Un lugar desde el que uno podía ver el tiempo afuera pasar más rápido

Por favor, compruebe la realidad de mi lugar desde el que se puede ver el tiempo fuera pasar más rápido...

Una estación espacial en constante movimiento casi a la velocidad de la luz. La estación espacial es creada por una raza con tecnología superior. Están ejecutando experimentos que tardarán años en completarse, por lo que quieren que el tiempo pase más rápido para ellos de lo que tardarán los experimentos. Son longevos pero no inmortales. Si estás en esta estación espacial, el tiempo se movería lento y las cosas afuera irían muy rápido. Asi que…

  • La estación espacial puede moverse casi a la velocidad de la luz. Alcanzó una velocidad cercana a la luz a través de medios convencionales (motor de iones, velas ligeras, motor mpd, etc.) propulsión sostenida hasta alcanzar la velocidad deseada.

  • Está fuertemente blindado para que pueda resistir los rayos cósmicos que golpean constantemente contra él.

  • Está en órbita alrededor de una estrella.

  • Para obtener energía, utiliza la energía solar de la estrella que orbita (y tal vez también los rayos cósmicos).

  • Está lo suficientemente cerca de la estrella para obtener su energía, pero no lo suficientemente cerca como para que sea atraída hacia ella.

  • Es lo suficientemente grande como para albergar a cientos de miles de su raza y es un hábitat autosuficiente: comida, agua, aire. Etc. Cuando corren peligrosamente cerca de quedarse sin algo, reducen la velocidad lo suficiente como para dejar que alguien salga a buscar lo que necesitan, y cuando regresan, comienzan de nuevo.

Entonces mi pregunta principal es: ¿He cubierto todas las bases para que el tiempo pase más rápido para los habitantes de esta estación espacial?

Mi subpregunta es: ¿la estación espacial que se mueve tan rápido se verá como un anillo en órbita alrededor de la estrella?

EDITAR:

Yo mismo lo supuse. Inicialmente pensé en un agujero negro en lugar de una estrella, como muchos de ustedes ahora están sugiriendo, pero estaba preocupado por la atracción gravitatoria y las necesidades energéticas de la estación espacial. Estos siguen siendo problemas si cambiamos de la órbita alrededor de una estrella a una justo fuera del horizonte de eventos de un agujero negro, ¿sí?

When they run dangerously close to running out of something they slow down enough to let someone go out to get whatever they need, and when they get back they start up again.Creo que un flujo constante de suministros en su camino podría manejar esto con gracia sin la necesidad de detener o ralentizar lo que sea que estén haciendo.
También creo que orbitar una estrella a gran velocidad tendrá el efecto contrario al que pretendes... Recuerda Interstellar. Para las personas en la base, el tiempo pasará más lento, no más rápido. Podrían pasar un año allí solo para descubrir que han pasado siglos en la mayoría de los otros sistemas estelares. Ahora, si quieres este efecto para que cuando salgan vean los resultados de haber pasado mucho tiempo para el universo en general, pero no para ellos, entonces creo que has cubierto los detalles más importantes, sí.
La parte de "el tiempo se mueve más rápido" es engañosa. Hasta que leí la pregunta completa, tenía la impresión de que el tiempo debería moverse más lento en una nave espacial relativista.
"Está en órbita alrededor de una estrella": tiene que ser una estrella muy pesada y compacta, como una estrella de neutrones, si quieres una órbita estable a una velocidad relativista.
@Renan, DOH! Tienes razón. ¡Lo expresé mal! El tiempo se mueve más lento para ellos, mientras que todo lo demás va más rápido.
@Alexander, DOH! ¡Tienes razón también!. ¡Lo expresé mal! El tiempo se mueve más lento para ellos, mientras que todo lo demás va más rápido.
Entonces, ¿el punto donde se llevan a cabo los experimentos es lento o no se mueve en relación con la estación espacial?
@Alexander: muy pesado y compacto. Lo que también significaría que las tensiones de las mareas en la estación serían enormes .
Como la enorme "estrella de neutrones" de la historia de larry niven, donde todo en la estación termina aplastado en los dos extremos.
Verá, de acuerdo con los puristas einsteinianos de por aquí, tiene que estar yendo casi a cee EN RELACIÓN CON ALGO MÁS. Pero en relación contigo, ese algo más en realidad va casi a cee, no tú. ¿Ves el problema? Para todos los demás menos para ti, el tiempo va más lento. Tonto, lo sé, pero necesitamos un libro de texto de física más grueso antes de que esto se resuelva. Uno que va mucho más allá de Einstein.
'... reducen la velocidad lo suficiente como para dejar que alguien salga a buscar...' No, una vez que reducen la velocidad, salen de órbita. La órbita que mantienen actualmente es un resultado directo de la velocidad a la que van. Cambia la velocidad, cambia la órbita. A menos que el libro de texto de física que están usando sea mucho, mucho más grueso que el nuestro, y puedan manipular la gravedad y la atracción gravitatoria.

