos miles de millones de toneladas de) energía para aumentar su masa, estás tomando energía (y por lo tanto masa) de otra parte del sistema, disminuyendo la gravedad allí.
Correcto, estoy diciendo que eso (el hecho de que la gravedad incluye tanto la masa como la energía) es lo que Minify está descuidando aquí, y lo que deberías explicar en tu respuesta.
@2012rcampion está bien, pero recuerda que son 2 cápsulas que se pueden mover de forma independiente en un eje, por lo que el sistema no está completamente contenido. Si la energía proviene del trasero y disminuye su masa como usted dice, ¿no haría que esto funcionara aún mejor porque acelerará hacia el objeto más masivo aún más rápido porque a = f / m?
El gravitatorio; la atracción entre las dos cápsulas no cambiará. La energía reducida del módulo posterior será igual a la energía añadida al módulo frontal (nuevamente suponiendo una eficiencia del 100 %) para que la atracción gravitatoria entre los módulos sea la misma que antes de la transferencia de energía.

Una mayor velocidad no es igual a una mayor masa. Esto es algo que comúnmente se enseña a los estudiantes principiantes de relatividad como una explicación del momento relativista porque es fácil de entender (pero conduce a conceptos erróneos).

Además, se debe transferir impulso para desacelerar el volante.

Gracias, no sabía esto. Pero, ¿qué sucede con la energía cinética cuando se acerca a la velocidad de la luz si no se convierte en masa?
@ Minify aumenta pero no debido a la masa
¿Podría reformular eso, por favor? ¿Estás diciendo que la KE aumenta? Pero si v se ahoga en c y m no aumenta según usted, ¿cómo sigue aumentando 1/2 mv ^ 2? Perdon por la ignorancia, solo se mecanica newtoniana.
@minify 1/2 mv^2 es solo una aproximación válida para el caso donde v << c.

La masa relativista no aumentará la atracción gravitacional, la fuerza gravitacional depende de la masa en reposo de un objeto.

