¿Hasta dónde podría extenderse la humanidad a través del universo?

Supongamos que desarrollamos un cohete perfecto, digamos un estatorreactor utilizando un impulsor de conversión de materia en energía muy eficiente, en unos pocos siglos. ¿Hasta dónde podrían llegar los colonos con tal tecnología? ¿El grupo local? ¿Supercúmulo de Vrigo? ¿Supercúmulo de Laniakea?

Dado que el universo se está expandiendo y que habría que reducir la velocidad de nuevo para poblar una región, ¿ a qué distancia se encuentra hoy el lugar más lejano al que se puede llegar ?

Soy consciente de que la velocidad y el vector de los objetos distantes serán bastante relevantes para responder si se puede alcanzar o no un objetivo específico. Así que estoy buscando un límite áspero.

¿Puede la humanidad alcanzar alguno de estos?

¿Puede la humanidad alcanzar alguno de estos?

¿Está suponiendo que el cohete acelera a +1 g durante la primera mitad del viaje y -1 g durante el resto? De esa manera, el viaje sería cómodo para los humanos.
El autor de ciencia ficción, Charles Stross, hizo los cálculos hace unos años: antipope.org/charlie/blog-static/2007/06/… Incluso con una conversión perfecta de materia a energía, la respuesta es bastante desalentadora.
@chasly-supportsMonica La aceleración dependería de la densidad del medio interestelar/intergaláctico y de las unidades de conversión de manera eficiente. Tendría que correr los números en eso.
Mucho depende de las características de este "cohete perfecto": qué fracción de la velocidad de la luz puede alcanzar y con qué aceleración.
VTC:NMF. (a) Estás haciendo más de una pregunta. Francamente, técnicamente estás haciendo más de una docena de preguntas. Por favor elige uno. (b) Esta pregunta cae en esta categoría: "¿Cuántos ángeles pueden bailar en la cabeza de un alfiler? Respuesta: tantos como quieran". Los humanos pueden seguir alejándose de la Tierra mientras las reglas de su mundo lo permitan. Por ejemplo, los barcos de generación o la criogenia permitirían una expansión infinita. Entonces... ¿cuál es tu pregunta?
@JBH expansión infinita, ¿eh? ¿No lo está preguntando porque el universo se expande, puede haber limitaciones físicas que impidan habitar incluso una parte de la parte observable del universo? No digo que sea una gran pregunta, pero no es tu pin-q
Estoy de acuerdo con MolbOrg; existen limitaciones claras, tanto en un estatorreactor que viaja a través del medio intergaláctico como en la distancia que puede viajar una nave espacial antes de que la expansión del universo rompa los supercúmulos (que no están ligados gravitacionalmente). Hay una carrera contra el tiempo muy específica si quieres ir más allá del Grupo Local.
Puedo estar equivocado con (b), pero no con (a)...
@JBH No estoy seguro de qué otras preguntas quiere decir; es solo preguntar hasta dónde podría extenderse la humanidad. Todas esas estructuras (el Grupo Local, el supercúmulo de Virgo, etc.) están a diferentes escalas de distancia, por lo que es como preguntar "¿Qué tan lejos puede conducir un automóvil? ¿Abajo de la cuadra? ¿Hasta el borde de la ciudad? ¿Al siguiente estado?" Esas son técnicamente preguntas múltiples desde un punto de vista puramente sintáctico, pero todas son solo facetas de la misma pregunta.
@HDE226868 "¿Puede la humanidad alcanzar alguno de estos?" "¿A qué distancia está el lugar más lejano al que se puede llegar?" "¿Hasta dónde podrían llegar los colonos con tal tecnología?" "¿Hasta dónde podría extenderse la humanidad a través del universo?" Entiendo su punto de que las referencias son sintácticas, pero qué distancia puede conducir un automóvil con un tanque de gasolina, en comparación con qué distancia puede conducir un automóvil con un juego de neumáticos, en comparación con qué distancia puede conducir un automóvil sin más aceite en comparación con. si hay un océano en el camino... ¿Cómo se responde la pregunta cuando, sin centrarse en un tema, cualquier respuesta sirve? (Eso va en contra del centro de ayuda ).
@JBH Sin embargo, eso no es lo que pregunta el OP: el estatorreactor no está cambiando en absoluto aquí.
@HDE226868, "Supongamos que desarrollamos un cohete perfecto..." todo lo que sigue no importa, ¿verdad? Eso trae (b) de vuelta al juego. Sé que estoy siendo un palo en el barro, pero con un "cohete perfecto" lo único que detiene a la humanidad de la expansión infinita es el tiempo y si el objetivo se mueve o no más rápido de lo que el "cohete perfecto" puede llevarlos. Sin embargo, lo dejaré. Gracias.
@JBH La imagen estaba destinada a mostrar la escala de las cosas que me interesan. La pregunta a continuación se mencionó como un final retórico. Si crees que debo quitarlo, lo haré.
@JBH Cohete perfecto, con esa operación simplemente eliminó la distracción de las limitaciones de combustible, eso es todo. es casi lo mismo que decir veamos combustión perfecta de hidrógeno y oxígeno, es decir caso ideal sin pérdidas ni reacciones secundarias, etc. es el típico caso idealista en ciencia, no lo convierte en alguna pregunta teológica. no trae incertidumbres, despeja distracciones. Voté a la baja por la etiqueta de ciencia dura porque he votado a la baja todas las respuestas debido a eso, y me faltan puntos de Internet gratuitos para eso. Pero todo lo que hay por los problemas de la pregunta, de verdad.

