¿Qué hora es en el puerto?

En primer lugar, la idea de simultáneo es relativa. Dados los eventos trazados en el espacio-tiempo, qué eventos ocurren al mismo tiempo no es una cosa absoluta. Así que sincronizar relojes en diferentes lugares es una cuestión de convención, no de verdad absoluta. Eso es cierto en nuestro universo normal, así que no se asuste. El comercio interestelar traerá a la mente este problema, pero no es algo nuevo debido a los viajes FTL.

Además de la idea de que el mismo tiempo es diferente entre observadores en diferentes marcos de referencia, tenemos el peor problema de que el orden relativo de los eventos no es una verdad universal. En la física normal, todo lo que haces permanece en tu cono de luz y aunque las velocidades de tictac de los relojes variarán, el orden del valor del tiempo de los diferentes eventos será el mismo para todos los observadores.

¡ Con una separación similar al espacio, aunque incluso eso se va por la ventana! ¿Qué es pasado y qué es futuro , incluso en principio? Para dos eventos que están separados como un espacio, el orden relativo de los tiempos es de una forma u otra dependiendo del marco de referencia del observador.

Ahora que presentamos un único marco de referencia de tránsito FTL como una solución para preservar la causalidad, estamos seguros de que no tendremos bucles, pero aún tenemos el concepto de que el pasado y el futuro son fluidos en formas a las que no estamos acostumbrados.

Mira el diagrama 1 a continuación. Los planetas A, B y C tienen aproximadamente el mismo marco de referencia y sus líneas universales se dibujan como líneas verticales. Si revisas la paradoja de Andrómeda entenderás que esto es solo una aproximación. Pero supondremos que la diferencia en los marcos de referencia es pequeña en comparación con la distancia entre los planetas, por lo que la diferencia en el tiempo es pequeña en comparación con la escala de los eventos que nos preocupan.

Entonces, un marco de referencia de interés es el marco compartido (aproximado) de los planetas. Más bien, utilizaremos el marco de referencia del movimiento promedio del centro de masa de nuestra galaxia e ignoraremos el movimiento (no relativista) de los planetas dentro de este marco de reposo galáctico (GRF) .

Las líneas horizontales en el gráfico son líneas de "mismo tiempo" en GRF.

Mientras tanto, las líneas verdes muestran la vía de tránsito de los viajes FTL. En principio, esto puede ser cualquier cosa que se encuentre fuera del cono de luz, y el valor específico elegido en función de los detalles de la trama que desee, o puede ignorarse en su mayoría si sabe qué evitar. En el gráfico, las líneas verdes son "al mismo tiempo" en el marco de referencia subespacial (SRF) . (Como se explica en esta respuesta , las pistas de tránsito FTL son todas paralelas y esto define un eje en el diagrama).

Entonces, Charlie se sube a un barco y va del punto A1 al B1. En SRF estos puntos son simultáneos. ¡En GRF viajó al pasado! No entrar en pánico. Tratar con él. La idea de qué hora es no es una verdad universal sino una convención para sincronizar los relojes.

Tendrá sentido que SRF defina un Empire Time (ET) , ya que eso es lo que importará para los horarios de envío y el comercio. La civilización utilizará SRF = ET, no GRF, para el cronometraje.

Cuando GRF ≠ ET

En el caso general, GRF no es lo mismo que ET (que se toma como SRF). Esto solo importa cuando observa eventos que tienen lugar en el espacio normal a través de las mismas distancias. Esto vuelve a introducir la confusión sobre lo que es pasado y lo que es futuro, y da una asimetría en la distancia efectiva del espacio real entre los planetas.

En la figura 2, a continuación, vemos los planetas A y B. Están separados por 5 años luz según las medidas convencionales (hechas en GRF). Pero las personas que usan SRF medirán que un pulso de luz (como un láser de mensajería antiguo) tardará 2 años en ir de B a A, ¡pero 8 años en ir de A a B!

Más dramáticamente, mire el caso de la estrella B que está entre A y C. Suponga que sucede algo dramático que es visible a través del espacio normal, como, digamos, una nova. La luz de la nova llega al planeta A, y luego un barco sale de A poco después de que se vea la nova, pasa por B mientras que la nova está más lejos de lo que estaba cuando la vieron en A, y llega a C poco antes de que la nova tome lugar (en GRF). Como era de esperar del viaje FTL, tienen tiempo para establecer una observación para observar cómo la luz de la nova llega a C y estudiar la estrella precursora antes de que estalle. Pensando solo en SRF, ya que ese es su ET, eso tiene sentido. Que en realidad es en el pasadoy la nova aún no ha ocurrido es un artefacto de la relatividad ya que no hay un pasado o futuro absoluto (aunque la existencia de SRF le impone algunas restricciones).