Si es así, entonces los fotones no deberían tener ninguna gravedad. Dado que se ven afectados por la gravedad, esto desafiaría la tercera ley de Newton. Además, esto significaría que la aniquilación y la producción de pares provocan ondas de gravedad, ya que la masa total en reposo cambia durante el proceso. Entonces... falso.
@JanDvorak La geometría del espacio-tiempo es invariable independientemente del marco de observación, por lo que un concepto dependiente del marco como el relativista no puede alterar las EFE y dar una respuesta diferente. Claro, algunos componentes del tensor de energía de estrés cambiarán dependiendo de su marco, pero la predicción general de los EFE será la misma.
La fuerza gravitacional no debe depender del marco de referencia del observador. No soy un experto en esto, pero creo que los fotones simplemente siguen el camino de cómo se curva el espacio-tiempo, en realidad no tienen gravedad.
@SystematicDisintegration ahora, ese es el objetivo de una masa relativista, ¿no? Cada vez que escuché una motivación para la masa relativista, se refería a la gravedad, no a la inercia. Pero se pone peor. Los protones tienen una masa en reposo significativa (938 MeV/c2), pero en su mayoría están compuestos por gluones (que no tienen ninguno). Los tres quarks de valencia contribuyen con unos míseros ~10 MeV/c2 de masa en reposo. Según su teoría, la mayor parte de la masa del protón no debería ser gravitante. en.wikipedia.org/wiki/Proton#Quarks_and_the_mass_of_the_proton
@JanDvorak No tenemos una teoría de la gravedad cuántica que funcione, así que no voy a comentar sobre el protón. En cuanto a la motivación de la masa relativista, no tiene nada que ver con la gravedad. Simplemente se introdujo para restaurar muchas fórmulas de la relatividad especial a sus versiones no relativistas, a saber, la de cuatro impulsos y la de cuatro fuerzas. La física se puede hacer perfectamente en un marco que considera solo masas en reposo (como es el caso hoy en día; la masa relativista es un concepto ortodoxo). Mi primer comentario se mantiene.
Los fotones tienen impulso (pista: velas solares, propulsores láser, este económico juguete de escritorio ). También se ven afectados por la gravedad . Esto significa que la gravedad puede cambiar su impulso. Por la conservación de la cantidad de movimiento, esto también significa que el objeto que desvía la trayectoria de la luz también debe cambiar su cantidad de movimiento.
@SystematicDisintegration que los protones causan gravedad en relación con su masa en reposo se puede observar con bastante facilidad, ya que el 50% de la masa de la Tierra está formada por protones (y la otra mitad está compuesta por neutrones, que tienen el mismo problema).
@JanDvorak Los fotones se ven afectados por la gravedad porque todos los objetos siguen geodésicas en el espacio-tiempo, independientemente de su masa/energía en reposo. Como dije anteriormente, no tenemos una teoría de la gravedad cuántica que funcione, por lo que no podemos aplicar el caso del fotón directamente a las EFE (no he visto un tensor de energía de estrés construido para un fotón). Incluso si aplica los EFE a un objeto con una masa en reposo distinta de cero, el momento y la energía del objeto cambiarán de acuerdo con el marco de referencia, pero la respuesta final obtenida no se verá afectada. El EFE es una ecuación tensorial que es invariante bajo difeomorfismos.
Supongamos por un momento que los fotones se ven afectados por la gravedad pero no causan atracción gravitatoria por sí mismos. Por lo tanto, propongo el siguiente mecanismo propulsor (poco práctico) que desafía la conservación del impulso. Tomemos un agujero negro (bueno, eso es difícil, así que toma lo más pesado que puedas). Tomemos un par de espejos y colóquelos ligeramente inclinados detrás del agujero negro. Cojamos un potente láser y apuntémoslo para que los fotones reboten varias veces entre los espejos. Los fotones se aceleran hacia adelante debido a la gravedad, pero no acelerarán el agujero negro. ...
@Jan Dvorak, si una partícula viaja cerca de la velocidad de la luz con respecto a mí, entonces obviamente me vería viajando cerca de la velocidad de la luz (en la dirección opuesta), por lo que parecería que la partícula es extremadamente masiva y tener una gran atracción gravitacional? No me parece.
@JanDvorak Intentas repetidamente combinar el modelo estándar con la relatividad general. GR es una teoría clásica, y no puede simplemente tomar algún resultado/predicción de QFT y aplicarlo allí.
... Intercambiarán su impulso con el propulsor cuando reboten en los espejos. Si apunta bien, obtendrá un fotón que ha cerrado una trayectoria cerrada, lo que significa que su impulso se restablece, lo que significa que toda su aceleración fue a los espejos. Dado que los fotones ganaron más impulso hacia delante que el agujero negro ganó impulso hacia atrás (= ninguno), el efecto neto es un empuje hacia adelante sin que el propulsor emita ninguna radiación. Violación de la ley de conservación de la cantidad de movimiento.
@SystematicDisintegration, ¿me está diciendo que la conservación del impulso es el resultado de la mecánica cuántica? ¿En qué punto mi propulsor de gravedad de fotones asume algo de la mecánica cuántica? La lente gravitacional es el resultado de GR y las leyes de Newton son anteriores a ambas. ¿O está negando que los fotones tengan un impulso que puedan intercambiar cuando rebotan en las cosas?
