¿Velocidad máxima del cohete en el espacio interestelar?

Propulsión espacial interestelar... si una nave espacial fuera a ir más allá de la atracción gravitatoria de nuestro Sol y dado que no hay atmósfera/viento/fricción en el espacio... ¿significa eso que, si un motor empujara constantemente, la nave espacial continuaría acelerando? a la velocidad de la luz, mientras el motor se impulsara hacia adelante? En otras palabras, ¿aumenta constantemente la velocidad en el vacío? ¿O son las dos ideas (Espacio/Vacío) ideas separadas?

La redacción de esta pregunta es un poco imprecisa. Por ejemplo, la expresión empuje constante solo implica un empuje positivo del motor de cohete, que puede variar en el tiempo, no necesariamente un empuje constante. Del mismo modo, la velocidad en constante aumento (en 1D) significa una aceleración positiva, no necesariamente una aceleración constante. Además, la pregunta puede interpretarse simplemente como una pregunta sobre cómo acercarse a la velocidad de la luz, sin alcanzar realmente la velocidad de la luz.

Respuestas (4)

La respuesta es no, según la Teoría de la Relatividad de Einstein .

A medida que un objeto se acerca a la velocidad de la luz, se necesita más y más energía para acelerarlo aún más. Para alcanzar la velocidad de la luz se necesitaría una cantidad infinita de energía.

Además, hay viento/fricción en el espacio. No existe el vacío absoluto, existe un medio interestelar . De hecho, los cohetes relativistas tendrían que tener en cuenta el medio, y quizás incluso usarlo como fuente de combustible, ver: Bussard Ramjet .

Eso sería grandioso, excepto que se demostrará que la teoría de Einstein es inexacta o incompleta, si no completamente incorrecta, dentro de 50 años. En ciencia, no es solo otra palabra para decir que aún no lo he descubierto.
@BBlake, si no se puede demostrar que es incorrecto hoy, ¿cómo puede establecer un marco de tiempo para cuándo sucederá?
¡Porque soy optimista!
@ghoppe, y a velocidades relativistas, las partículas diminutas se vuelven como bombas atómicas.
@BBlake Su optimismo es admirable, pero las posibilidades de que la Teoría de la Relatividad se demuestre "errónea" dentro de 50 años son casi iguales a las posibilidades de que la Teoría de la Evolución se demuestre "errónea". Ha sido probado con bastante rigor. La capacidad de viajar más rápido que la luz abre bastantes paradojas bastante difíciles de resolver.
@BBlake: Diría que es probable que la teoría de la relatividad se demuestre incompleta, pero es precisa hasta donde sabemos hoy. Pero si quieres debatir eso, haz otra pregunta :-)
@ghoppe: hay una restricción más limitante. A saber, la tasa de combustión del combustible o el flujo de cantidad de movimiento del combustible que se quema. El combustible para cohetes no se quema infinitamente rápido e incluso si ignoramos el consumo de combustible, un cohete propulsado por combustible tradicional nunca podría acercarse a alcanzar la velocidad de la luz. El escape que empuja el cohete ni siquiera es una fracción significativa de c.

Hiciste tres preguntas...

1.) ... ¿significa eso que, si un motor impulsara constantemente, la nave espacial continuaría acelerando a la velocidad de la luz, mientras el motor impulsara hacia adelante?

No. Por las razones que dio Ghoppe.

2.) ... En otras palabras, ¿la velocidad aumenta constantemente en el vacío?

Sí, la velocidad aumentaría continuamente, para el ejemplo que diste, acercándose asintóticamente (pero nunca alcanzando) a la velocidad de la luz.

3.) ... ¿o son las dos ideas (Espacio/Vacío) ideas separadas?

No. Una aspiradora es una descripción excelente y práctica de lo que es la mayoría del espacio.

Discrepo un poco con tu tercer punto. El espacio es principalmente un vacío, pero hay suficiente materia que si fueras, digamos, a más del 90% de la velocidad de la luz, comenzaría a marcar la diferencia.

Suponiendo que nuestras percepciones de la Relatividad se mantengan en el espacio interestelar...

La nave seguiría acelerando mientras le quedara combustible.

La velocidad continuaría su clima asintótico hacia C...

hasta que la resistencia fue suficiente para terminar esa subida. La resistencia también aumentaría debido a las colisiones de medios interestelares a medida que aumenta la velocidad. Pero tenga en cuenta también: un empuje suficientemente alto no será superado por la resistencia.

Tenga en cuenta que a medida que aumenta la velocidad y aumenta la resistencia, también lo hace la radiación. El medio interestelar da como resultado un aumento de la radiación Alfa y Beta, y la liberación de fotones de alta energía del mismo produce rayos X e incluso radiación gamma.

Tenga en cuenta que varias obras de ciencia ficción tienen un punto de corte de la relatividad. En algunos más, la Relatividad se ignora por completo; el delincuente más atroz es la serie Lensmen de EE "Doc" Smith . La serie Looking Glass de John Ringo tiene cambios en los límites de la heliopausa en la naturaleza de la física, incluida la relatividad.

Pareces contradecirte a ti mismo; dices que la resistencia terminará con esa subida, pero dices que un gran empuje vencerá a la resistencia. El verdadero problema aquí es la cinemática relativista en cuestión. Las velocidades no se suman como esperamos que lo hagan a velocidades relativistas.
El arrastre está limitado debido al enfoque asintótico; el arrastre es la masa de partículas golpeadas, que es directamente proporcional a la velocidad. Si el empuje es bajo (como los impulsores de iones), limitará la velocidad a 0,99 °C más o menos; si el empuje es alto, el punto de equilibrio sería superlumínico y, por lo tanto, no detendría la velocidad de ascenso hacia C.

Un vehículo propulsado por cohetes siempre estará limitado por su propio sistema de propulsión. Si asumimos cargas de combustible infinitas [más un poco más para el cohete], intuitivamente podemos ver que si todo el combustible se expulsa instantáneamente a la velocidad de la luz, el cohete puede superar la velocidad de la luz (si ignoramos los efectos relativistas para un momento.) Sin embargo, esto no es práctico: el combustible siempre tardará una cantidad finita de tiempo en quemarse, por lo que durante ese tiempo también tiene que impulsar el combustible restante, es decir, en promedio, la mitad del empuje se usa para acelerar el cohete, y la mitad para acelerar el combustible, dando un límite práctico de la mitad de la velocidad de la luz, y eso suponiendo una combustión perfecta, que en sí misma no es realista, ni siquiera con la física newtoniana.

Parece que simplifiqué demasiado. Ese enlace habla de límites teóricos, pero también estaba tratando de señalar los límites prácticos.
Sí, los requisitos de combustible para acercarse a la velocidad de la luz son enormes. Puede leer los detalles en el clásico artículo sobre cohetes relativistas de Usenet . Pero incluso llegar a la mitad del camino es bastante difícil. Por ejemplo, si pudiera transmitir energía mágicamente a una nave para aumentar su energía cinética, de modo que no tenga que transportar combustible o masa de reacción, usaría casi un año de la producción de energía actual de la Tierra para acelerar una nave de 15,000 toneladas a .5c.
¿Velocidad máxima del cohete en el espacio interestelar?
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