Спросите Итана: как быстро можно достичь скорости света?

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/12/24/ask-ethan-could-we-reach-the-speed-of-light-by-christmas/
  • Перевод
image
Для достижения скорости, близкой к скорости света, многоступенчатой ракете нужно было бы отбрасывать часть своей массы по мере увеличения скорости, как делает изображённая здесь ракета Super Haas

Допустим, вы хотите отправиться в межзвёздное путешествие и добраться до точки назначения как можно быстрее. Возможно, у вас не получится сделать это до завтра, но если бы у вас были все необходимые инструменты и технологии, а также немного помощи от относительности Эйнштейна – смогли бы вы добраться туда через год? А что насчёт приближения к скорости света? Именно об этом задаёт наш читатель свой вопрос на этой неделе:
Я недавно читала книгу, автор которой пытался объяснить парадокс близнецов, представляя космический корабль, 20 лет летящий с ускорением в 1 g, а затем возвращающийся назад. Возможно ли в течение такого времени поддерживать такое ускорение? Если, допустим, начать путешествие в первый день нового года и лететь с ускорением 9,8 метра в секунду в секунду, то, если верить расчётам, до конца года можно достичь скорости света. Как после этого дальше ускоряться?

Для путешествия к звёздам совершенно необходимо поддерживать такое ускорение.


Этот запуск космического корабля Колумбия в 1992 году показывает, что ракета ускоряется не мгновенно – ускорение занимает долгое время

Самые передовые ракеты и системы реактивного движения, созданные человечеством, недостаточно мощные для такой задачи, потому что они добиваются не такого уж большого ускорения. Впечатляющие они потому, что ускоряют огромную массу довольно продолжительное время. Но ускорение таких ракет, как Сатурн-5, Атлас, Фалькон и Союз не превышает ускорение какого-нибудь спортивного автомобиля: от 1 до 2 g, где g – 9,8 метра на секунду в квадрате. В чём разница между ракетой и спортивным автомобилем? Своего предела автомобиль достигнет секунд через 9, на отметке в 320 км/ч. Ракета же может ускоряться так гораздо дольше – не секунды или минуты, но четверть часа.


Самой первой с космического центра на мысе Кеннеди НАСА запустило ракету Аполло-4. Хотя она ускорялась так же, как спортивный автомобиль, её ключ к успеху был в длительной поддержке этого ускорения

Именно так мы можем преодолеть гравитационное притяжение Земли и выйти на орбиту, достичь других миров в нашей Солнечной системе или даже вырваться из солнечного притяжения. Но в какой-то момент и мы дойдём до предела – ускоряться можно ограниченное время из-за ограничений на количество переносимого топлива. Используемое нами ракетное топливо, к несчастью, чрезвычайно неэффективно. Вы видели знаменитое уравнение Эйнштейна, E = mc2, описывающее массу, как форму энергии, и то, что энергию можно хранить в виде материи. Наше замечательное ракетное топливо ужасно неэффективно.


Первый пробный запуск двигателя SpaceX Raptor в начале 2016

Используя химические реакции, топливо преобразует не более 0,001% своей массы в энергию, жёстко ограничивая максимальную скорость, доступную космическому кораблю. И именно поэтому для запуска 5 тонн полезного груза на геостационарную орбиту требуется ракета весом в 500 тонн. Ядерные ракеты были бы более эффективными, и превращали бы порядка 0,5% своей массы в энергию, но идеальным результатом было бы топливо из материи и антиматерии, достигающее 100% эффективности в превращении E = mc2. Если бы у вас была ракета определённой массы, неважно, какой, и всего 5% этой массы содержалось бы в антиматерии (а ещё 5% — в одноразовой материи), можно было бы контролировать аннигиляцию во времени. В результате вы получили бы постоянное и устойчивое ускорение в 1 g на гораздо большем промежутке времени, чем даст вам любое другое топливо.


Представление художника о реактивной системе движения с использованием антиматерии. Аннигиляция материи/антиматерии даёт высочайшую плотность физической энергии из всех известных веществ

Если вам требуется постоянное ускорение, то аннигиляция материи/антиматерии, составляющих несколько процентов от общей массы, позволит вам ускоряться с такой скоростью несколько месяцев подряд. Таким способом можно набрать до 40% скорости света, если вы потратите весь годовой бюджет США на создание антиматерии, и будете ускорять 100 кг полезного груза. Если вам нужно ускоряться ещё дольше, вам нужно увеличивать количество взятого с собой топлива. И чем больше вы будете ускоряться, чем ближе вы будете к скорости света, тем сильнее вам будут заметны релятивистские эффекты.


Как ваша скорость увеличивается со временем, если держать ускорение 1 g несколько дней, месяцев, лет или десятилетие

После десяти дней полёта с ускорением в 1 g вы уже минуете Нептун, последнюю планету Солнечной системы. Через несколько месяцев вы начнёте замечать замедление времени и сокращение расстояний. Через год вы наберёте уже 80% от скорости света; через 2 года вы подберётесь к 98% скорости света; через 5 лет полёта с ускорением в 1 g вы будете двигаться со скоростью в 99,99% от скорости света. И чем дольше вы будете ускоряться, тем ближе к скорости света вы подберётесь. Но никогда её не достигнете. Более того, с течением времени на это потребуется всё больше энергии.


На логарифмической шкале видно, что чем дольше вы будете ускоряться, тем ближе к скорости света вы подберётесь, но никогда её не достигнете. Даже через 10 лет вы подберётесь к 99,9999999% скорости света, но не достигнете её

На первые десять минут ускорения потребуется определённое количество энергии, и к окончанию этого срока вы будете двигаться со скоростью 6 км/с. Ещё через 10 минут вы удвоите скорость до 12 км/с, но на это потребуется в три раза больше энергии. Ещё через десять минут вы будете двигаться со скоростью 18 км/с, но на это потребуется в 5 раз больше энергии, чем в первые десять минут. Эта схема продолжит работать и дальше. Через год вы уже будете использовать в 100 000 раз больше энергии, чем в начале! Кроме того, скорость будет увеличиваться всё меньше и меньше.


Длины сокращаются, а время растягивается. На графике показано, как космический корабль, двигавшийся с ускорением в 1 g сто лет, может совершить путешествие почти до любой точки видимой Вселенной, и вернуться оттуда, на протяжении одной человеческой жизни. Но к моменту его возвращения на Земле пройдёт дополнительное время

Если вы хотите ускорять корабль весом в 100 кг в течение года при 1 g, вам потребуется 1000 кг материи и 1000 кг антиматерии. Через год вы будете двигаться со скоростью 80% от скорости света, но никогда её не превзойдёте. Даже если бы у вас было бесконечное количество энергии. Постоянное ускорение требует постоянного увеличения тяги, и чем быстрее вы двигаетесь, тем больше вашей энергии тратится на релятивистские эффекты. И пока мы не придумаем, как управлять деформацией пространства, скорость света останется окончательным ограничением Вселенной. Всё, что обладает массой, не сможет её достичь, а уж тем более, превзойти. Но если вы начнёте сегодня, то через год вы окажетесь там, куда ещё не добирался ни один макроскопический объект!

Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].
Поделиться публикацией
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама
Комментарии 256
  • –3
    как быстро можно достичь скорости света?

    Cкорость света можно достичь со скоростью света, это же очевидно. Не благодарите.
    • 0
      Спасибо.
      • 0
        как по мне так разгон до скорости света для перемещения в пространстве слишком неэффективен. Надо много топлива, куча времени и еще черт знает чего еще. Проще пытаться искривлять пространство магнитными полями, лазерами. Даже если на это уйдет пара сотен лет это будет выгоднее и быстрее, чем скорость света.
        • +9
          Конечно, проще. Ещё проще использовать порталы. Или астральные путешествия. А можно раскрутить 11-мерные струны, которые использует для арфы богиня Путешествий и оказаться в любой точки пространства мгновенно.

          fantasy is the limit.

          Каждый раз, когда мне кто-то говорит «проще», у меня возникает вопрос: проще что? Сделать сепульку? Откуда цифра «200 лет»? Почему искривление пространства мганитными полями и лазерами будет «выгоднее и быстрее, чем скорость света»?

          В чём смысл этого выражения?
          • +3
            Скорее всего речь о том, что скорость света — максимальная из скоростей реального мира всё равно слишком мала для путешествий даже внутри Млечного пути чуть дальше ближних звёзд не говоря уже о межгалактических полётах. Вот и приходится мечтать о фантастических сепульках, с которыми лучше полдня 200 лет потерять, но потом за 5 минут долететь
          • +1

            Зачем это все? Нужно просто создать метод SetCoordinates() для космического корабля

            • +1

              А вселенная умеет работать с интерфейсом ISettableCoordinates?