En general, las personas en este entorno usarán ET. Tener una diferencia significativa entre ET y GRF puede ser interesante en una novela, donde los efectos anteriores se elaboran cuidadosamente y se aprovechan como elementos de la trama. Pero puede ser confuso en el juego. En un juego de rol, el juego debería funcionar en ET y configurar SRF para que sea lo mismo que GRF, o evitar que importe en absoluto. Tener SRF=GRF evita el trato alucinante del pasado y el futuro en diferentes puertos de escala. Pero solo usar ET y evitar cualquier necesidad de usar SRF en el juego significa que el punto es discutible.

¿Qué tan rápido es el barco?

La idea de velocidad es bastante resbaladiza. Incluso en el espacio normal, la velocidad de un objeto es relativa al observador. Pero estamos específicamente interesados ​​en la velocidad, ya que afecta a los distintos puertos de escala y al propio barco.

tiempo dentro de la nave

En primer lugar, el paso del tiempo dentro de la nave está completamente desacoplado del paso del tiempo en el espacio normal. Mire una de las vías de tránsito verdes. En el SRF sale de A y llega a B simultáneamente. En otros marcos de referencia, sale y llega en diferentes momentos, ¡o incluso llega antes de partir! Pero para las personas y los bienes a bordo del barco, debe haber una respuesta única.

Tienes la oportunidad de elegir el resultado. Dependiendo del detalle de la tecnología que utilice para explicar el viaje FTL, puede tener sentido decir que es instantáneo con respecto al tiempo del barco. Es decir, un salto . Pero si la nave cae en el subespacio y lo atraviesa, el tiempo pasará en la nave y tiene sentido escalar eso en función de la duración del tránsito. Entonces, dibuja una escala en la línea verde de la pista.

Defínelo para que sea lo que quieras. Naturalmente, se podría decir que se necesitan unos días de navegación para cubrir 5 años luz entre A y B. Pero, ¿tiene que ser así? Podría ser una forma interesante de distinguir su trama de la ciencia ficción común diciendo que el tiempo en el barco es más largo que un viaje a la velocidad de la luz. Tal vez el tránsito sea instantáneo (en ET) desde el punto de vista de la civilización que intercambia bienes entre A y B, ¡pero aquellos a bordo del barco tienen que pasar 10 años en criosueño!

En cualquier caso, una vez que elijas tu escala necesitas saber cómo aplicarla. El tiempo de envío será proporcional a la distancia entre los puntos finales, tal como se expresa en el SRF . Si SRF es diferente de GRF, la distancia entre las estrellas cambiará según el escorzo de la distancia relativista.

Date cuenta de que el marco de referencia SRF es una cantidad vectorial: tiene una dirección. Entonces, el escorzo ocurre solo en esa dirección y no perpendicular a ella. (El mismo problema se aplica al cálculo de la compensación entre el tiempo en GRF y SRF).

Por lo tanto, un viaje el doble de largo llevará el doble de tiempo, pero algunas direcciones son "más lentas" que otras, en relación con los mapas normales de estrellas presentados en GRF.

En un juego de rol, puede tener tablas de tiempo hechas de antemano o un programa a mano para hacerlo, por lo que el cálculo no es peor que averiguar la distancia tridimensional entre puertos arbitrarios de todos modos.

El tiempo de permanencia a bordo del buque afectará al avituallamiento de la tripulación y al carácter perecedero de las mercancías. Hacer que el tiempo transcurra de manera diferente a bordo del barco complicará el juego si el juego se lleva a cabo a bordo de los barcos y en el puerto. Como veremos en la siguiente sección, si intenta configurar la escala para que el tiempo transcurrido del barco coincida con el tiempo transcurrido del puerto, terminará con un tránsito instantáneo.

Pero el viaje de una nave puede consistir en más que un salto subespacial. Si los saltos deben tener lugar lejos de la estrella, y tal vez en diferentes lugares alrededor de la estrella en lugar de algún punto arbitrario, entonces una parte significativa del viaje se realizará viajando desde los planetas interiores hasta el punto de salto, y desde el salto de llegada. apuntan de nuevo al planeta del sistema interior. Por lo tanto, pueden ocurrir eventos que aborten la nave durante un período de tiempo, incluso si el salto es instantáneo (en ET). Si el barco viaja a velocidades relativistas entre los puntos de salto y los puertos, debe lidiar con el tiempo que se desacelera en el barco. Si el punto de salto está, digamos, a medio año luz del sol, incluso a velocidades relativistas, pasará una cantidad significativa de tiempo del barco en este tramo del viaje.

tiempo en el puerto de escala

Independientemente de cómo transcurra el tiempo a bordo del buque mientras se encuentra en tránsito FTL, el viaje de ida y vuelta parece instantáneo desde el punto de vista del puerto de escala. Las vías de tránsito de ida y vuelta son paralelas en el diagrama st, que es diferente de cómo funciona el movimiento normal. Entonces, si una nave sale del planeta A y va a B, pasa un día en B y regresa a A, llegará un día después de su partida. El tiempo pasado en el espacio normal es el único tiempo que pasó, en el universo exterior.