Respuestas (5)

Simplemente ponlo en órbita cerca de un agujero negro.

No hay otro objeto que sea lo suficientemente masivo como para permitir velocidades orbitales relativistas. La velocidad de escape de la superficie de un agujero negro es exactamente la velocidad de la luz, por lo que puede alcanzar esa velocidad si se encuentra en el horizonte de sucesos (pero buena suerte al salir). Si el agujero negro es muy, muy grande (supermasivo), entonces el punto de espaguetificación se encontrará dentro del horizonte de sucesos, lo que significa que puedes acercarte a él sin que te rompan en pedazos.

Además, puede tener una estrella regular orbitando allí mismo con usted para proporcionar luz y energía.

Saqué esto de otra respuesta , pero la dilatación del tiempo gravitacional es así:

t 0 = t F 1 − r 0 r
Dónde,

  • t 0 es el tiempo adecuado entre los eventos A y B para un observador lento dentro del campo gravitatorio (su estación)
  • t F es el tiempo coordinado entre los eventos A y B para un observador de tictac rápido a una distancia arbitrariamente grande del objeto masivo (donde están los experimentos científicos)
  • r es la coordenada radial del observador (que es análoga a la distancia clásica desde el centro del objeto, pero en realidad es una coordenada de Schwarzschild)
  • r 0 = 2 GRAMO METRO C 2 es el radio de Schwarzschild de M.

Al decidir qué tan lejos desea orbitar y cuánto tiempo por vez desea pasar, puede calcular qué tamaño de agujero negro necesita. O simplemente use el SMBH en el centro de la galaxia y luego descubra uno de los otros dos parámetros.

Creo que, en realidad, no querrá estar muy cerca del agujero negro y, por lo tanto, no necesitará viajar muy rápido para una órbita estable, pero para obtener los resultados más precisos, debe calcular utilizando ambas fuentes de dilatación del tiempo. Su combinación se vuelve un poco más compleja:

d t mi d t C = 1 − 2 tu C 2 − v 2 C 2 − ( C 2 2 tu − 1 ) − 1 v ∥ 2 C 2 = 1 − ( β 2 + β mi 2 + β ∥ 2 β mi 2 1 − β mi 2 )
dónde

  • d t mi es un pequeño incremento de tiempo propio t mi ,

  • d t C es un pequeño incremento en la coordenada t C tiempo coordinado,

  • v ∥ es la velocidad radial,

  • v mi = 2 GRAMO METRO i r i es la velocidad de escape,

  • β = v / C , β mi = v mi / C y β ∥ = v ∥ / C son velocidades como porcentaje de la velocidad de la luz c,

  • tu = GRAMO METRO i r i es el potencial newtoniano, equivalente a la mitad de la velocidad de escape al cuadrado.

En cuanto a la sub pregunta:

¿La estación espacial que se mueve tan rápido se verá como un anillo en órbita alrededor de la estrella?

No, no lo hará. Sé que cuando te imaginas una estación girando alrededor de un agujero negro, es fácil imaginarla girando como un borrón. Pero considere la estrella S2 . Orbita el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia llamado Sagitario A. Esto no es muy diferente de lo que quieres hacer (¡tal vez incluso tenga una estación lenta a su alrededor!). Esta estrella es 15 veces más masiva que nuestro Sol y en su punto más cercano se mueve a casi un 1,7 % de la velocidad de la luz (que vamos a observar a mediados de 2018). Aún así, S2 tarda 15 años en orbitar el agujero negro.