              • 0

                Можно переопределить ее прототип, чтоб умела

                • +2
                  Проблема в том, что исходников у нас нет, и дизассемблер пока что недоделали…
                • 0
                  бра кет-векторы, не?
              • +2
                «как по мне так разгон до скорости света для перемещения в пространстве слишком неэффективен. Надо много топлива, куча времени и еще черт знает чего еще. Проще пытаться искривлять пространство магнитными полями, лазерами.»
                А на искривление пространства не надо много топлива, кучу времени и черт знает чего еще? :) Разгоняться мы, по крайней мере, умеем. А вот пространство искривлять…
            • +1

              Скорость достигается ускорением, а не скоростью. Со скоростью мы можем добраться до точки, то есть преодолеть путь.
              И вопрос звучал "как быстро", то есть в ответе должно быть время. Его в посте и дали, даже приведя ускорение (от которого зависел бы ответ в любом другом случае)

              • 0
                Как сделать 100 кг полезного груза безмассовым?
                • +6
                  Оставить без присмотра.
              • 0

                Что же он про межзвёздный прямоточный двигатель не написал? Всё там нормально можно разогнаться.

                • +12
                  Краткий пересказ статьи: «Никак».
                  • +1
                    Ну а если мы лишим себя массы?
                    • +9
                      тогда частицы вашего тела разлетятся во все стороны со скоростью света.
                      • 0
                        Даже если у частиц останется при этом электрический заряд? (я не знаю противоречат ли такие частицы законам физики или нет, но было бы интересно представить такое:) )
                        • 0
                          Няз в квантовой механике доказывается, что если частицы легче некоторого предела (очевидно определенного силой взаимодействия), они неспособны образовывать связанные состояния. Я не знаю работает ли это таким образом для нуклонов, где частицы их «составляющие» связанны качественно более сильными силами, но в отношении атомов и электронов это получается примерно так.
                          • 0

                            IMHO, наличие заряда невозможно без наличия массы

                            • +1

                              Безмассовых частиц с электрическим зарядом не нашли (хотя они легко бы создавались в ускорителях), и если бы они существовали, то обычные частицы легко бы распадались в них.


                              https://physics.stackexchange.com/questions/7905/massless-charged-particles


                              particles in Standard Model compulsorily decay (sooner or later) into lighter particles as long as conservation laws (such as electric charge conservation law) are satisfied. So assuming massless charged particles exist would immediately make all the charged matter (in particular electrons) unstable unless those new particles differed in some other quantum numbers.

                              Massless charged particles can't exist in Nature because they would be easily produced by the colliders, and they haven't been. Such a production would simply arise from the Feynman diagram with an intermediate photon that "splits" into the new charged massless particle and its antiparticle. The cross section of this process would be calculable, and not small in any way.

                              If there were massless charged particles, the electron and positron would become unstable — one problem — and the fine-structure constant would run to α=0 at very long distances — another problem, and it obviously doesn't.
                              • 0

                                но ведь есть безмассовый фотон — носитель электромагнитного поля. где обе составляющие синфазны. почему это поле существует без заряда?

                                • +1

                                  Не путайте носитель поля и носитель заряда.

                                  • –3
                                    ну я пока не путаю, а задал об этом вопрос. С другой стороны школьная физика учит, что именно заряды создают поля. А вики говорит нам, что у фотона электрический заряд существует, но равен нулю, а не отсутствует. Т.е. возможно он скомпенсирован. Известными носителями электрического заряда являются кварки, которые массу имеют. Никто не знает, из чего состоит фотон, может быть из безмассовых кварков.
                            • 0
                              Отлично, останется лишь направить их в нужную сторону и на месте собрать обратно
                            • +1

                              Безмассовые объекты не могут не двигаться со скоростью света.

                              • +1
                                Кстати почему?
                                • +1

                                  Говорят, для безмассовых частиц со скоростью менее "c" получатся нулевой импульс и энергия, из-за чего они ни с чем не взаимодействуют и полностью необнаружимы; скорость "c" получается из формул теории относительности:
                                  https://ru.wikipedia.org/wiki/Безмассовые_частицы "Любая безмассовая частица может двигаться только со скоростью света. Это следует из того, что, согласно формулам теории относительности для энергии E и импульса скорость v частицы определяется через её импульс p, m и скорость света c… — Широков, Юдин Н. П. Ядерная физика. — М.: Наука, 1972 стр. 16."


                                  https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=1354 Q & A: Massless Particles Traveling at the Speed of Light, 05/05/2016


                                  Why do massless particles all travel at the speed of light?

                                  … The full relativisitic expression for energy in terms of the rest mass of a particle is

                                  E^2 = (m_0 * c^2)^2 + (pc)^2

                                  where p is the momentum of the particle. This relationship is true for all particles in all frames of reference and is very useful in practice. The momentum of a particle which is traveling at a speed v less than c is given by

                                  p = m_0 v * sqrt( 1/ (1-(v/c)^2) )

                                  This equation works for particles traveling at speeds less than c. For v=c, it involves dividing zero by zero. Suppose that a massless particle is traveling at a speed v less than c. Its momentum is zero in all frames of reference because m0=0. Its energy is therefore zero in all frames of reference. There are two problems with such hypothetical particles. 1) We cannot detect them even if they exist. Suppose that a particle with zero energy and zero momentum collides and bounces off of another particle with some energy and momentum.… So massless particles traveling at speeds less than the speed of light cannot bounce off of massive particles. The other problem is 2) there is no barrier to spontaneous creation of these energy-free particles. At any nonzero temperature, infinitely many of these particles will be created for free, but it wouldn’t matter because we wouldn’t be able to tell that they are there.

                                  The full (E,p) relation is E^2=p^2 c^2+m^2 c^4. Now for anything moving at less than c, you have p = mv sqrt(1/(1-(v/c)^2) which comes out to be 0 when m=0. So massless particles traveling at less than c would always have p=0 and E=0. They wouldn't be able to trade energy with other particles or trade momentum (i.e. exert forces). It's hard to see how their existence would be detectable.
                                  • –2

                                    похоже на темную материю. она ведь тоже не обнаружима. может она состоит из медленных гравитонов или им подобных частиц

                                    • +1
                                      Не похоже, конечно. У тёмной материи масса имеется.
                                      • –2
                                        так если он медленный, то у него уже есть масса. это может быть не тот самый гравитон, а его аналог
                                        P.S. что за прикол ставить минусы, я ведь не чушь сказал. или это так демотивируют на дискуссию в гиктаймс?
                                        • +2
                                          Чушь. Самую настоящую. В ветке, где обсуждаются безмассовые частицы, написать «похоже на тёмную материю» — это вообще не думать надо.
                                          • –1
                                            Безмассовые в состоянии покоя. А в обычном состоянии масса у них очень даже есть. Одно время кандидатом на тёмную материю были нейтрино.
                                            • +1
                                              Погодите. Если они безмассовые в состоянии покоя, откуда у них возьмётся масса при досветовых скоростях?
                                              И каким боком к ним относятся нейтрино? У них с массой всё в порядке.
                                              • –1
                                                Какие досветовых скоростях? Они же безмассовые. У фотонов есть энергия. Соответственно масса фотона равна m=E/c^2. Фотон гравитационно взаимодействует с другими объектами.
                                                А вот про массу нейтрино я чет не могу понять. Как они могут тогда двигаться со скоростью света если у них есть масса. И почему нет нейтрино в состоянии покоя.
                                                • +1
                                                  Раз есть состояние покоя, значит должны быть доступны любые досветовые скорости. Движение-то относительно.

                                                  m=E/c^2

                                                  Эта формула позволяет нам выражать энергию в единицах массы. Но от этого энергия массой не становится.
                                                  Вообще в наше время о релятивистской массе не говорят — говорят об энергии и импульсе.

                                                  Как они могут тогда двигаться со скоростью света если у них есть масса.

