Una persona viaja en una nave espacial que fue diseñada y construida por extraterrestres suficientemente avanzados . Esta nave espacial partió de la Tierra y es capaz de viajar infinitamente cerca de la velocidad de la luz. Su viaje lo lleva al espacio donde la nave luego orbita un agujero negro antes de dispararse de regreso a la Tierra. ¿Es factible (a través de la distorsión temporal combinada del viaje a la velocidad de la luz y la proximidad a la gravedad extrema del agujero negro) que cuando el viajero regresa a la Tierra, hayan pasado millones de años en la Tierra, a pesar de que el viaje no haya durado más de 10 años para la persona dentro de la nave?
Si es así, dependiendo de qué tan cerca de la velocidad de la luz esté viajando la nave espacial y del tamaño del agujero negro, ¿cuántos millones de años es razonable esperar que hayan pasado en la Tierra para un viaje de 10 años en relación con el viajero? 5 millones de años? ¿50 millones? ¿500 millones? ¿Menos? ¿Más? etc.
Por el bien de esta pregunta, podemos suponer que hay un agujero negro a aproximadamente 5 años luz de la Tierra.
EDITAR: Gracias E Reid, Hyperion, usuario 25972 y Justin Eiler por ayudarme a darme cuenta de mi malentendido sobre el tiempo percibido por nuestro viajero y cómo una distancia de 5 años luz sería demasiado corta para que experimente 10 años de viaje casi a la velocidad de luz.
Olvídate del agujero negro. Solo por viajar arbitrariamente cerca de la velocidad de la luz, la dilatación del tiempo es arbitrariamente alta. Este artículo incluye la fórmula:
Usted afirma que ∆t es de 10 años. Elija av para obtener cualquier ∆t′ que desee: ¡millones de años o más!
No existe un mecanismo físico del mundo real que pueda hacer que los viajes a casi la velocidad de la luz funcionen como usted describe. Si el agujero negro está a cinco años luz de distancia, y la nave espacial viaja casi a la velocidad de la luz, la nave espacial tardará un poco más de cinco años en viajar al agujero negro desde el punto de vista de un observador en Tierra. Dependiendo de qué tan cerca de la velocidad de la luz esté viajando la nave espacial, habrá efectos relativistas de dilatación del tiempo, por lo que el astronauta en la nave espacial experimentará un tiempo más breve (quizás mucho más breve).
El agujero negro, por otro lado, puede producir efectos como los que describes. Este también es un caso de efectos relativistas: matemáticamente hablando, la alta gravedad actúa como cualquier otra forma de alta aceleración. Entonces, es factible que una nave espacial viaje al agujero negro, pase (para el marco de referencia del astronauta) un tiempo bastante breve en el pozo de gravedad del agujero negro, pero que un observador en la Tierra experimente millones de años. Esto podría suceder, teóricamente.
El problema es que lo más probable es que no pueda suceder en la práctica. Para un agujero negro de tamaño estelar (un agujero negro creado a partir del colapso de una estrella masiva), una nave espacial que esté lo suficientemente cerca del agujero negro para experimentar ese grado de dilatación del tiempo también experimentará efectos de marea masivos. Estos efectos serán suficientes para destrozar cualquier nave espacial sin importar de qué materiales esté hecha: ningún material que la humanidad pueda o pueda hacer podría resistir ese grado de fuerza. Y si la nave espacial no se desgarrara por las fuerzas de las mareas, las personas que estaban dentro seguramente lo harían. Ahora, podría evitar esto haciendo que el agujero negro sea un agujero negro súper masivo (miles de millones de veces la masa de nuestro Sol), pero con la mayoría de los agujeros negros con los que los lectores pueden estar familiarizados, eso es menos factible.
Ahora, si estás escribiendo una historia o creando un escenario para una campaña de RPG, podrías (por supuesto) ignorar por completo los efectos de marea. Podrías decidir decirle a la audiencia que la nave está hecha de algún material que ignora la fuerza o que bloquea la gravedad. Eso depende de usted: cuente su historia y, si la física no funciona, ignore o explique las partes que no funcionan para usted. Pero para una campaña o historia de ciencia dura, esto puede no ser lo que está buscando.
Ahora, podría ignorar por completo el agujero negro y simplemente hacer que el destino previsto esté a millones de años luz de distancia. Viajando muy cerca de la velocidad de la luz, el astronauta puede experimentar solo diez años en tránsito de ida y vuelta, pero en la Tierra habrán pasado millones de años. Eso le da los mismos resultados, es MUCHO más fácil de calcular y todavía le da la configuración que necesita.
Una idea a tener en cuenta para los viajes FTL sería una nave que pudiera distorsionar o doblar el espacio-tiempo. Básicamente, una nave podría eludir el espacio-tiempo frente a la nave y expandirlo, detrás de la nave. Esto podría (en ciencia ficción) permitir que un barco se mueva desde un observador externo más rápido que la luz.
Espero que esto haya ayudado.
Lamento que el sitio no me permita publicar este fragmento como comentario: ha descrito la novela "Un mundo fuera del tiempo" de Larry Niven. (La historia de Niven tomó más tiempo a bordo del barco; el ocupante estuvo en animación suspendida durante la mayor parte del viaje). ¿Supongo que esto es intencional?
Hay dos factores importantes en la respuesta. Dilatación del tiempo gravitacional en el agujero negro y dilatación del tiempo relativista especial durante la mayor parte del viaje. Soy demasiado perezoso para entrar en relatividad general, pero SR por sí solo responde a su pregunta: puede hacer que los diez años que el viajero sea arbitrariamente grandes para la Tierra simplemente acercándose a la velocidad de la luz. Por supuesto, las respuestas específicas dependerán de la distancia recorrida, pero el cálculo está disponible en Wikipedia: Twin Paradox
(Editar) SIN EMBARGO
Después de su edición, creo que puede malinterpretar algo. Un viaje de ida y vuelta de diez años cubriría diez años luz en el marco de referencia del viajero. Ha descrito un agujero negro a diez años luz de distancia en un marco de referencia inercial. Para obtener el tiempo requerido de SR solo, deberá hacer un viaje más largo. Solo menciono esto porque elegiste el número específico de 5 años luz de distancia; la dilatación del tiempo gravitatorio cerca del agujero negro puede compensar la diferencia si el agujero negro es lo suficientemente grande como para que las mareas no sean demasiado extremas para sobrevivir en el periapsis apropiado.
La dilatación del tiempo por viajar cerca de la velocidad de la luz o por pasar cerca de un agujero negro podría extenderse arbitrariamente dependiendo de qué tan cerca viaje a la velocidad de la luz/el horizonte de eventos del agujero negro.
El único factor limitante que se me ocurre es la aceleración de la nave. Si su barco (o sus pasajeros) solo pueden soportar una aceleración de 1 g, habrá un límite de cuánto puede estirar estos 10 años desde el punto de vista de sus viajeros. Me temo que no sé lo suficiente sobre GR para dar un límite superior basado en esta aceleración, o qué aceleración se requeriría para permitir que pasen millones de años en la Tierra, pero si encuentra a alguien que sepa más, podría decirlo. usted qué aceleración se requiere para su escenario.
Editar: si está utilizando la dilatación del tiempo cerca de un agujero negro, habrá otras cosas que su nave y tripulación deberán resistir (fuerzas de marea, radiación fuertemente desplazada hacia el azul, otras cosas desagradables) dependiendo de qué tan cerca quiera ir. Sin embargo, no necesariamente necesita usar el agujero negro, si su nave puede acelerar lo suficientemente cerca de la velocidad de la luz, solo necesitaría volar más de 5 años luz.
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