Respuestas (4)

Según esta fuente ( https://phys.org/news/2019-09-fast-universe-mystery.html ), el universo se expande entre 70 y 90 km/s/megaparsec. Siendo el valor medio 82.

Un cohete, incluso uno perfecto, está limitado por la ecuación del cohete: dv = ve (mo/mf)

Sustituya c por ve, y dv de 0.3c tiene un mf/mo de 74%. Solo en la aceleración. Cuadrado para incluir el frenado 30%c requiere que alrededor del 96% de la embarcación sea combustible.

Por lo tanto, llamemos al 30% ca el límite superior práctico para los vuelos espaciales basados ​​en cohetes.

Entonces, cualquier cosa lo suficientemente lejos como para expandirse más rápido que 0.3c está más allá de nosotros para siempre, con tecnología de cohetes. Aproximadamente 300000 x 0,3 = 82 x distancia. Eso da una distancia de aproximadamente 1.097 megaparsecs. 1 megaparsec = 3,2 millones de años luz. Nuestro universo alcanzable con cohetes, entonces, está a 3.200 millones de años luz.

Interesante respuesta. Sin embargo, propongo usar un estatorreactor, un cohete que no lleva combustible sino que se alimenta del medio interestelar.
Ese valor para la constante de Hubble es solo un estudio, y está muy lejos de los dos grupos de valores, que (como menciona el artículo) son realmente alrededor de 67 km/s/Mpc y 73 km/s/Mpc. Creo que 70 km/s/Mpc sería mejor para un cálculo básico, aunque supongo que no sería tan significativo (solo un par de cientos de millones de años luz).
Revisé la ecuación de impulso específica para el estatorreactor. Puedo ver cómo podrías llegar a un impulso específico infinito. Dicho esto, la conservación de la energía es el próximo limitador en torno al 80-90 %c. Esto triplicaría el rango anterior.
Posiblemente un poco más que eso si la constante de Hubble es más pequeña.
Discrepar. La velocidad de tu cohete no limita lo que puedes atrapar. La cosa es que no estás limitado a una sola quemadura. Deténgase en el camino, reposte y vuelva a ponerse en marcha: cada salto tiene una diferencia de velocidad por debajo de su límite.

Primera parte de cuatro:

Suponiendo un viaje espacial relativamente realista y probable.

Suponiendo que los humanos finalmente puedan construir naves espaciales que puedan acelerar a velocidades de 0,001 a 0,1 de la velocidad de la luz y desacelerar al final de sus viajes, esas naves espaciales deberían tardar entre 10 y 1000 años en viajar un año luz.

Asumiendo que los humanos pueden colonizar sistemas estelares sin mundos habitables mediante la construcción de hábitats espaciales, y que la estrella promedio tiene varios sistemas estelares con 10 años luz, y un viaje de 10 años luz que toma de 100 a 10,000 años es la longitud máxima, un mundo colonizará todos los sistemas estelares con 10 años luz dentro de 100 a 10.000 años del envío de las primeras naves coloniales.

Suponiendo que cada sistema de colonias tarde entre 100 y 1000 años en poblarse y desarrollarse lo suficiente como para enviar sus propias naves coloniales, un mundo debería colonizar todas las estrellas en un radio de 10 años luz dentro de unos 200 a 11 000 años después de haber sido colonizado.

Por lo tanto, los humanos podrían propagarse por la galaxia a una velocidad de 10 años luz cada 200 a 11 000 años, a una velocidad promedio de 0,000909 a 0,05 veces la velocidad de la luz, y por lo tanto, a una velocidad promedio de 0,000909 a 0,05 años luz. por año.

Dado que las partes más lejanas del disco galáctico se encuentran probablemente a mucho menos de 100.000 años luz de la Tierra. a ese ritmo, debería llevar menos de 2.000.000 a 110.000.110 años colonizar todo el disco galáctico de la galaxia.