                                                  А хрен их знает. Дело в том, что их масса настолько мала, что мы не можем её измерить — только оценить сверху. Видимо из-за этого мы не можем отличить их скорость от скорости света.
                                  • +1

                                    Можно у Итана спросить

                                    • +2
                                      Лучше не надо. Опять телегу про взрыв слушать…
                                • 0
                                  то превратимся в ЭМ-излучение (фотоны) и достигнем 100% скорости света
                                • 0
                                  Я знаю, как быстро достичь скорости света. Если у нас есть зонд массой N кг, то нужно взять те же N кг антивещества и провести процесс аннигиляции. Скорость света достигается практически мгновенно! И можно в виде излучения лететь хоть в другую галактику.
                                  Проблема теперь в том, как затормозить наш «разогнанный» зонд с восстановлением его структуры.
                                • +7
                                  Кстати, я один заметил, что у Итана появились новые картинки?
                                  • +4
                                    > Постоянное ускорение требует постоянного увеличения тяги'

                                    Постоянное ускорение с точки зрения наблюдателя, оставшегося на Земле — да, потребует постоянного увеличения тяги, хотя и тут у меня большие вопросы к озвученным в статье коэффициентам. С точки зрения летящих на ракете людей на поддержание постоянного ускорения им будет требоваться постоянная же тяга, иначе, на мой неискушенный взгляд, сломается закон сохранения импульса.
                                    • +3
                                      Более того, тяга должна уменьшаться, так как масса ракеты уменьшается (топливо-то расходуется).
                                      Это одна из причин, почему строят ракеты из нескольких ступеней, а не просто, допустим, отстреливают пустые баки. У двигателей первой ступени слишком большая тяга к моменту, когда топливо начинает заканчиваться, перегрузки в этот момент достигают нескольких g для пилотируемых кораблей и 10g для выдерживающей такое нагрузки.
                                      • +4
                                        Я таки понял, что имел ввиду Итан. Он имел ввиду ускорение относительно точки старта (Земли), а оно действительно не будет соответствовать ускорению в СО корабля из-за эффектов замедления времени и сжатия пространства. И постоянное ускорение относительно Земли таки да, будет требовать все большего и большего количества энергии с ростом скорости. Вот только Итан в разных местах очень вольно оперирует то этим ускорением, то ускорением в СО корабля, в итоге получается полная каша. Расходимся.
                                        • +2
                                          Дело не только в перегрузках, но ещё и в массе двигателей, которую совершенно ни к чему тащить на орбиту.
                                          • +1
                                            И полупустых баков.
                                          • –1
                                            масса ракеты уменьшается

                                            Масса покоя. Но ракета наращивает скорость. А зависимость массы тела от его скорости никто не отменял. При приближении скорости тела к скорости света его масса приближается к бесконечности.
                                            Но и масса топлива соответственно будет расти.

                                            И вообще, здесь в стать есть спорное утверждение:
                                            топливо из материи и антиматерии, достигающее 100% эффективности в превращении E = mc2

                                            Та же Википедия говорит, что:
                                            порядка 50 % энергии, высвобождающейся при аннигиляции адронов (реакции пары нуклон-антинуклон), выделяется в форме нейтрино, а последние при малых энергиях практически не взаимодействуют с веществом

                                            К тому же при разных энергиях выделяются, то фотоны, то адроны (частицы). Например, при аннигиляции электрона и позитрона:
                                            При низких энергиях сталкивающихся электрона и позитрона, а также при аннигиляции их связанного состояния — позитрония — эта реакция аннигиляции даёт в конечном состоянии два или три фотона, в зависимости от ориентации спинов электрона и позитрона.
                                            При энергиях порядка нескольких МэВ становится возможной и многофотонная аннигиляция электрон-позитронной пары.
                                            При энергиях порядка сотен МэВ в процессе аннигиляции электрон-позитронной пары рождаются в основном адроны.

                                            А что на счёт аннигиляции протона и антипротона:
                                            Аннигиляция протонов и антипротонов при низких энергиях приводит к образованию нескольких π-мезонов и реже K‑мезонов. Суммарная энергия частиц, образовавшихся в результате pantip‑аннигиляции при низкой энергии, равна удвоенной энергии покоя протона. При pantip‑аннигиляции при высоких энергиях происходят столкновения между отдельными кварками и антикварками, входящими в состав протона и антипротона. Такие столкновения приводят к образованию большого разнообразия частиц и в частности pantip‑столкновения были использованы для поиска и изучения частиц-переносчиков слабого взаимодействия W±- и Z‑бозонов.
                                            • 0
                                              Масса покоя. Но ракета наращивает скорость. А зависимость массы тела от его скорости никто не отменял. При приближении скорости тела к скорости света его масса приближается к бесконечности.

                                              Во-первых, массой часто называют именно массу покоя, а не релятивистскую массу. Такие вещи надо понимать исходя из контекста.


                                              Во-вторых, в системе отсчета ракеты у ракеты нет никакой скорости, а потому релятивистская масса совпадает с массой покоя.

                                              • 0
                                                А, вот теперь мне стало больше понятно. Действительно. Если взять системой отсчёта ракету.
                                                Точно так же как на Земле, когда мы берём её системой отсчёта, мы не учитываем её скорость движения относительно Солнца, Солнца относительно нашей галактики, скорость самой галактики.
                                              • +1
                                                выделяется в форме нейтрино, а последние при малых энергиях практически не взаимодействуют с веществом

                                                То, что не взаимодействуют — это только означает, что не сможем направить импульс в нужную сторону. Если бы смогли — вышла бы отличная тяга. Хотя, у фотонной ракеты плохое соотношение импульса к мощности (но ничто другого около скорости света Вам не поможет).
                                                • +2
                                                  Хотя, у фотонной ракеты плохое соотношение импульса к мощности

                                                  Тяги к мощности. И это прямое следствие высокого удельного импульса. Не эксклюзивная черта фотонной ракеты. В общем случае — чем больше УИ, тем большая нужна мощность для той же тяги.
                                            • 0
                                              Все верно у Итана. Поддерживать постоянную тягу будет требовать большего количества энергии.
                                              Например автомобиль — даже в вакууме вы не ускоритесь на нем 100-200 так же быстро как 0-100. Крутящий момент на колесах вроде бы нужен тот же самый чтобы сохранять постоянное ускорение, но скорость их вращения стала больше — значит нужна больше мощность (линейно). В итоге накопленная кинетическая энергия растет квадратично от скорости, как и должно быть.
                                              • +2
                                                какая-то каша. Я, конечно, в вакууме автомобили не разгонял, но в реальном мире автомобилей склоняюсь к увеличению сопротивления воздуха при увеличении скорости.
                                                скорость их вращения стала больше — значит нужна больше мощность (линейно)

                                                А вот тут вообще не понял. мощность (энергия в секунду), скорость… и отсюда вывод о кинетической энергии. Вот не понял. Можете раскрыть?
                                                • +6
                                                  Да всё просто. Кинетическая энергия это «эм вэ квадрат пополам» даже без учёта релятивистских поправок.
                                                  Кинетическая энергия при скорости 0 равна 0.
                                                  При скорости 100 будет m * 1002 / 2 = 5000 * m
                                                  При скорости 200 уже m * 2002 / 2 = 20000 * m
                                                  Допустим мощность двигателя 500 ед. энергии в секунду, тогда разгон с 0 до 100 займёт 10 секунд. А вот разгон со 100 до 200 уже 40 секунд. Даже в вакууме.
                                                  • +5
                                                    Не 40 а 30, т.к. на скорости 100 уже имеет энергию 5000, а на скорости 200 должна быть 20000, в итоге с 100 до 200 нужно добавить 15000 энергии, а это 30 секунд работы двигателя.
                                                    • +3
                                                      Да, математика сильнее нас.
                                                    • 0
                                                      Вот только ваши рассуждения ломают эквивалентность инвариантных систем отсчета. Представим себе ускорение от 0 до 200 в два этапа: на первом этапе мы сначала находимся в ИСО Земли и тратим N энергии на разгон до 100, затем мы выключаем двигатель и движемся равномерно-прямолинейно, т.е. находимся в ИСО, движущейся относительно ИСО Земли со скоростью 100, на втором этапе мы стартуем в этой ИСО и на разгон еще на 100 обязаны потратить те же N энергии, иначе ИСО не будут эквивалентны и появится эксперимент, при помощи которого можно отличить ИСО Земли от других СО, движущихся относительно нее. Дядюшка Энштейн будет недоволен.

                                                      На обывательском уровне: вам же не приходится напрягать руку в разы сильнее в попытке бросить камень в направлении движения поезда, находясь в нем, по сравнению с броском, находясь на станции.
                                                      • 0
                                                        Открутите в начало треда, мы тут обсуждаем
                                                        Постоянное ускорение с точки зрения наблюдателя, оставшегося на Земле

                                                        Т.е. в ИСО Земли (чорд, за фразу «ИСО Земли» ко мне неделю будет приходить в кошмарах дедушка Эйнштейн).
                                                        • 0
                                                          Но при этом мы же обсуждаем ракету с двигателем на борту, а не на Земле, верно?
                                                          • +1
                                                            В этой ветке мы обсуждаем машину, отталкивающуся от поверхности Земли.
                                                            • –1
                                                              Ветка началась не с автомобиля. Автомобиль зачем-то приплёл siper
                                                            • 0
                                                              del
                                                          • 0
                                                            Если аккуратно все посчитать, то окажется, что энергии придется потратить таки больше, например, на поддержание скорости машины на 100 км/ч, от которой вы отталкиваетесь. А то дедушка Закон Сохранения Импульса будет недоволен.
                                                          • 0
                                                            С мощностью реактивного двигателя всё сложнее, потому что со временем он начинает перераспределять энергию между отбрасываемой массой и оставшейся. Формально во внешней системе отсчёта его мощность с увеличением скорости растёт. К примеру, у нас есть 2 кг на скорости 1 м/с, отбрасываем 1 кг со скоростью 1 м/с (двигатель затратил 1 Дж), у нас теперь 1 кг нагрузки летит со скоростью 2 м/с (внезапно, 2 Дж). 1 Дж украли у того килограмма, который остановился.
                                                            • 0
                                                              Все проще.
                                                              Само понятие кинетической энергии привязано к конкретной СО. Движущийся объект обладает кинетической энергией в тех СО, относительно которых он движется, при этом в его собственной СО его кинетическая энергия всегда нулевая.