Incluso si estuvieras orbitando el borde mismo de este agujero negro supermasivo a la velocidad de la luz, te llevaría más de cuatro minutos completar una órbita. Y te estarías moviendo tan rápido que muy poca luz se reflejaría en ti hacia cualquier observador. Sin embargo, irá significativamente más lento en un radio significativamente mayor, por lo que será visible como un punto en movimiento, pero no como un anillo.

Entonces, suponiendo que los habitantes de nuestra estación espacial sean K2, ¿sugiere una órbita justo fuera del horizonte de eventos de los agujeros negros? Si es así, ¿podría la estación espacial obtener de alguna manera su energía del agujero negro y/o de un sol cercano?
@Len Debería estar tan lejos del horizonte de eventos del agujero negro supermasivo como su historia pueda tolerar. Obtienes menos dilatación del tiempo, pero también tienes un escape más factible. Puede obtener energía del sol cercano más fácilmente que del agujero negro (hasta donde yo sé, una civilización K2 lo sabría mejor).

Aunque moverse cerca de la velocidad de la luz causaría una dilatación masiva del tiempo y esencialmente 'aceleraría' el tiempo en la nave, hacer que orbite una estrella será un problema.

Por definición, una estrella emite luz . Por lo tanto, la velocidad de escape de esa estrella debe estar por debajo de la velocidad de la luz. Por lo tanto, una nave que viaje muy cerca de la velocidad de la luz no podrá orbitarla, ya que probablemente viaje por encima de la velocidad de escape. Si el objeto fuera lo suficientemente masivo como para que la velocidad de escape estuviera por encima de la velocidad de la luz, tendrías un agujero negro. Para viajar cerca de la velocidad de la luz alrededor del agujero negro, tendrías que estar orbitando fuera del horizonte de eventos , o más específicamente justo fuera de la esfera de fotones . La esfera de fotones es el radio donde la luz puede (algo) orbitar establemente el agujero negro, por lo que la órbita de tu nave tendría que estar un poco fuera de él, ya que viaja justo por debajo de la velocidad de la luz.

Afortunadamente, si su nave estuviera tan cerca de un agujero negro y de alguna manera pudiera sobrevivir, la dilatación del tiempo gravitacional le daría a su dilatación del tiempo otro impulso significativo.

+1 por mencionar la esfera de fotones: creo que la mayoría de la gente no sabe que no hay órbitas estables entre la esfera de fotones y el horizonte de eventos. En ese sentido, no diría "justo fuera del horizonte de eventos": el radio de la esfera de fotones es un 50% más grande que el del horizonte de eventos.
@RobWatts: ¡Gracias por captar eso! Arreglado, además agregué lo que mencionaste sobre por qué ahí es donde estaría la órbita.
@RobWatts No hay órbitas estables sin energía, pero una nave espacial con energía puede orbitar dentro de la esfera de fotones (mientras aún está fuera del horizonte de eventos, por supuesto).
@Samuel técnicamente es cierto, pero probablemente se necesitaría una cantidad ridícula de energía para intentar orbitar dentro de la esfera de fotones, no lo que quieres para un "hábitat autosuficiente". Además, no obtienes nada por estar dentro de la esfera de fotones: en la esfera de fotones, una órbita estable requiere viajar a la velocidad de la luz, por lo que puedes dilatar el tiempo tanto como quieras simplemente acercándote mientras estás afuera.
¿Retrocedería el tiempo para una nave que viaja a la velocidad de la luz en el centro de un agujero negro? IE, ¿la suma de la dilatación del tiempo gravitacional Y la dilatación del tiempo de la velocidad?
@JustinThyme: Lo dudo. Las ecuaciones de dilatación contienen raíces cuadradas y coeficientes positivos, por lo que no creo que puedan resultar en un resultado negativo. Más bien, el tiempo eventualmente se detendría. Sin embargo, dado que la luz no puede escapar de un agujero negro, en realidad no podemos medir el centro, por lo que realmente todo es posible...
@RobWatts Bueno, obtienes más dilatación del tiempo al estar más cerca del horizonte de eventos. Un orden de magnitud más. Además, no requiere energía significativa, especialmente para órbitas no circulares. La esfera de fotones es solo la última órbita circular estable si su velocidad se fija en c. Es decir, si eres un fotón.
@Samuel, si observa la fórmula debajo del enlace de "dilatación del tiempo gravitacional" que usó Giter, verá que orbitar en la esfera de fotones detiene efectivamente el tiempo. No hay necesidad de ir más profundo y hacer las cosas más difíciles
@RobWatts La dilatación del tiempo es alta, pero es más de diez veces mayor en el horizonte de eventos. Así que supongo que se detiene diez veces más eficazmente...
Entonces, suponiendo que los habitantes de nuestra estación espacial sean K2, ¿sugiere una órbita justo fuera del horizonte de eventos de los agujeros negros? Si es así, ¿podría la estación espacial obtener de alguna manera su energía del agujero negro y/o de un sol cercano?
@Len: No es probable obtener energía del agujero negro, y probablemente no podrá recolectar suficiente energía solar de las estrellas cercanas para mantenerse estable. La fusión nuclear probablemente sea mejor, aunque es posible que puedas idear algún tipo de máquina que produzca energía utilizando la inmensa gravedad del agujero negro...

