Si una nave espacial pudiera viajar a la velocidad de la luz, ¿podría atravesar los objetos sin sufrir daños? ¿Dañaría/destruiría objetos?

Question

Sabemos, no sólo por la teoría científica, sino por la práctica (lo he visto con mis propios ojos), que un aumento de la velocidad incrementa proporcionalmente la masa del objeto dado.

Un día visitando una demostración de ciencia hace años, había una exhibición de los efectos de una paja estándar para beber puesta a través de un bloque de madera que simulaba un tronco de árbol. La demostración se refería a la velocidad de los objetos lanzados por un tornado. Un tornado puede aumentar la velocidad de un objeto que de otro modo sería inofensivo para atravesar casi cualquier cosa. Puede hacer que una pajita atraviese un árbol, yo mismo lo he visto. Y esto es sólo a velocidades insignificantes. Un tornado F-5 sólo puede llegar a 318 mph, que es mucho; pero comparado con la velocidad de la luz, está prácticamente parado.

También es la razón por la que un vehículo que se mueve a 160 km/h es más peligroso que un vehículo que se mueve a 1 km/h.

Einstein dijo que para aumentar un objeto hasta la velocidad de la luz, éste ganaría una masa infinita. Negando la plausibilidad a la también infinita energía necesaria para alcanzar la velocidad de la luz, y negando las otras complicaciones como que la nave se desgarre debido a la aceleración desigual o la muerte instantánea de los pasajeros; y también negando la científicamente plausible "unidad warp", esta es mi pregunta:

Si una nave espacial viaja casi a la velocidad de la luz y tiene una masa casi infinita, es lógico que sea, durante el viaje, básicamente inexpugnable, totalmente indestructible. ¿Es esto cierto?

Además, si la nave espacial atravesara planetas o estrellas durante este viaje, ¿destruiría por completo todo lo que se encontrara en su camino?

Además, ¿la masa casi infinita haría que la nave funcionara efectivamente como un agujero negro a esa velocidad, consumiendo todo lo que pasara cerca?

Lo ideal, si la ciencia llegara a ser tan avanzada, sería que la navegación interestelar nos permitiera evitar esas colisiones. Sin embargo, creo que, si fuera posible el viaje cercano a la luz, sería prácticamente imposible detectar una posible colisión con un 100% de certeza. Por lo tanto, me pregunto las respuestas a estas preguntas.

Answer 1

Toda la materia está formada por átomos. Aunque es muy difícil acelerar una nave espacial hasta casi la velocidad de la luz, podemos hacer chocar dos átomos (bueno, dos núcleos) a velocidades cercanas a la de la luz. Este experimento se realiza en el RHIC y también en el LHC en su modo de iones pesados .

Entonces, ¿qué ocurre cuando colisionamos núcleos a casi la velocidad de la luz? Bueno, los núcleos se destruyen completamente y forman una bola de plasma de quarks y gluones .

Por tanto, es de esperar que si uno choca con algo en su nave espacial que viaja a una velocidad cercana a la de la luz, tanto la nave espacial como aquello con lo que colisiona se convertirían en una bola de plasma de quark-gluones. En unas pocas fracciones de segundo se enfriaría hasta convertirse en una pulverización de partículas aleatorias y, finalmente, quedaría una dispersión de partículas estables como protones, electrones y neutrinos.

Answer 2

Cuando una paja o una manguera atraviesan un árbol, eso no se debe a que el objeto tenga una masa mucho mayor debido al tornado, porque no es así. A la velocidad de 318 MPH de un tornado F-5, el masa relativista de un objeto es sólo 1,00000146 veces mayor que su masa en reposo, una diferencia insignificante. Una explicación más útil es que la capacidad de atravesar el árbol se debe a que el objeto tiene mucha energía cinética y un montón de impulso .