                                                              Будет понятнее, если рассмотреть два случая:
                                                              1) Мы разгоняем ракету струёй вещества, которая бьет ей в дно из двигателя, расположенного на Земле. Тогда на разгон от 0 до 100 вам действительно понадобится в 4 раза меньше энергии, чем на разгон от 0 до 200.
                                                              2) Мы разгоняем ракету струей вещества, которая выбрасывается из самой ракеты, т.е. источник (двигатель) привязан к СО ракеты, тогда на разгон от 0 до 100 вам понадобится в 2 раза меньше энергии, чем от 0 до 200. И равное количество на каждые последующие 100.
                                                              • 0
                                                                В случае Итана как раз второй вариант. Но он почему-то привёл цифры из первого (там где квадратично растёт мощь).
                                                                • 0

                                                                  Если бы это было так, тогда имея в два раза больше топлива, мы могли бы разогнать тело до в два раза большей скорости и получить в четыре раза больше кинетической энергии. А это нарушает закон сохранения энергии) Тогда было бы выгоднее не палить топливо на земле, а разогнать ракету побыстрее, вогнать ее в котел с водой, а выделившимся паром крутить турбину, но почему-то так не делают)

                                                                  • 0
                                                                    > Если бы это было так, тогда имея в два раза больше топлива, мы могли бы разогнать тело до в два раза большей скорости и получить в четыре раза больше кинетической энергии.

                                                                    Так и есть. Противоречия нет. Закон сохранения не нарушен. Если провести расчёты, то в этом несложно убедиться.
                                                                    Для таких условий, например, видно как меняется потраченная энергия (удваивается время => удваивается потраченная энергия) и текущая кинетическая энергия машины (удваивается время => учетверяется кинетическая энергия):
                                                                    1. 9.591m/s +9.591 990.5kg Eused=1.319kWh Ehave=0.01265kWh
                                                                    2. 19.28m/s +9.684 981.0kg Eused=2.639kWh Ehave=0.05062kWh
                                                                    3. 29.05m/s +9.779 971.5kg Eused=3.958kWh Ehave=0.1139kWh
                                                                    4. 38.93m/s +9.875 962.0kg Eused=5.278kWh Ehave=0.2025kWh
                                                                    5..18
                                                                    5. 48.90m/s +9.974 952.5kg Eused=6.597kWh Ehave=0.3164kWh
                                                                    6. 58.98m/s +10.07 943.0kg Eused=7.917kWh Ehave=0.4556kWh
                                                                    7. 69.15m/s +10.18 933.5kg Eused=9.236kWh Ehave=0.6200kWh
                                                                    8. 79.44m/s +10.28 924.0kg Eused=10.56kWh Ehave=0.8098kWh
                                                                    9. 89.82m/s +10.39 914.5kg Eused=11.88kWh Ehave=1.025kWh
                                                                    10. 100.3m/s +10.50 905.0kg Eused=13.19kWh Ehave=1.265kWh
                                                                    11. 110.9m/s +10.61 895.5kg Eused=14.51kWh Ehave=1.530kWh
                                                                    12. 121.7m/s +10.72 886.0kg Eused=15.83kWh Ehave=1.821kWh
                                                                    13. 132.5m/s +10.84 876.5kg Eused=17.15kWh Ehave=2.137kWh
                                                                    14. 143.4m/s +10.96 867.0kg Eused=18.47kWh Ehave=2.478kWh
                                                                    15. 154.5m/s +11.08 857.5kg Eused=19.79kWh Ehave=2.844kWh
                                                                    16. 165.7m/s +11.20 848.0kg Eused=21.11kWh Ehave=3.235kWh
                                                                    17. 177.1m/s +11.33 838.5kg Eused=22.43kWh Ehave=3.651kWh
                                                                    18. 188.5m/s +11.46 829.0kg Eused=23.75kWh Ehave=4.092kWh
                                                                    19. 200.1m/s +11.59 819.5kg Eused=25.07kWh Ehave=4.558kWh
                                                                    20. 211.8m/s +11.73 810.0kg Eused=26.39kWh Ehave=5.049kWh
                                                                    hint
                                                                    Разница в энергии равна сумме энергий выпущенных зарядов.
                                                                    • +2
                                                                      Если бы это было так

                                                                      Это так, и объясняетяс без формул просто — ведь топливо, которое «бьёт в дно двигателя», уже (в спокойном состоянии) имеет кинетическую энергию двигателя. И, разгоняя ракету, разгоняет так же оставшееся на ней топливо. Остаётся чистый прирост энергии.
                                                                    • –2
                                                                      В связи с этим, мне не понятно, почему максимальная скорость ограничена скоростью света? Скоростью света относительно чего? Луна вращается вокруг Земли, Земля вокруг Солнца, Солнце вокруг центра галактики, галактика вокруг еще какого-то центра и т.д. В какой-то момент времени все эти системы выстроятся в прямую и их скорости просуммируются. В этом случае скорость Луны вокруг центра вселенной будет очень даже не слабой и возможно даже близкой к скорости света. Если в это время посветить фонариком с Луны сторону по движению, то с какой скоростью будут лететь фотоны отностительно центра вселенной?
                                                                      • +3
                                                                        А если посветить двумя фонариками в противоположные стороны, то относительная скорость фотонов вообще будет 2c!!! В классической физике.
                                                                        В реальной физике сложение скоростей происходит иначе:
                                                                        image
                                                                        • –1
                                                                          Не, это не ответ. Вопрос этот довольно глубокий: откуда берётся вся эта относительность и почему скорость ограничена именно этой величиной. Ваша формула это всего лишь результат размышлений вида «допустим у нас тут всё относительно и максимальная скорость такая то, тогда скорости должна складываться так то» но это не объясняет почему у нас тут всё относительно (какое то особое свойство пространства?) и скорость именно такая (а также то, что она вообще есть, не зависит от условий, всегда одна и та же и т.п.)
                                                                          • +3
                                                                            откуда берётся вся эта относительность и почему скорость ограничена именно этой величиной.
                                                                            — вопрос некорректен: это просто реальность, нами наблюдаемая. Правильнее было-бы спросить, почему эта более фундаментальная реальность скрыта от нас иллюзией ньютоновской физики.
                                                                            • –1
                                                                              Точно также можно было бы не грузиться вопросом «почему планеты летают вокруг солнца по кругу?» а просто сказать, что такова реальность и всё тут. Зайду с другой стороны. Допустим мы хотим сделать простую модель мира в которой летают условные математические точки. Как должна выглядеть эта модель (координаты там, правила), чтобы возникла относительность и максимальная скорость? Наивный подход это просто задать координаты тройкой чисел и ввести правило, что притяжение ~ 1/r^2, но тогда не будет ни относительности ни максимальной скорости.
                                                                              • 0
                                                                                Кстати материальные точки могут вылетать из ньютоновского пространства. Поэтому для симуляции создатели выбрали релятивистскую модель о_О.
                                                                                  • –1
                                                                                    Точно также можно было бы не грузиться вопросом «почему планеты летают вокруг солнца по кругу?» а просто сказать, что такова реальность и всё тут.
                                                                                    — нельзя. У планет есть вполне конкретная причина, которую можно разузнать и отследить до большого взрыва — и уже тут наверное можно сказать что «так случилось», но от взрыва и до планет простирается длинная цепочка вполне конечных и осязаемых причин и следствий. Относительность же вроде как ниоткуда не берется — она просто есть. То есть, ее можно выразить в более других, возможно более фундаментальных терминах но это не значит что она из них берется — это будет просто описание того же с другой стороны; хотя возможно в какой-то момент это даст более глубокое понимание. Как вам например такой вариант: конечность скорости света ограничивает количество информации, необходимое для задания состояния в точке пространства-времени; если бы скорость была бесконечной, то чтобы определить состояние здесь и сейчас вам необходимо было-бы знать состояние ВСЕЙ вселенной в предыдущий момент времени, т.е. появляется бесконечность — а у физики же обычно с этим проблемы. Система получается «слишком жестко» определенной, вы не можете выделить из нее (полу)независимые части и она не способна эволюционировать. Математически это выражается тем что реальность описывается гиперболическими дифф. уравнениями, а не например эллиптическими.