Un cerebro Matrioska.

https://en.wikipedia.org/wiki/Matrioshka_brain

En otras palabras, viven en una simulación, o lo hacen sus mentes.

Debido a que es una simulación, el tiempo es subjetivo y pueden ralentizarlo todo lo que quieran. De vez en cuando necesitan algo del mundo exterior, tal vez quieran investigar la vida extraterrestre.

Para que puedan hacer 1 de algunas cosas,

  • Pueden clonar un cuerpo biológico y cargar la mente en él.
  • Pueden crear un cuerpo robótico y cargar una mente en él.
  • Pueden hacer crecer a un niño y simplemente enseñarles a la antigua.

Luego enviarían a este agente a recopilar información y regresarían con ella.

No estoy seguro si se ajusta a su historia, pero quería elegir algo que no se haya mencionado antes. Mirando algunas de las otras respuestas, creo que abordaron sus ideas originales, relativistas, con mejor detalle que podría haber esperado. Así que solo quería presentar otra idea que cumpliera con los requisitos básicos de ralentizar el tiempo.

¡Salud!

No, asumiendo la base científica como requisito previo

Hay algunas suposiciones dudosas aquí si vas con la etiqueta basada en la ciencia. De alguna manera dejan las "bases" descubiertas.

  • Medios convencionales de propulsión. Aproximadamente desde un arranque en frío, suponiendo, digamos, una nave espacial de 10 000 toneladas (no demasiado grande, pero un número agradablemente redondo), la diferencia de energía entre 0 y 0,9c sería

    10000000kg / (~0.44) * (270000000m/s)**2 = ~1.65E24 joules.

    En comparación, el consumo mundial de energía en 2013 fue de alrededor de 1E20 julios. Por lo tanto, ser alimentado por energía solar y rayos cósmicos es imposible, y los medios convencionales de propulsión se quedarán cortos en términos de tener esa cantidad de energía disponible en términos de masa de propulsión (para impulsores iónicos y similares, al menos).

  • Como se señaló en los comentarios, cuanto más rápido vaya, más masivo tendrá que ser el objeto que está orbitando. Si va a ser una estrella activa (para proporcionar energía solar), tendrá que estar a una distancia considerable. Si bien no he calculado los números en su totalidad, para mantener una órbita de 0,9 alrededor de nuestro sol, tendrías que estar a 1 km de su centro de masa. Esto te dejaría orbitando en el núcleo de hierro del sol, lo que obviamente es insostenible. No creo que puedas mantener una órbita relativista que resulte en una dilatación sustancial del tiempo alrededor de algo menos masivo y compacto que un agujero negro.