Una nave que viaje a una velocidad cercana a la de la luz en relación con su entorno no sería en absoluto indestructible. Según relatividad especial las leyes de la física son las mismas vistas desde cualquier marco de referencia inercial Por lo tanto, una perspectiva igualmente válida es que la nave está parada, y está rodeada por un entorno que viaja a una velocidad cercana a la de la luz. Si un pequeño guijarro golpea tu nave a una velocidad cercana a la de la luz, es probable que haga un agujero en toda la nave.

Una nave no se convertiría en un agujero negro por mucho que se acerque a la velocidad de la luz en relación con su entorno. Que un objeto sea un agujero negro o no depende de la masa en reposo del objeto, no de su masa relativista. Desde el punto de vista de la nave, está parada y su masa no es ni de lejos lo suficientemente grande como para ser un agujero negro. Si la nave no es un agujero negro en un marco de referencia inercial, no es un agujero negro en ningún marco de referencia inercial.

Answer 3

Creo que cualquier cosa con velocidades relativistas y mucha masa (por no hablar de una nave espacial) sería rápidamente destruida por la "chatarra" en el espacio (cuando digo "chatarra", incluyo átomos de hidrógeno extraviados.) Para tener una idea de la energía liberada cuando algo así choca con algo (como un planeta), en el último libro de Randall Monroe ¿Y si afirma que una pelota de béisbol con velocidad relativista arrasaría una pequeña ciudad.

No estoy seguro de si la RG cambia la ecuación de la energía cinética, pero si todavía se aplica con velocidades cercanas a la de la luz, podemos encontrar la KE de un objeto con una masa de 1kg a 0,99999C con $\frac{1}{2}mv^2$ . En primer lugar, si suponemos que C es $3.00 \times 10^8$ obtenemos $300000000\text{ m/s}$ .

Introduciendo esto en la ecuación KE, obtenemos $4.5\times 10^{16} \text{ J}$ . Si podemos creer este sitio web La bomba lanzada sobre Hiroshima tenía una energía de 63TJ. Por lo tanto, nuestra pequeña $4.5 \times 10^4 \text{ TJ}$ la masa sería de unas 714 bombas de Hiroshima.

Así que para responder a sus preguntas:

1. Sí, lo haría. A menos que dicho objeto no tiene masa (fotones, etc.)
2. Bueno, sí, cualquier cosa en su camino estaría en problemas, pero también a esas velocidades un átomo de hidrógeno perdido haría un enorme agujero en tu nave. (Por eso en Star Trek, las naves espaciales siempre están equipadas con Colectores Bussard para "barrer" la materia amenazante antes de que pueda dañar las naves)
3. Creo que eso depende totalmente de la masa de la nave espacial, y de la fracción de C a la que viaja. (Si tiene suficiente velocidad o masa, entonces sí, lo haría).
4. Como se dijo en otra respuesta, que algo tenga o no suficiente masa para ser un agujero negro depende totalmente de la masa en reposo, no de la masa relativista.

Espero que esto ayude :-).

Editar: También debo decir que si no se acelera un objeto hasta un porcentaje apreciable de C, el aumento de masa será insignificante. Por ejemplo: (de Wikipedia)

El aumento de la temperatura de un objeto (el aumento de su energía térmica) aumenta su masa. Por ejemplo, consideremos el principal patrón de masa del mundo para el kilogramo, hecho de platino/iridio. Si su temperatura cambia en 1 °C, su masa cambiará en 1,5 picogramos (1 pg = 1×10-12 g).

1,5 pg es realmente, realmente, realmente diminuto. (0,0000000000015g. Una pelota de béisbol pesa unos 142g.)

Answer 4

Es hora de repasar nuestra física:

(1) Hay dos tipos de energía en el Universo: Electromagnética y Escalar. Las ondas escalares viajan más rápido que la luz.

(2) Una paja NO se mete en un árbol durante un tornado. Hay una deformación del espacio/tiempo dentro de los vórtices de los tornados. El árbol y la paja simplemente ocupan el mismo espacio pero en tiempos diferentes. Cuando el tornado pasa, la deformación del tiempo termina y tienes la paja en el árbol.