                                                                                    (на этом моя компетентность заканчивается, но в интернете есть материалы, гуглите).
                                                                                • –1
                                                                                  Это зависит от массы. При разгоне мы даем телу энергию — следовательно увеличиваем массу.

                                                                                  Увеличение массы замедляет собственное течение времени тела. Следовательно восприятие скорости объектов в разных системах отсчета будет разное из-за разного течения времени.

                                                                                  Будет разным восприятие расстояний, так как увеличение скорости искажает пространство. Пространство по курсу движения сокращается.

                                                                                  Поэтому и выходит что для нас, пребывающих в одной системе отсчета результаты наблюдений за летящий кораблем не будут совпадать с результатами наблюдений пасажиров самого корабля.

                                                                                  И к слову: если разогнать корабль до скорости света то экипаж увидит такую картину: постепенное уменьшение размеров Вселенной до точки и увеличивающееся время окружающего пространства до бесконечно большой скоростии.

                                                                                  Все эти релятивистские курьезы выводятся математически. А вот почему скорость света такакая какая есть это вопрос из области метафизики
                                                                                  • 0
                                                                                    Масса тут ни при чём. Дело в релятивистском импульсе.
                                                                              • +1
                                                                                Почитайте тут.
                                                                                Должно помочь.
                                                                      • –1
                                                                        > даже в вакууме вы не ускоритесь на нем 100-200 так же быстро как 0-100.

                                                                        Легко.
                                                                        Двигатель реактивный.
                                                                        При постоянной тяге (выстреливаем снаряд раз в секунду с одинаковой скоростью) скорость будет прирастать каждую секунду всё больше и больше.
                                                                        С учётом расхода массы, разгон 100-200 займёт даже меньше времени, чем 0-100.
                                                                        Конкретный пример.
                                                                        Автомобиль (сферический в вакууме) с топливом: начальная масса 1000кг, начальная скорость 0м/с.
                                                                        Топливо: 20 стальных снарядов по 9.5кг каждый (190кг топливо)
                                                                        Двигатель: электромагнитная пушка (railgun), выстреливающая снаряд со скоростью (относительно автомобиля, понятно) 1000м/с каждую секунду.
                                                                        Начало: скорость 0м/с, масса 1000кг
                                                                        Спустя 1 секунду (t=1): скорость 9.591м/с, масса 990.5кг
                                                                        t=2: скорость 19.28м/с (+9.684), масса 981кг

                                                                        t=10: скорость 100.3м/с (+10.50), масса 905кг

                                                                        t=19: скорость 200.1м/с (+11.59), масса 819.5кг
                                                                        t=20: скорость 211.8м/с (+11.73), масса 810кг
                                                                        Выходит, за первые 10 секунд скорость возросла на 100.3м/с до 100.3м/с
                                                                        За последующие 10 секунд скорость возросла на 111.5м/с до 211.8м/с
                                                                        Т.е. разгон 0-100 произошёл за 10 секунд, а разгон 100-200 произошёл за 9 секунд.
                                                                        Код, если нужен кому.
                                                                        • +1
                                                                          У вас ошибка в том, что вес вашего аппарата всё время уменьшается.
                                                                          В изначальной задаче есть авто с постоянной массой. Мы увеличиваем скорость, увеличивается энергия. Т.к. масса константа, то E ~ V^2.
                                                                          (считаю это ~ знаком пропорциональности)
                                                                          У вас же m постоянно уменьшается, квадрат скорости делим на меньшую и меньшую величину и Е растёт быстрее.
                                                                          • 0
                                                                            У вас ошибка в том, что вес вашего аппарата всё время уменьшается.
                                                                            В изначальной задаче есть авто с постоянной массой.

                                                                            Масса аппарата уменьшается — наверное потому, что речь о ракете. У Итана. Те, кто пытаются его оправдать, делают подмену, приводя примером нереактивный автомобиль:
                                                                            Все верно у Итана. Поддерживать постоянную тягу будет требовать большего количества энергии. Например автомобиль — даже в вакууме вы не ускоритесь на нем 100-200 так же быстро как 0-100.

                                                                            Раз речь о ракетах, то и примеры о тележках/автомобилях должны быть на реактивной тяге.
                                                                            Послушаем, что говорит сам Итан о трудностях бороздения Вселенной:
                                                                            Допустим, вы хотите отправиться в межзвёздное путешествие и добраться до точки назначения как можно быстрее

                                                                            После десяти дней полёта с ускорением в 1 g вы уже минуете Нептун

                                                                            со скоростью 6 км/с. Ещё через 10 минут вы удвоите скорость до 12 км/с, но на это потребуется в три раза больше энергии. Ещё через десять минут вы будете двигаться со скоростью 18 км/с, но на это потребуется в 5 раз больше энергии, чем в первые десять минут. Эта схема продолжит работать и дальше. Через год вы уже будете использовать в 100 000 раз больше энергии, чем в начале!

                                                                            Хммм… межзвёздное путешествие, добраться побыстрее, несколько дней полёта, 18км/с, на картинках реактивные сопла. Не слишком похоже, что речь о бензиновом автомобиле.
                                                                            Очевидно, Итан, рассуждая о ракете, забыл, что она таки маленько реактивная. И линейный расход энергии даст не просто постоянную тягу с постоянным ростом скорости, но вполне себе даже растущий рост скорости (a'(t)>0), ведь масса аппарата уменьшается.
                                                                            • 0
                                                                              А с чего вы взяли, что масса уменьшается существенно? Так то и у автомобиля масса уменьшается, т.к. бак с топливом пустеет.
                                                                              Речь про формулу E =1/2 * m*V^2
                                                                              Возможно, в статье написано не очень точно, если бы вместо «в n раз больше энергии» было бы написано «в n раз больше энергии на единицу массы», то недопонимания не возникло бы.
                                                                              • 0
                                                                                А с чего вы взяли, что масса уменьшается существенно? Так то и у автомобиля масса уменьшается, т.к. бак с топливом пустеет.
                                                                                Ну, если при реактивной тяге масса уменьшается несущественно, то на 0-6 уж точно потребуется втрое меньше энергии, чем на 6-12. Или нет? А если да, то при каких параметрах (начальная масса, масса снаряда, скорость выброса снаряда, количество снарядов // дискретные заменители удельного импульса, числа Циолковского и пр. для простоты понимания и удобства расчётов)?

                                                                                Правильные отгадки если что:
                                                                                1. Масса уменьшается несущественно => скорость растёт несущественно. Масса не уменьшилась => скорость не изменилась.
                                                                                2. При любых (v<<c) параметрах (4 штуки выше), будет справедливо:
                                                                                1) Постоянная тяга (постоянный расход энергии и массы) => v..2v длится чуть меньше, чем 0..v, а совсем не втрое дольше. Т.е. чем выше скорость (а точнее: чем меньше масса, которая может только уменьшаться), тем быстрее идёт разгон (ускорение — растёт, расход энергии/массы — нет). Если не слишком изменилась масса, то между 0..v и v..2v разницы по времени почти не будет (трёхкратная разница — неправда).
                                                                                2) На начальном этапе рост энергии идёт почти квадратичный (E(t) ~ v(t)^2 ~ t^2, затраты энергии — постоянные (E(t) ~ t; E'(t) = const).
                                                                                3) Загадка: энергия тратится линейно, а растёт квадратично => почему не возможен вечный двигатель?
                                                                          • +1
                                                                            Например автомобиль — даже в вакууме вы не ускоритесь на нем 100-200 так же быстро как 0-100.

                                                                            Каким образом у автомобиля оказался реактивный двигатель? :-)

                                                                            • 0
                                                                              Если вчитаться, то автомобиль там в качестве примера, подтверждающего слова Итана о ракете. Раз ракета на реактивной тяге, то и автомобиль, очевидно, тоже.
                                                                      • 0

                                                                        "Представление художника о реактивной системе движения с использованием аннигиляции материи/антиматерии"


                                                                        https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/f/f6/Хиус.jpg

                                                                        • +1

                                                                          Пол Андерсон "Тау ноль"
                                                                          Тема раскрыта полностью, довольно неплохая книга, рекомендую.