Pero sería imposible colonizar aquellas partes del halo galáctico donde la densidad de estrellas es lo suficientemente baja como para que la mayoría de las estrellas estén a más de 10 años luz de sus vecinos más cercanos. Por lo tanto, sería imposible alcanzar la mayoría o la totalidad de los cúmulos de estrellas globulares y la mayoría o la totalidad de las pequeñas galaxias satélite de la Vía Láctea, y mucho menos las galaxias más distantes en el grupo local como la galaxia de Andrómeda, y mucho menos las galaxias decenas o cientos. de millones de años luz de distancia, por no hablar de galaxias a miles de millones de años luz de distancia.

La segunda parte:

Suponiendo viajes espaciales mucho más rápidos y menos probables.

Pero si los humanos son capaces de construir una balsa espacial que puede viajar mucho más rápido que 0.001 a 0.1 veces la velocidad de la luz, y/o son capaces de construir naves espaciales capaces de llevar colonos humanos a estrellas distantes después de viajes mucho más largos que 100 a 10,000 años, los humanos podría propagarse mucho más rápido y llegar a lugares mucho más distantes en un solo viaje.

Por lo tanto, los humanos podrían propagarse de una estrella a otra, incluso entre las estrellas muy separadas en el halo de la Vía Láctea, y así llegar a los cúmulos globulares e incluso a las pequeñas galaxias satélite.

Parte tres:

Asumiendo las capacidades de viaje espacial en la pregunta original.

Y si los humanos desarrollan naves espaciales que pueden viajar casi a la velocidad de la luz, de modo que la dilatación del tiempo reduzca el tiempo a bordo de las naves a una pequeña fracción del paso del tiempo en el universo exterior, una nave podría viajar 100.000 o 1.000.000 de años luz en solo unas pocas décadas del tiempo de la nave, y los humanos posiblemente podrían propagarse de galaxia en galaxia. Por lo tanto, es probable que los humanos lleguen a todas las galaxias que no estén tan lejos como para alejarse más rápido que la luz, o más rápido que la aproximación muy cercana a la velocidad de la luz que tales naves podrían alcanzar.

Entonces, los humanos probablemente podrían colonizar cada galaxia que ahora no está a más de unas pocas decenas de miles de millones de años luz de distancia.

Cuarta parte:

Asumiendo FTL

Y si alguna vez es posible construir barcos con propulsión Alcubierre o alguna otra forma de viaje más rápido que la luz, el cielo será el límite, como dice el refrán.

Si los humanos desarrollan naves espaciales que pueden viajar casi a la velocidad de la luz (parte 3), todavía estamos hablando de naves de generación, ¿no es así? A menos que también tengan tecnología de hibernación, aún se necesitan décadas para proporcionar a los pasajeros un hábitat habitable (?)
@Len Decades no es lo mismo que una nave espacial generacional (aunque sería necesario un hábitat habitable). El tiempo de viaje es manejable (desde la perspectiva del barco): Calculadora de viaje espacial
@Alexander, pero digamos que fueron cinco décadas de tiempo de viaje. Agregado al tiempo de vida de cualquiera, eso sería básicamente una cadena perpetua.
@Len - cierto. Pero esto no significa necesariamente que sea una nave estelar generacional: las mismas personas que partieron de la Tierra vivirían para ver el destino.

Además de lo que dijeron MA Golding y GrumpyYoungMan, hay razones razonables para creer que nunca dejaremos la Tierra , y mucho menos colonizaremos el espacio. Si está hablando de explorar todo el universo, podríamos configurar una nave durmiente con un cohete de conversión total teórico e ir en cualquier dirección, pero la cuestión de colonizar el espacio (así como la exploración espacial a largo plazo) es que tienes el equipaje masivo de cuidar tejido orgánico blando, que debe ser alimentado, regado y oxigenado.

Incluso asumiendo la eficiencia total del reciclaje de la materia orgánica y el agua de las heces y la orina, el problema es que eventualmente los alimentos se quedarán sin energía almacenada porque no hay una fuente externa de energía para catalizar la conversión de dióxido de carbono y agua en azúcares. En la Tierra hay un suministro de energía externo en forma de Sol, pero es posible que no esté disponible en cantidades suficientes, especialmente en el espacio profundo. Estás constantemente perdiendo energía del sistema debido a la salida de calor de los cuerpos humanos. La mayor parte de la tecnología de viajes espaciales que tenemos ahora depende de alimentos racionados y de la captura de CO2 a través de métodos artificiales como la zeolita en lugar de crear un verdadero ecosistema cerrado.