  • Esto lleva a su propio problema: las tensiones gravitatorias en la estación harán que el blindaje contra los rayos cósmicos/micrometeoritos relativistas parezca un problema menor. A menos que sus hipotéticos alienígenas avanzados puedan controlar la gravedad, es probable que sean espaguetizados , y si pueden controlar la gravedad, no necesita su estación espacial relativista.
El #1 no sería un problema para la civilización Kardashev tipo II, el #3 es válido y sugiere que el agujero negro supermasivo es el único candidato viable.
Sugeriría poner el requisito de energía en términos de masa, en este caso, 18000 toneladas. En otras palabras, necesitaría tener el doble de la masa de la nave como combustible que podría convertirse en energía cinética con una eficiencia casi perfecta. Y también tienes la tiranía de la ecuación del cohete : usarás parte de ese combustible justo antes de llegar a tu velocidad máxima, por lo que tu nave espacial será aún más pesada al principio y necesitará aún más combustible.
En realidad, probablemente podría obtener la mayor parte (si no toda) de esa energía simplemente entrando en órbita alrededor del agujero negro, pero necesitaría gastar esa cantidad de energía para escapar del agujero negro.
Entonces, suponiendo que los habitantes de nuestra estación espacial sean K2, ¿sugiere una órbita justo fuera del horizonte de eventos de los agujeros negros? Si es así, ¿podría la estación espacial obtener de alguna manera su energía del agujero negro y/o de un sol cercano?
El nivel de Kardashev de la civilización es irrelevante; necesitaría más energía de la que posiblemente podría transportar o recolectar con el área de superficie de la estación. Podría recolectar energía arrojando material al agujero negro, pero necesitaría un suministro constante de material o energía emitida desde un enorme colector / fuente de energía externa.
@jdunlop, entonces, ¿qué pasa con Casimir Effect o Zero Point/Vacuum Energy para las fuentes de energía?
@Len: si todavía te apegas a "basado en la ciencia" y "verificación de la realidad", entonces entra en juego TANSTAAFL . La mayoría de los estudios sugieren que no se puede obtener más energía del efecto Casimir o de la energía del vacío de la que se pone. Lo que probablemente sea algo bueno, porque reducir la energía del vacío podría tener consecuencias negativas. (También son valores de energía muy, muy pequeños, pero es seguro decir que los extraterrestres altamente avanzados podrían escalarlos).
@jdunlop, No existe tal cosa como un almuerzo gratis. lol Niiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii
Y no olvides triplicar esa cantidad de energía cuando " disminuyen la velocidad lo suficiente como para dejar que alguien salga a buscar lo que necesite, y cuando regresan, comienzan de nuevo " .

Cuando corren peligrosamente cerca de quedarse sin algo, reducen la velocidad lo suficiente como para dejar que alguien salga a buscar lo que necesiten, y cuando regresan, comienzan de nuevo.

Cada vez que eso suceda, todos envejecerán mucho y no se volverán más jóvenes al volver a la velocidad normal. Eso podría tener grandes implicaciones.

Dado que todos y todo en ese mundo experimentarían el mismo tiempo relativo, podría ser completamente irrelevante en términos de su propio marco de referencia, pero creo que el cambio en su tiempo relativo los desincronizaría con su mundo experimental.

Veo la lógica aquí, pero tal vez por el bien de la pregunta de los OP, ¿dar más detalles sobre esto? Quizás si se trata de un hábitat autosuficiente, ¿no significaría eso que podrían evitar la desaceleración todos juntos? Solo un pensamiento.
@Omniwombat: está bien, pero no veo qué tiene que ver eso con la pregunta o mi respuesta. Parece que en realidad está dando otra respuesta a la pregunta: ¿He cubierto todas las bases ? Su respuesta es "¿Cómo van a 'reducir la velocidad y comenzar de nuevo' exactamente?
@bumpy: cité el OP cuando corren peligrosamente cerca de quedarse sin algo que reducen la velocidad ... - OP preguntó si les faltaba algo, así que señalé este problema.
@Vector tu respuesta me recordó la película Interestelar, por cierto. Pero creo que la lógica utilizada en la pregunta es que si reduce la velocidad a la velocidad adecuada, la vida útil no debería alterarse, ¿verdad? Es por eso que pregunté tal vez elaborarlo más.
@Vector y mi otro punto fue hacia la parte justo antes de su cita dada "Es lo suficientemente grande como para albergar a cientos de miles de su raza, y es un hábitat autosuficiente: comida, agua, aire, etc.". Y mi pensamiento es que si es un hábitat autosuficiente, ¿por qué tener alguna razón para reducir la velocidad en primer lugar, entonces no sería autosuficiente, no?
@bumpy, la vida útil no debería alterarse : la vida útil nunca se modifica , la pregunta es el tiempo relativo. Pero supongo que realmente no importaría porque todos/todo pasaría por eso, por lo que nadie notaría nada, todos tendrían el mismo tiempo relativo. Agregué a la respuesta ...
Un lugar desde el que uno podía ver el tiempo afuera pasar más rápido
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