                                                                          • 0
                                                                            Ну и вообще-то странно, что Итан не упомянул нейтрино. В реалистичных реакциях типа протон-антипротон идёт каскад превращений, в большинстве которых выделяются нейтрино — и уносят заметный процент энергии (и импульса) в рандомном направлении.
                                                                            • +7
                                                                              Ещё более странно, что он не рассказал о том, что Вселенная возникла 14 миллиардов лет назад, а потом…
                                                                              • +5
                                                                                Похоже, Итан потерял ту самую картинку.
                                                                                Дети! Помогите Итану найти эту картинку!
                                                                              • +1
                                                                                Это малосущественные детали.
                                                                                Реальная реакция нефть-антинефть тупо испарит нахрен сопло и на этом полёт завершится.
                                                                                Итану важен принцип — большой взрыв, тёмная материя, это вот всё.
                                                                                • 0
                                                                                  Зависит от массы аннигилируемой материи/антиматерии, вполне можно подобрать значения которые не будут испарять сопло
                                                                                  • 0
                                                                                    вполне можно подобрать значения которые не будут испарять сопло

                                                                                    Да? Например какие?
                                                                                    ИМХО самое легкое это электрон-позитронная аннигиляция. В результате рождаются фотоны энергией не менее 0.51 МэВ, что соответствует частоте 1,22 * 1020 Гц (сто миллиардов гигагерц).
                                                                                    • 0

                                                                                      0.51 МэВ это 8.17×10^-14 Джоуля что уже не выглядит таким уж страшным

                                                                                      • 0
                                                                                        Для сравнения, энергия ионизации гелия чуть меньше 25 эВ. Не МэВ, а просто эВ.
                                                                                        Из чего будем делать сопло, чтобы излучением ему не поотрывало электроны в первую же секунду?
                                                                                        • +2
                                                                                          Кварковый чугуний.
                                                                                          • 0
                                                                                            > Из чего будем делать сопло, чтобы излучением ему не поотрывало электроны в первую же секунду?

                                                                                            Из магнитного поля. Как в коллайдерах делают. Там энергия частиц под 7ТэВ бывает — и ничего.
                                                                                            • +2
                                                                                              И как, хорошо ли магнитное поле поворачивает фотоны?
                                                                                              • +2
                                                                                                Угу, не особо. Позитроны-электроны можно направить. Или протоны-антипротоны.
                                                                                            • –1
                                                                                              эм… просто возьмём и искривим пространство так, чтобы оно имело форму сопла?
                                                                                              • 0
                                                                                                Из самого высококачественного «зеркала», охлаждаемого жидким гелием.
                                                                                              • +1

                                                                                                Для одиночного фотона это выглядит страшно независимо от единицы измерения.

                                                                                                • 0

                                                                                                  Эти фотоны просто будут делать одно из двух: либо пролетать любые элементы конструкции корабля насквозь (при том лететь, вообще говоря во всех направлениях), либо сообщать чему-нибудь на уровне атомов/элементарных частиц такую энергию, которую оно не унесёт. И в том и в другом случае никакой реактивной тяги не будет.

                                                                                            • 0
                                                                                              Ну, можно сделать вид, что так и задумано. Такой себе твердотельный двигатель с внешним источником энергии. Другое дело, что гамма-кванты от аннигиляции вполне способны его на пару километров в глубину прогреть… Можно попробовать Брэгговский рефлектор из чего-нибудь замутить и какую-нибудь сложную структуру с большими углами падения.
                                                                                            • +1
                                                                                              Ещё небанальный вопрос — как этот антикеросин хранить.
                                                                                              Понятно, что с антиводородом шансов ноль — мы и обычный-то водород хранить без утечек не особо умеем. Можно наделать антижелезных опилок и подвесить в (анти)магнитном поле, в принципе может получится. Но где взять вакуум и как его поддерживать?
                                                                                              Любой технически достижимый вакуум достаточно плотен, чтоб топливные опилки разогрелись с красивым (большим) взрывом.
                                                                                              • 0
                                                                                                Производить его здесь всё равно мало рационально и опасно. Выгоднее вывести производство на орбиту, где уже есть полно солнечной энергии для его производства, и неплохого технического вакуума, который откачкой можно ещё улучшить (доведя до нужной кондиции).
                                                                                                Любой технически достижимый вакуум достаточно плотен, чтоб топливные опилки разогрелись с красивым (большим) взрывом.
                                                                                                Нам просто надо довести вакуум межпланетной плотности до межгалактического уровня (так что частота столкновений вещества/антивещества станет несколько атомов в сутки). При аннигиляции отдельных атомов выделяется миллионная доля джоуля — с парой таких «взрывов» в баке в сутки вполне можно считаться.
                                                                                                • +1
                                                                                                  Вот тут и возникают вопросы.
                                                                                                  1. Где взять вакуум межпланетной плотности, импортировать? Ракета строится на поверхности или на низкой орбите, топливо вырабатывается на поверхности, в межпланетном пространстве нам оно всё тупо не нужно, нам нужно летать между планетами, посадка-высадка должна быть или на планете, или поблизости.

                                                                                                  2. Как его довести до. Технологий таких нет и даже идей работоспособных не видать. И, кстати, сколько энергии будет стоить работа насосов, и где её брать.

                                                                                                  3. Как его сохранить. Чем чище вакуум внутри банки и выше давление снаружи, тем сильнее будет течь. Да и стенки будут испаряться, всё испаряется. Не сами стенки — так грязь на них. Уплотнения будут травить. Антитопливо будет излучать и это излучение всякой высокоэнергичной хрени будет разрушать всё подряд. Настолько всё безнадёжно, даже браться не хочется.

                                                                                                  Не, только уран, только хардкор. Ну, в неопределённом будущем, возможно, когда-нибудь, термояд в открытой ловушке она же двигло. Когда получше со сверхпроводниками станет и всей этой магнитной темой. Пока только прямоточные реакторы деления, без вариантов.
                                                                                                  • +1
                                                                                                    1) 2/3 скорости необходимой для отлёта на Луну/Венеру/Марс — набираются до выхода на орбите, и это только химия на ближайшие сотню лет. Так что ради оставшейся 1/3 мастерить двигатель на антиматерии — это знатный оверкилл, тут и необходимость ЯРД с ТЯРД под вопросом.

                                                                                                    2) Несколько её килограммов (а больше даже для межзвёздных полётов на нормальной скорости не надо) в виде бака на сотни килограмм — пару тонн (с магнитными ловушками) можно переправить из любой точки Солнечной системы в другую даже сейчас на химических двигателях (если поднатужиться), на ионниках — и тужиться не надо (то есть проблема только в хранении).

                                                                                                    3) Перекачивать ничего не надо: бак заправляется на орбитальной электростанции однажды, и в таком виде монтируется на корабле. На корабле/станции бак всё время находится в негерметичном отсеке, и его окружает межпланетный вакуум.
                                                                                                    Не, только уран, только хардкор. Ну, в неопределённом будущем, возможно, когда-нибудь, термояд в открытой ловушке она же двигло. Когда получше со сверхпроводниками станет и всей этой магнитной темой. Пока только прямоточные реакторы деления, без вариантов.
                                                                                                    Людям даже безопасность пускаемых в космос РИТЭГов никак не объяснить (они имеют собственную абляционную защиту, и даже если аппарат развалится прямо перед выходом на орбиту — они упадут в воду/на землю без потери герметичности), так что какие-то идиоты чуть запуск Кассини-Гюйгенс не сорвали.

                                                                                                    А объяснить безопасность ЯРД (у которого скорость выхлопа больше второй космической, и большая часть выбрасываемого материала становится спутником Солнца, а не падает на Землю) — это вообще за гранью добра и зла. Может когда-нибудь потом, через сотни лет, когда люди поумнеют при помощи генной инженерии ситуация изменится, но пока — химия и ионники.
                                                                                                    • 0
                                                                                                      2/3 скорости необходимой для отлёта на Луну/Венеру/Марс — набираются до выхода на орбите


                                                                                                      У Вас какая-то странная метрика.
                                                                                                      Не нужно так считать.
                                                                                                      Реальность несколько другая.
                                                                                                      Обычный Протон вытаскивает на орбиту 20 тонн, а к Венере/Марсу может отправить две.
                                                                                                      Набрать первую космическую — это не 2/3, это 10%. Формула Циолковского, вкратце.

                                                                                                      Туд дело вот в чём. Для набора первых 8 км/с нужно дохрена топлива. Которое течёт просто из дырки в Земле, и не стоит практически ничего. И вчетверо дохрена окислителя, который не сильно дороже.
                                                                                                      Добрать ещё 4 требует топлива заметно меньше. Но только оно должно быть уже на орбите. Каждый кило на орбите стоит тыщибаксов. Когда Лукойл откроет дешёвые орбитальные заправки — тогда в ваших рассуждениях появится какой-то смысл, а пока его там нету.