@JanDvorak Mi respuesta abordó su uso repetido del protón como ejemplo. Soy muy consciente de que la conservación del impulso se deriva del teorema de Noether. Te estás desviando de la publicación original. Le sugiero que publique una nueva pregunta si tiene alguna duda sobre la validez de mi declaración original.
@SystematicDisintegration No voy a disputar tu primer comentario. Simplemente no sé cómo se relaciona con los fotones que tienen su propia gravedad o no. El que responde afirma erróneamente que no lo hacen. La conservación del impulso dice que sí.
@JanDvorak No, la publicación no dice nada sobre fotones. Es un hecho bien establecido que la fuente de gravedad en GR es el tensor de tensión-energía, lo que significa que tanto la energía como la masa pueden producir una curvatura intrínseca del espacio-tiempo. La afirmación "la masa relativista no determina la curvatura del espacio-tiempo" es cierta en todas las circunstancias (excepto en las QM; es una consecuencia de la inexistencia de una teoría de la gravedad cuántica que funcione). Un ejemplo obvio es el hecho de que un objeto que se mueve a velocidades relativistas en un marco no se convierte en un agujero negro incluso si la masa relativista diría que debería hacerlo.
@SystematicDisintegration entonces, dado que la gravedad es causada por la curvatura del espacio-tiempo, ¿ambos afirmamos que el que responde está equivocado? Bien :-)
@JanDvorak No. Vishwaas es correcto. Acabo de explicarlo. Vishwaas no dijo que la masa en reposo es la ÚNICA fuente de gravedad. Pero sí dijo que la masa relativista NO es una fuente de gravedad. Creo que la distinción debe ser considerada.
@SystematicDisintegration ¿cómo? ¿La gravedad no es causada por la curvatura del espacio-tiempo, o la energía solo cambia la curvatura del espacio-tiempo de una manera que cancela las contribuciones asociadas de la masa que no está en reposo a la curvatura del espacio-tiempo? ¿Cómo se sigue "las partículas con masa cero en reposo no tienen ningún efecto sobre la curvatura del espacio" de "tanto la energía como la masa pueden producir una curvatura intrínseca del espacio-tiempo"?
Hablando de la distinción, ¿estás sugiriendo que el componente de la masa que no es de reposo causa gravedad si es transportado por partículas sin masa pero no causa gravedad si es transportado por partículas masivas? Eso suena poco probable.
Entonces, reemplacemos los fotones en mi propulsor de gravedad de fotones con protones o cualquier bola liviana de masa. Si se mueven a velocidades relativistas, obtendrán impulso de acuerdo con su velocidad relativista, por lo que su gravedad debería dar el mismo impulso al agujero negro propulsor.
@JanDvorak Repito: "la gravedad depende de la masa en reposo de un objeto" no significa que "la gravedad SOLO depende de la masa en reposo", es decir, la respuesta no dice que las partículas de masa en reposo cero, como los fotones, no tengan efecto en el espacio-tiempo. Lo que dice la respuesta es que la gravedad NO depende de la masa relativista, y eso es correcto.
@SystematicDisintegration otro argumento: tengamos un par de bolas moviéndose a velocidades relativistas, unidas entre sí por una cuerda realmente fuerte. Todo el conjunto se mueve a velocidades no relativistas. Todo el conjunto está orbitando una estrella. Todo el conjunto tiene una masa mucho mayor que la suma de las masas en reposo de sus componentes (de lo contrario, su masa sería menor que la suma de las masas de sus componentes). Esto significa que gana mucho más impulso de la gravedad de la estrella que si las bolas del interior estuvieran en reposo. Eso significa que la estrella también debería sentir una atracción gravitacional mucho más fuerte.
Este es esencialmente el mismo argumento que para la masa en reposo del protón que consiste principalmente en la energía de enlace entre los quarks en lugar de la masa en reposo de los propios quarks. Tenga en cuenta que la fuente de masa en reposo de los protones es independiente de GR...
@JanDvorak No tengo suficiente espacio para comentarios para responder eso. Publíquelo como una nueva pregunta si desea resolver este problema.
@SystematicDisintegration ¿Cuál sería la forma de la pregunta? "Tengo estos argumentos a favor de la masa relativista que causa la gravedad, pero esta respuesta afirma lo contrario. ¿Cuál es la correcta?", Luego espere a que se responda, luego vincúlelo aquí para documentar que la respuesta es incorrecta.
@SystematicDisintegration en cuanto a que no hay suficiente espacio para comentarios... ¿le gustaría pasar al chat?
De hecho, esa pregunta ya se ha hecho para los fotones : sí, tienen gravedad.
Conclusión de la discusión hasta ahora: la "atracción gravitacional" mencionada en la respuesta es distinta de la fuerza real en el marco de referencia del experimento mental. Es posible transformar de un marco de referencia inercial a uno diferente, dependiendo de la velocidad angular del objeto giratorio, en el que el objeto giratorio causa solo la curvatura de espacio-tiempo que tendría dada su masa en reposo. Cómo se relaciona eso con el experimento mental está pendiente de discusión.
De acuerdo... Creo que no debí haber usado la palabra "fuerza".
@Vishwaas puedes editar la respuesta. Sería bueno una explicación de qué es exactamente lo que no cambia. Tampoco sé cómo se relaciona con la pregunta, por lo que es posible que también desee profundizar en eso. (echa un vistazo al chat vinculado)
Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .
Experimento mental "Warp-drive"
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