Tenga en cuenta que esto no considera los tramos del viaje que se mueven entre los puntos de salto a través del espacio normal u otras cosas introducidas con el fin de hacer que pase el tiempo para reducir el tiempo de respuesta. Por ejemplo, tal vez un salto tarde algunas horas en entrar en contacto con el campo y esto se gasta en el lado del espacio real. Tal vez los puntos de salto (lugares donde se accede a FTL) estén fijos alrededor de la estrella y cada uno sea de una sola dirección, por lo que la nave debe viajar entre los puntos de salto a través del espacio normal para hacer un viaje de ida y vuelta.

Entonces, ¿qué tan rápido es el vuelo FTL, de todos modos?

La pregunta está mal definida. Hemos visto anteriormente que en ET el tránsito es instantáneo. En otros marcos de referencia tenemos diferentes tiempos, positivos y negativos. Debido a la diferencia en la sincronización entre los relojes de diferentes planetas explicada anteriormente, hay una gran diferencia entre el ajuste de tiempo SRF y GRF y, como en el ejemplo de la nova, expresar la velocidad de la nave en GRF dará diferentes respuestas o incluso números negativos dependiendo de los puntos finales específicos.

La idea de que un "factor de deformación" sea un múltiplo de la velocidad de la luz simplemente no funciona.

La ordenación del futuro y el pasado a velocidades FTL puede resolverse mediante la denominada causalidad espacial. Ver este artículo de Han & Choi . Lo que ellos llaman causalidad relativista que se aplica a marcos de referencia inerciales sublumínicos podría llamarse mejor causalidad temporal. Esta es la causalidad que se anuda y se retuerce en paradojas cuando la relatividad especial y el viaje más rápido que la luz chocan.

Han y Choi concluyen que la causalidad espacial es una condición más fuerte para la no señalización que la causalidad relativista. Es cierto que su artículo trata sobre la no localidad cuántica, pero la no localidad es el código de los físicos para que las cosas sucedan más rápido que la velocidad de la luz. Estrictamente hablando, significa eventos con separaciones espaciales. El orden de los eventos que implican velocidades superlumínicas puede comportarse bien y las paradojas habituales pueden ser simplemente el resultado de implicar una causalidad equivocada.

Esto sugiere que los buques FTL siempre avanzarán en el tiempo, siempre que su movimiento se limite a un marco de referencia preferido. El candidato más adecuado para un marco de referencia preferido es el fondo cósmico de microondas (CMB).

El sistema solar se mueve a aproximadamente 627±22 km/s en relación con el CMB. Supongamos una nave estelar con un motor de salto FTL, pero como no queremos múltiples imposibilidades, solo tiene un sistema de propulsión subluz de fusión de plasma capaz de una aceleración de un cm/seg/seg. Se trata de una unidad de plasma realista basada en The Starflight Handbook (1989) de Mallove & Matloff, en la que idearon que habría límites en las proporciones de masa, potencia y empuje para las naves espaciales interestelares.

La nave estelar primero acelerará a la tercera velocidad cósmica o, como lo llamamos los mortales menores: velocidad de escape del sistema solar. Sin embargo, sería razonable que siguiera acelerando durante aproximadamente seis meses hasta que esté viajando a 150 km/s. Ahora se alinea con respecto al CMB y comienza a desacelerarse hasta que su velocidad con respecto al CMB es cero. Esto llevará casi 720 días (o exactamente 719,91 días). La nave estelar se realinea a su vector de velocidad original de 150 km/s y desacelera durante los próximos seis meses. Ahora está realmente en reposo en relación con el CMB. Para entonces habrá viajado doce horas luz desde el sistema solar. Es seguro suponer que tan lejos de la masa gravitatoria en el espacio-tiempo local del sistema solar será suficiente para que la nave estelar pueda activar su motor de salto con seguridad.