                                                                                                      А по прилёту — ещё и оттормозиться нужно, тратя топливо, которое с учётом доставки к Марсу обошлось совсем уж несусветно.

                                                                                                      Да и то, 2 тонны — это если просто пнуть и пусть летит месяцами, медленно и печально. Для людей это неприемлемо. Для людей нужен двигатель, способный давать тягу всю дорогу. Не 1g, конечно, это было бы слишком хорошо, но хоть 1/5g. Это и дорогу спрямит, и скорость повысит, и постоянное ускорение неплохо имитирует гравитацию, в быту удобно и для здоровья полезно.
                                                                                                      Никакая химия на это не способна.

                                                                                                      Ионники тоже, с их смешным КПД. В системе электростанция-ионник на киловатт разгона ионов десяток-другой киловатт паразитного тепла нужно куда-то деть, что при сколько-нибудь осмысленной мощности двигателя требует теплообменников нереального размера и веса. Заметного ускорения тут не получить.

                                                                                                      Любое устройство с энергетикой годной для межпланетных перелётов безопасным не является. Даже автомобиль, мощности несравнимо меньшей, и тот — транспортное средство повышенной опасности. А уж звездолёт лёкгим движением сопла способен какой городок прооптимизировать в ровную площадку, вместе со всем населением. Способ получения и хранения энергии тут вторичен, её просто дохрена в одном месте, этого достаточно.
                                                                                                      • 0
                                                                                                        У Вас какая-то странная метрика.
                                                                                                        У вас ещё страннее: «Протон» не для межпланетных полётов оптимизировался — даже на НДМГ/АТ при перелёте с НОО к Венере и Марсу можно потерять только 65-70% массы, но никак не все 90%.
                                                                                                        Туд дело вот в чём. Для набора первых 8 км/с нужно дохрена топлива. Которое течёт просто из дырки в Земле, и не стоит практически ничего. И вчетверо дохрена окислителя, который не сильно дороже.
                                                                                                        Вы про двигатели первой ступени забываете, которые для «Ангары» почти как целый «Протон» стоили, и для всех остальных ракет — это самая затратная часть остаётся.
                                                                                                        Добрать ещё 4 требует топлива заметно меньше. Но только оно должно быть уже на орбите. Каждый кило на орбите стоит тыщибаксов. Когда Лукойл откроет дешёвые орбитальные заправки — тогда в ваших рассуждениях появится какой-то смысл, а пока его там нету.
                                                                                                        Это вот когда она откроет заправку, будет по тысячи за кило, а пока — до определённой массы цена одна (хоть тонна, хоть две), а вот скажем с 2358 кг — ценник резко скачет в 1,5-3 раза (потому-что надо на другую ракету пересаживаться).
                                                                                                        А по прилёту — ещё и оттормозиться нужно, тратя топливо, которое с учётом доставки к Марсу обошлось совсем уж несусветно.
                                                                                                        К Марсу (и тем более Венере) — надо тащить с собой тепловой щит. И так будет на века — потому-что это ещё долго будет дешевле использования ТЯРД/антиматерии для того чтобы погасить всю орбитальную скорость без его использования (иначе при спуске расплавитесь).
                                                                                                        Да и то, 2 тонны — это если просто пнуть и пусть летит месяцами, медленно и печально. Для людей это неприемлемо. Для людей нужен двигатель, способный давать тягу всю дорогу.
                                                                                                        Боюсь таких «людей» даже на орбиту не заманишь — они без ресторанов и спа туда ни за что не полетят. Космонавты же люди привычные — они и на «Союзе» в облёт Луны полторы недели лететь были готовы, а некоторые — и в облёт Марса согласились бы. И проектов полёта на Марс на ионниках уже было достаточно.
                                                                                                        Не 1g, конечно, это было бы слишком хорошо, но хоть 1/5g.
                                                                                                        Для этого Роберт Зубрин ещё 25 лет назад предлагал связать верёвкой последнюю ступень ракеты (которая так и так лететь рядом будет) и корабль, и начать вращать эту связку. Всё — больше ничего для гравитации не надо.
                                                                                                        Заметного ускорения тут не получить.
                                                                                                        Ионники только недавно стали массово применять, вот только недавно твердотопливные ионники появились (CubeSat Ambipolar Thruster). Потерпите — что-нибудь придумают.
                                                                                                        Любое устройство с энергетикой годной для межпланетных перелётов безопасным не является. Даже автомобиль, мощности несравнимо меньшей, и тот — транспортное средство повышенной опасности.
                                                                                                        Вот не надо смешивать всё в одну кучу — ракета на 99% опасна своими техническими неисправностями, а автомобиль — «неисправностью» прокладки между сиденьем и рулевым колесом.
                                                                                                        А уж звездолёт лёкгим движением сопла способен какой городок прооптимизировать в ровную площадку, вместе со всем населением.
                                                                                                        С орбиты он и лёгкий ветерок на поверхности не создаст. Стартующий же с поверхности планеты звездолёт — это уже даже не научная фантастика.
                                                                                                        Способ получения и хранения энергии тут вторичен, её просто дохрена в одном месте, этого достаточно.
                                                                                                        Предлагаю вам найти лёгкий способ эту энергию из природного урана выделить (который в первозданном виде в ядерной индустрии не используется из-за переизбытка 238-го). Ну и в 1 литре воды скажем примерно 2,5 мегатонны тротиллового эквивалента заключено (от протон-протонной реакции) — умывайтесь там поосторожнее, а то мало ли чего. А вообще не все йогурты одинаково полезны реакции одинаково просто осуществить.
                                                                                                        • 0
                                                                                                          Предлагаю вам найти лёгкий способ эту энергию из природного урана выделить (который в первозданном виде в ядерной индустрии не используется из-за переизбытка 238-го).

                                                                                                          Лёгких способов в космонавтике нету.
                                                                                                          Технически достижимый — обогатить и сбацать прямоточник.
                                                                                                          Антиматерия — технически недостижимый в обозримое время.
                                                                                                          • +1
                                                                                                            Технически достижимый — обогатить и сбацать прямоточник.
                                                                                                            Я думаю будет проще разработать технологию сразу на антиматерии, чем доказать экологам и зелёным безопасность прямоточников. Боюсь что ЯРД без лишних преобразователей — остался где-то в прошлом, антиматерия — остаётся в светлом будущем, а мы застряли в сером настоящем.

                                                                                                            Если в ближайшее время кто-то и полетит к Луне/Марсу — это всё ещё будет химия. В принципе проект Mars Direct Зубрина уже вполне осуществим, и не требует ничего нового. А с появлением SLS и Falcon Heavy с заправляемой верхней ступенью — уже и готовые средства доставки появятся.
                                                                                                          • 0
                                                                                                            Для этого Роберт Зубрин ещё 25 лет назад предлагал связать верёвкой последнюю ступень ракеты (которая так и так лететь рядом будет) и корабль, и начать вращать эту связку. Всё — больше ничего для гравитации не надо.
                                                                                                            Гугление выдало такой результат:
                                                                                                            Во время перелета разгонный блок и жилой модуль мы свяжем тросом 1500м для создания искусственной силы тяжести. При скорости вращения 1 оборот в минуту мы сможем обеспечить гравитацию, аналогичную марсианской. При скорости 2 оборота в минуту мы можем достичь земной гравитации.
                                                                                                            Насколько я понимаю, имеется ввиду разгонный блок, который повезёт к Земле. Иначе ничего не получится, т.к. разгонный блок, который разгонял к Марсу уже пустой, соответственно гораздо легче жилого блока. Центр вращения будет внутри или близко к жилому блоку, искусственная тяжесть будет ничтожная.
                                                                                                            Жаль, такой фокус не прокатит при возвращении обратно, проблему отсутствия веса придётся решать иначе.
                                                                                                            • 0
                                                                                                              вместо одного корабля — два идентичных, связанных тросом и закрученых вокруг виртуального центра

