Suponiendo un espacio completamente vacío, ¿necesita una nave espacial que viaje a 0,5 C un empuje continuo para evitar la deceleración?
Si la nave espacial viaja a 0,5 C, ¿actuará su masa relativista sobre los objetos por los que pase?
Se entiende que el espacio no está realmente vacío. La pregunta estaba diseñada para considerar sólo los efectos relativistas.
Sin embargo, si la nave espacial viaja a 0,5 C y empieza a desacelerar, ¿necesita desacelerar su masa relativista o su masa en reposo?
En primer lugar, una puntualización: en espacio completamente vacío la velocidad de una nave espacial está mal definida. ¿Con respecto a qué se movería? ¿Al espacio vacío?
Ahora, digamos que la nave espacial se mueve con respecto al CMB a 0.5 c en un espacio vacío. Me gustaría decir que no se necesita empuje porque no hay arrastre en la nave espacial que la desacelere. Sin embargo, debido al desplazamiento azul del CMB en la dirección del viaje, sospecho que en realidad puede haber cierta presión de radiación que desacelere la nave espacial.
Actualización:
Otra pequeña objeción: La masa que actúa sobre otras masas es una Newtoniano concepción de la gravedad. En el contexto de la RGT, la masa no "actúa sobre los objetos"; la masa (energía) "actúa" sobre (curva) el espaciotiempo. Esta curvatura está relacionada con la densidad y el flujo de energía y momento, que son magnitudes dependientes del marco (aunque se expresan de forma independiente del marco mediante el tensor tensión-energía).
La conclusión, como señala Ron, es que, en el sistema de coordenadas en el que el cohete se mueve a 0,5 c es el relativista energía y momento de la nave espacial que se relacionan con la curvatura del espaciotiempo como "visto" en ese sistema de coordenadas .
En el espacio completamente vacío, una nave espacial que viaje a cualquier velocidad no necesita empuje para mantenerse a esa velocidad. Sólo necesita empuje para acelerar o desacelerar. El espacio no está vacío, por lo que una nave espacial necesitaría una pequeña cantidad de empuje para mantener su velocidad, pero en la mayoría de las circunstancias el empuje necesario es mínimo. Esta cuestión se trató en ¿Una nave interestelar rápida se beneficiaría de una forma aerodinámica? .
Por muy rápido que viaje una nave espacial, no desarrolla un campo gravitatorio más fuerte. Esto se debe a que la fuente del campo es el tensor tensión-energía y no sólo la masa. Para más información, véase La masa relativista vista por diferentes observadores .
Una nave espacial que se mueve rápido tiene un mucho campo gravitatorio más fuerte en un marco de reposo que una nave espacial en movimiento lento, desvía más los objetos estacionarios, precisamente porque el tensor de esfuerzo es la fuente, y tiene más "masa relativista". Esta es la confusión causada por pensar que la masa en reposo hace la gravedad. La energía hace la gravedad, la masa relativista hace la gravedad, no la masa en reposo.
Estoy confundido. ¿Está usted diciendo que el efecto de "gravedad" causado por la masa relativista de las naves espaciales de alta velocidad tiene un efecto sobre los objetos que pasa?
No tengo nada que añadir a la cinemática y la relatividad de la situación, que otros han abordado adecuadamente. Pero si te interesa el tema de los viajes interestelares en general, este artículo de un antiguo científico de la NASA es una gran lectura: http://arxiv.org/abs/1101.1066
Resumen a continuación:
Energía, obsolescencia incesante y las primeras misiones interestelares
Marc G. Millis
Las proyecciones sobre las primeras posibilidades de misiones interestelares se calculan a partir de 27 años de datos sobre las tendencias históricas de la energía, las prioridades de la sociedad, la energía necesaria para las misiones y las implicaciones del postulado de obsolescencia incesante (cuando las sondas más nuevas superan a las anteriores). Se consideran dos misiones de muestra: el lanzamiento de una nave colonia mínima cuyo destino es irrelevante, y el envío de una sonda mínima a Alfa Centauri con una misión de 75 años de duración. Se supone que la nave colonia tiene una masa de 10^7 kg, y la sonda de 10^4 kg.
Se descubre que las primeras misiones interestelares no pudieron comenzar hasta dentro de 2 siglos, o 1 siglo en el mejor de los casos. Incluso considerando sólo la energía cinética de los vehículos sin tener en cuenta propulsor, la nave colonia no podrá despegar hasta el año 2200, aproximadamente. 2200, y la sonda no podrá despegar hasta alrededor del 2500. El examen de el postulado de la obsolescencia incesante muestra que se vuelve irrelevante bajo varias condiciones.
No. De hecho, el principio de inercia implica que una vez que algo se pone en marcha en el espacio vacío, seguirá avanzando a esa velocidad para siempre. Aunque para tu segunda pregunta sí, la presencia de otros cuerpos te aceleraría hacia ellos ya que seguirías una geodésica (seguir una geodésica es la generalización apropiada del principio de inercia). La velocidad no importa realmente (aunque obviamente cambia el grado en que eres atraído y si te mueves lo suficientemente rápido puedes escapar de la atracción del planeta pero NO si no aceleras). Así que no, en un espacio COMPLETAMENTE vacío no necesitarías un empuje continuo (ni ningún empuje adicional), pero si hay otros cuerpos alrededor necesitarás un poco de empuje para evitarlos, pero si están lejos este empuje podría ser algo insignificante.
Edición: (Como se señaló en otra respuesta, si te estuvieras moviendo en el espacio vacío ni siquiera "sabrías" que te estás moviendo, pero creo que sigue siendo una pregunta razonable si el espacio está "casi vacío", como si estuvieras entre Andrómeda y la Vía Láctea (fingiendo que no hay nada más flotando entre ellas). Entonces podrías "ver que te estás moviendo", pero los cuerpos no requerirían que te impulsaras realmente en absoluto para seguir avanzando a una velocidad constante (aunque estrictamente hablando estarías siguiendo una geodésica con una curvatura diminuta).
Para el arrastre causado por el CMB véase http://prao.aps.org/story/v12/st22 y sus referencias.
Ten en cuenta que esto se define en términos de la velocidad relativa del CMB. Lo que significa que puedo elegir un marco de "reposo" desde el cual la nave espacial "rápida" está en reposo respecto al CMB y no experimenta ningún arrastre.
@dmckee ¿Podrías explicarlo un poco más? La velocidad relativa al CMB debería ser realmente objetiva. El marco de referencia del CMB en un lugar se está moviendo con respecto al CMB en otro lugar (como un cúmulo local comparado con otro, se alejan), pero podemos predecir el marco de referencia del CMB cerca del borde del universo visible y evaluar es una galaxia se está moviendo con respecto a él. O eso pensaba yo.
@AlanSE: Claro que el marco CMB está bien definido. Pero la pregunta no pone restricciones al marco de reposo. Así que para algunos marcos de reposo la nave espacial "rápida" podría estar en reposo relativo al CMB y no experimentar arrastre. En ese caso, por supuesto, el observador en reposo hace experimentan un empuje del CMB.
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"Espacio completamente vacío" y "Objetos que pasan por él" es una contradicción total.
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Estoy bastante seguro de que desacelera la velocidad o, específicamente, el impulso disminuye la masa relativista es una cosa muy específica que se confunde fácilmente con la masa total.