El motor de salto se activa y la nave estelar cambia instantáneamente la distancia de salto estándar de Asimov de cien años luz más cerca del centro galáctico. Ahora pone rumbo al sistema planetario que es su destino. Sin conocer las velocidades relativas de este sistema, no podemos determinar con precisión cuánto tiempo llevará llegar allí. Pero es seguro asumir que si la nave tardó tres años en colocarse en posición para hacer su salto FTL, tomará otros tres años viajar allí.

"Es hora de hacer que los piratas espaciales coman fotones duros", gruñó la nave estelar flexionando sus músculos protésicos mientras la nave estelar se dirigía al sistema planetario de Googolplex Minor. "Los seis años bien valdrán la espera".

Sí , The Space Pirates of Googolplex Minor se puede encontrar en todas las buenas librerías.

OK, lo admito, hay una gran trampa en este escenario del viaje de seis años. Esa suposición es que si el salto es instantáneo, el tiempo dentro de la nave estelar será cero. Sin embargo, si el salto es a una velocidad finita pero sucede muy, muy, muy rápido en el marco de reposo, entonces el tiempo de la nave estelar durante esta transición será igual a la distancia en tiempo luz de 100 años sobre los 100 años luz viajados. Esto significa que el capitán y su tripulación estarán en biosuspensión, por lo que pasarán el siglo sin envejecer ni aburrirse increíblemente.

El concepto de que el tiempo de navegación es igual a la distancia luz-tiempo recorrida apareció en artículos de RT Jones. Puede buscarlos en Google, pero están disponibles para la venta o no en la red.

JonesRT. 1960. Análisis del movimiento acelerado en la teoría de la relatividad. Naturaleza 186:790

JonesRT. 1963. Coordenadas conformes asociadas con movimientos similares al espacio. Instituto J. Franklin 275:1–12

JonesRT. 1982. Cinemática relativista de movimientos más rápidos que la luz. J. Br. interplaneta. Soc. 35:509–14

Por supuesto, las naves estelares con sistemas de propulsión subluz de alta aceleración y larga duración pasarán menos tiempo maniobrando, pero aún les llevará tiempo llegar a un punto, digamos, 12 horas luz, donde el espacio-tiempo es plano para que funcionen los motores de salto. Lástima que nadie sepa cómo hacer sistemas de propulsión subluz de alta aceleración y larga duración como este. Muchos problemas no triviales con la física para empezar, además de que la ingeniería es una locura. Si pudiera hacerse, esto reduciría el tiempo de viaje a solo un siglo en biosuspensión.

Hay un par de formas de configurar una "Hora estándar universal", generalmente mediante el uso de balizas externas como Pulsars para marcar la hora, por lo que la hora del puerto es universal. Los calendarios planetarios pueden variar mucho dependiendo de la rotación y las estaciones y todas esas cosas buenas, pero puedes mantener un reloj universal para el comercio, etc... y probablemente lo necesites. Los experimentos en el cronometraje de alta velocidad sugieren que, si bien la tasa absoluta de progresión temporal, en relación con un marco de referencia dado, puede variar el tiempo experiencial, el tiempo que atraviesa el viajero no lo hace. Si eso sigue siendo cierto cuando va más rápido que la luz, el tiempo del barco avanzará a un ritmo normal en lo que respecta a los ocupantes del barco, por lo que probablemente experimenten el viaje en tiempo real, que dependiendo del método de tránsito será cero o el tiempo de viaje a la velocidad de la luz, posiblemente una fracción de ella, pero no estoy seguro de si es posible. En cuanto a lo que se ve desde varios puntos de vista, eso también depende decómoel barco viaja, por ejemplo, una unidad de salto de algún tipo hará que (desde la perspectiva del puerto de origen) el barco desaparezca y luego vuelva a aparecer en su destino en un tiempo de T+L donde T es el tiempo de tránsito (probablemente cero) y L es el tiempo de retraso para que la luz regrese al sistema de origen de la nave de la manera convencional (esto es más o menos lo que se ve en cualquier sistema en el que la nave recorre el espacio normal, el subespacio, el hiperespacio, los agujeros de gusano, lo que sea, pero T variará dependiendo de metodología). Un impulso que permite que un objeto se mueva a través del espacio real más rápido que la luz mostrará algo muy diferente, los fotones de la nave llegarán en un orden extraño, el puerto de origen ve la nave retroceder hacia el destino a cualquier velocidad, pero el puerto de destino ve llegar el barco y luego retrocede hacia él'

También debe observar la dilatación del tiempo y sus efectos sobre el paso y la percepción del tiempo. También corrimiento al rojo y corrimiento al azul, los efectos que la velocidad relativa del punto de emisión tiene sobre el espectro de la luz recibida.