                                                                                                              можно даже жильцов расселить, но проще груз в одном держать
                                                                                                  • 0
                                                                                                    Анти-опилки не помогут. Пока что мы можем думать только про электромагнитные поля. Но они действуют только на заряженные частицы. Если в нашей бочке для антивещества где-то образуется анти-атом с зарядом 0, то всё капец, сушите вёсла.
                                                                                                    Ваша идея про анти-бочку контр-продуктивна, она просто переносит вопрос удержания на более высокий уровень.
                                                                                                  • 0
                                                                                                    Антижелезо производить не выйдет так же, как обычное железо. Ничего не нашел о попытках создавать тяжелые ядра на ускорителях, в планах ТЯ реакторов есть реакция типа p + Be-11.
                                                                                                    • 0
                                                                                                      Создавать лёгкие, а потом из них лепить тяжёлые путём обычного ядерного синтеза?
                                                                                                      • +1
                                                                                                        Найдите необходимую температуру и/или плотность для реакции He + He + He -> C. Подумайте, как создадите столько анти-гелия.
                                                                                                      • +1
                                                                                                        я бы еще спросил, как охлаждать антивещество до 'комнатных' температур, чтобы ферромагнетизм проявился.
                                                                                                  • 0
                                                                                                    А почему ускорение с 12 км/с до 18 км/с потребует в 5 раз больше энергии чем с 0 до 6? Это же очень маленькие скорости и там релятивистские эффекты еще не заметны.
                                                                                                    • +2
                                                                                                      кинетическая энергия растёт пропорционально квадрату скорости? вот почему она растёт пропорционально квадрату это уже другой вопрос
                                                                                                      • +1
                                                                                                        Но расход топлива при этом увеличиваться не должен, так как в нем содержится необходимая дополнительная энергия, набранная в процессе предыдущего разгона в виде кинетической.
                                                                                                      • +4
                                                                                                        E = m*V^2/2 наверно…
                                                                                                        • 0
                                                                                                          Ну как разобрали выше это зависит от в какой системе отчета покоится двигатель. Будем ускорять через парус массивом мазеров с Земли на каждый км/с будет тратиться всё больше энергии. Будем ускоряться фотонным двигателем на корабле, будет тратиться всё время одинаковое количество энергии. И Итан всё таки ошибся.
                                                                                                          • +1
                                                                                                            Будем ускорять через парус массивом мазеров с Земли на каждый км/с будет тратиться всё больше энергии. Будем ускоряться фотонным двигателем на корабле, будет тратиться всё время одинаковое количество энергии.

                                                                                                            Итан не ошибся. Разницы не будет!
                                                                                                            Каждый фотонный импульс при все большей скорости носителя будет поглощать все больше энергии. Но анализ этого на макро уровне нам ничего не даст. А вот на квантовом все проясняется.

                                                                                                            При переходе фотона из системы отсчета будет происходить интересное явление.
                                                                                                            Каждый фотон должен получить импульс в обратном направлении достаточный для разгона до скорости света. Но энергии полученной при реакции аннигиляции хватит только на покрытие 2/3 импульса. 1/3 импульса не возникнет же из ничего? Или возникнет?

                                                                                                            В теории должно произойти следующее. Возникнут две виртуальные частицы, такие как возникают на границе черной дыры для компенсации релятивистских эффектов. Одна частица добавит импульс фотону, а вторая увеличит потенциальную энергию корабля. В месте с тем уменьшит время в СО корабля. Произойдет это от того, что скорость самого корабля от взаимодействия с этой виртуальной частицей не поменялась (импульс виртуальной частицы был поглощен фотоном). Но формула должна остаться справедливой — потому и сжалось время в системе отсчета корабля!

                                                                                                            А общая кинетическая энергия корабля будет расти только на чистый импульс фотона, полученный от реакции аннигиляции — без релятивистских эффектов.

                                                                                                            При сбросе скорости кораблем будет обратный эффект.
                                                                                                            Реакция аннигиляции будет покрывать импульс фотона с избытком. Только вот эта избыточная энергия не будет поглощаться аннигиляцией виртуальных частиц. А на оборот, будут возникать новые виртуальные частицы и передавать недостающий импульс новым фотонам сделанным из излишка энергии от реакции и виртуальной частицы. А потенциальная энергия корабля и время будут и дальше увеличиваться за счет частицы поглощенной из пары виртуальных. Но потом виртуальные частицы, находящиеся в СО корабля (те которые были поглощены при разгоне и при торможении), будут поглощаться пространством растягивая время СО корабля. При этом кинетическая энергия будет убывать как положено на импульс от фотона полученный от реакции аннигиляции.

                                                                                                            В итоге, при ускорении корабля время будет в системе отсчета корабля сжиматься, а при торможении наоборот увеличиваться. При этом потенциальная энергия и кинетическая энергия будут только расти с ускорением, и снижаться при торможении.

                                                                                                            Потенциальная энергия при разгоне растет (за счет виртуальных частиц) и потому нужно с каждым импульсом больше энергии для увеличения кинетической энергии.
                                                                                                        • 0
                                                                                                          Поддерживаю.
                                                                                                          На примере тележки на рельсах.
                                                                                                          Тележка со всем барахлом весит 100кг и покоится на рельсах.
                                                                                                          Среди барахла присутствуют 50 грузов по 1кг каждый.
                                                                                                          Раз в секунду будем совершать одинаковое действие: выбрасывать назад груз со скоростью 100м/с (скорость относительно тележки, понятно).
                                                                                                          Каждую секунду скорость тележки будет увеличиваться примерно на одну и ту же велечину (точнее не на одну и ту же, а будет наблюдаться прибавка, ведь масса тележки уменьшается с каждым шагом).
                                                                                                          1. 1.01010 // +1.01010
                                                                                                          2. 2.03051 // +1.02041
                                                                                                          3. 3.06144 // +1.03093
                                                                                                          4. 4.10310 // +1.04167
                                                                                                          5. 5.15574 // +1.05263
                                                                                                          6..47
                                                                                                          6. 6.21957 // +1.06383
                                                                                                          7. 7.29483 // +1.07527
                                                                                                          8. 8.38179 // +1.08696
                                                                                                          9. 9.48069 // +1.09890
                                                                                                          10. 10.5918 // +1.11111
                                                                                                          11. 11.7154 // +1.12360
                                                                                                          12. 12.8518 // +1.13636
                                                                                                          13. 14.0012 // +1.14943
                                                                                                          14. 15.1640 // +1.16279
                                                                                                          15. 16.3404 // +1.17647
                                                                                                          16. 17.5309 // +1.19048
                                                                                                          17. 18.7357 // +1.20482
                                                                                                          18. 19.9553 // +1.21951
                                                                                                          19. 21.1898 // +1.23457
                                                                                                          20. 22.4398 // +1.25000
                                                                                                          21. 23.7056 // +1.26582
                                                                                                          22. 24.9877 // +1.28205
                                                                                                          23. 26.2864 // +1.29870
                                                                                                          24. 27.6022 // +1.31579
                                                                                                          25. 28.9355 // +1.33333
                                                                                                          26. 30.2869 // +1.35135
                                                                                                          27. 31.6567 // +1.36986
                                                                                                          28. 33.0456 // +1.38889
                                                                                                          29. 34.4541 // +1.40845
                                                                                                          30. 35.8826 // +1.42857
                                                                                                          31. 37.3319 // +1.44928
                                                                                                          32. 38.8025 // +1.47059
                                                                                                          33. 40.2950 // +1.49254
                                                                                                          34. 41.8102 // +1.51515
                                                                                                          35. 43.3487 // +1.53846
                                                                                                          36. 44.9112 // +1.56250
                                                                                                          37. 46.4985 // +1.58730
                                                                                                          38. 48.1114 // +1.61290
                                                                                                          39. 49.7507 // +1.63934
                                                                                                          40. 51.4174 // +1.66667
                                                                                                          41. 53.1123 // +1.69492
                                                                                                          42. 54.8364 // +1.72414
                                                                                                          43. 56.5908 // +1.75439
                                                                                                          44. 58.3765 // +1.78571
                                                                                                          45. 60.1947 // +1.81818
                                                                                                          46. 62.0466 // +1.85185
                                                                                                          47. 63.9334 // +1.88679
                                                                                                          48. 65.8564 // +1.92308
                                                                                                          49. 67.8172 // +1.96078
                                                                                                          50. 69.8172 // +2.00000

                                                                                                          Закон сохранения импульса для i-го шага
                                                                                                          v[i]*(M-(i-1)*m) = v[i+1]*(M-i*m) + (-vm+v[i])*m
                                                                                                          M = 100кг — исходная масса телеги с грузами
                                                                                                          m — масса груза, 1кг
                                                                                                          i — номер шага (1..50)
                                                                                                          v[i] — скорость телеги в начале i-го шага
                                                                                                          vm — скорость отстрела груза, 100м/с

                                                                                                          код
                                                                                                          m=1; n=50; vm=100;
                                                                                                          M=100; v=vector(n+1,i,0);
                                                                                                          i=1; while(n>0, \
                                                                                                          v[i+1] = ( v[i]*(M-(i-1)*m) + (vm-v[i])*m ) / (M-i*m); \
                                                                                                          print(i, ". ", v[i+1]+0.0, " // +", v[i+1]-v[i]+0.0 );\
                                                                                                          i++;n--; \
                                                                                                          )
                                                                                                        • 0
                                                                                                          Энергия энергией, а где брать импульс?
                                                                                                          • +2
                                                                                                            Приложить к чему-нибудь ненужному силу, затратив на это энергию, получим импульс.