Además de eso, estamos descubriendo rápidamente que la mayoría de los planetas tienen una geoquímica realmente extraña que los hace insostenibles para la colonización. A menudo se cita a Marte como difícil de colonizar porque tiene poca atmósfera y no tiene magnetosfera. Lo que se está volviendo más evidente es que el suelo marciano es tóxico para la vida en la Tierra debido a los niveles letales de percloratos, por lo que incluso si se creara una burbuja totalmente cerrada en la superficie marciana, no sería posible cultivar alimentos. Así que habría que traer suelo de la Tierra, así como agua y la atmósfera adecuada. Los gastos de mantenimiento de un puesto avanzado marciano serían astronómicos.

Además de eso , hay una serie de problemas con la fisiología humana que nos hacen muy inadecuados para los viajes espaciales. Como el problema de la pérdida ósea, incluso con mucho ejercicio, los astronautas frecuentemente pierden cantidades no triviales de masa ósea mientras están en el espacio, y nunca la recuperan. Otras preocupaciones incluyen los efectos psicológicos negativos del aislamiento o confinamiento a largo plazo, o lo que podría hacer la exposición prolongada a la radiación en el espacio profundo donde solo tiene un pequeño espesor de metal para protegerlo de la exposición a la radiación. Si la humanidad va a viajar al espacio, solo lo haría a través de tan abundantes grados de ingeniería genética que, para empezar, no serían Homo sapiens , fisiológicamente y posiblemente incluso psicológicamente.

Podría ser posible llevar humanos a la Luna, Marte o incluso a planetas extrasolares usando una nave durmiente, pero mantener una colonia activa allí sería extremadamente costoso, casi imposible, y casi no proporcionaría ningún beneficio a la sociedad que decidiera enviar un misión. Incluso todo el argumento del "Arca de Noé", que la humanidad o un grupo de humanos debería establecer una colonia en otro lugar para evitar la extinción o la preservación de su cultura (es decir, el argumento puritano), sería completamente bloqueado por el hecho de que incluso los planetas con vida probablemente sería incompatible con la bioquímica humana en el mejor de los casos.

no se requiere suelo (la hidroponía es una cosa), y el suelo (básicamente polvo de sílice grueso, más oligoelementos) se puede fabricar
@ user2352714 No estoy de acuerdo, en varias cuentas, ya que los sistemas cuando pueden reciclar perfectamente los desechos son más que posibles dada una fuente constante de energía (por ejemplo, la tierra, el sol) y no necesita un planeta o una luna o un roca para ser abiertamente habitable con una atmósfera respirable para asentarse bien. Si podemos asentar el sistema solar, entonces tenemos inherentemente la tecnología para asentar galaxias también, salvo la propulsión. En cuanto a los cambios, parece un poco extremo, pero razonable, y aunque ya no sean de la misma especie, seguirán siendo humanos, seguirán siendo del género homo.
@ user2352714 lo que significa que las únicas constantes tecnológicas reales son el reciclaje de desechos, que se puede resolver al igual que la propulsión. Los problemas médicos pueden resolverse con la medicina uhh e incluso si terminan siendo irresolubles, existe una cosa llamada fuerza centrífuga, que en realidad es una fuerza centrípeta cuando el observador se considera estacionario en relación con su propia perspectiva.

Entiendo que su pregunta es sobre las capacidades actuales, pero un barco viajaría largas distancias y necesitaría reparar piezas y actualizarse en el camino.

Incluso si una nave está limitada por el conocimiento y las capacidades de aquellos y la tecnología en la nave y limitada por su baja velocidad de viaje, la información de otras colonias solo está limitada por la velocidad de la luz, por lo que pueden actualizarse sobre nuevas formas de aumentar su actuación.

Esto va en contra de su pregunta, por lo que solo lo publico como información adicional, pero es inútil con nuestra tecnología actual esperar llegar a cualquier lugar más allá de nuestras estrellas locales sin daños importantes o desgaste de la nave y la necesidad de reparar piezas o reemplazar partes. En ese momento, un barco que partió 50 años después del suyo con tecnología más avanzada podría haberlo alcanzado y haberlo adelantado.

Así que sugiero pensar en irse para crear puestos avanzados y pensar en cómo el futuro involucrará cuerpos y mentes de IA, que se pueden enviar en pequeñas naves del tamaño de un guisante que se pueden impulsar cerca de la velocidad de la luz, lo que significa que esas mentes de IA pueden llegar a a menos de 2 mil millones de años luz de distancia y al llegar a los supercúmulos gigantes como Horologium-Reticulum y más allá de la Gran Muralla Sloan, pueden construir cuerpos mecánicos para esas mentes que han sido enviadas.

No es la respuesta que buscabas, sino una opción a considerar cuando piensas en el futuro de las capacidades humanas con la tecnología y las distancias más lejanas que se pueden alcanzar en el universo.

¿Hasta dónde podría extenderse la humanidad a través del universo?
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