Antriebs-Techniken

[julian apostata]

Aber mal etwas anderes. Wie erklärt man mit einfachen Worten, das mit immer zunehmender Geschwindigkeit auch die Masse des Raumschiffs ansteigt?

Die einfachste Erklärung wäre für mich das Born’sche Gedankenexperiment.

Diskussion:Spezielle Relativitätstheorie: Teil II ? Wikibooks, Sammlung freier Lehr-, Sach- und Fachbücher






Und jetzt erst mal eine kleine Kuriosität am Rande. Will man nämlich (2) nach u auflösen, so läuft das auf eine quadratische Ergänzung hinaus.

Und dazu verwendet man am besten nicht Schulversion der Mitternachtsformel, sondern die “julianische Version”

Diskussion:Quadratische Gleichung ? Wikipedia



Leider flog die schon nach 5 Minuten aus dem Hauptartikel raus!

Okay. Wegen (3) sieht man sofort, dass wenn eine Masse unelastisch auf eine andere identische Masse stößt, dann die Clustermasse mit mehr als der Hälfte der Ausgangsgeschwindigkeit unterwegs ist, was man als erhöhte Masse der stoßenden Masse interpretieren kann.



An obigem Beispiel kann man sehen, dass ”relativistische Masse” durchaus zu “Realmasse” werden kann weil sonst das Impulserhaltungsgesetz nicht mehr funktionierte.

Zwei Raketen haben also zusammen 1600 kg Masse.

Nach dem perfekten unelastischen Zusammenstoß haben sie zusammen im Mittelpunktsystem:

1600kg/wurzel (1-0,6²)=2000kg

Und jetzt das Ruhsystem der rechten Rakete vor dem Stoß.

Impuls vor dem Stoß

800kg*(15c/17)/wurzel(1-15²/17²)=1500 kg*c

Impuls nach dem Stoß (und jetzt muss man wegen kondensierter kinetischer Energie mehr Masse haben, als die Summe der Einzelteile)

2000 kg *0,6*c/wurzel(1-0,6²)=1500kg*c

Übrigens, die “relativistische Masse” gibt es noch, man darf sie nur mehr nicht so nennen! E/c² darf man aber noch sagen.

Wenn jetzt jemand dieses Gedankenexperiment bei Max Born selber nachlesen möchte, der sei vorgewarnt. Er beschreibt die Sache nämlich derart umständlich, dass es ein normaler Mensch kaum kapiert.

Ich hab es auch erst verstanden, als ich mir die Sache selbst her leitete.

Die Relativitätstheorie Einsteins - Max Born - Google Books

[Comander1956]

Agent Scullie schreibt:

wohl eher solltest du selbst das Thema nochmal nachlesen. Beim Alcubierre-Antrieb wird der Raum überhaupt nicht gekrümmt. Wenn du dir mal den metrischen Tensor der Alcubierre-Metrik ansiehst, wird dir auffallen, dass dessen räumlicher Sektor voll und ganz dem eines flachen Raumes entspricht. Was da gekrümmt wird, ist die Raumzeit, nicht der Raum.

Ja danke, dass habe ich falsch wiedergegeben. Der Raum wird lediglich wie ich selber mehrmals gelesen, habe vor dem Raumschiff gestaucht und hinter dem Raumschiff in die Länge gezogen.

Überdies stimmt es, was horstfx geschrieben hat: um eine Alcubierresche Warpblase mit Überlichtgeschwindigkeit (oder mit scheinbarer Überlichtgeschwindigkeit, wie du es nennen willst) fortzubewegen, müsste sich die Materieverteilung, die über die ART-Feldgleichungen die Nämlich die relativistische Zeitdilatation. Für dich selbst ist die Beschleunigung immer gleich. Für einen ruhenden Beobachter jedoch geht deine Borduhr immer langsamer, je näher die Geschwindigkeit deines Raumschiffs der Lichtgeschwindigkeit kommt. Folglich wird aus der Sicht dieses Beobachters auch deine Beschleunigung immer kleiner.-Metrik erzeugt, lokal mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen.

Wenn das stimmt macht dies den Warpantrieb noch Unmöglicher, als er es schon ist. Denn Nichts ausser dem Licht kann sich mit C oder gar darüber bewegen. Es gibt zwar ein Experiment eines Schweizer Physikers, der Elektronen über die Donau hinweg getunnelt haben will. Die sich dann angeblich mit Überlichtgeschwindigkeit bwegt haben sollen. Aber ich glaube das Experiment konnte niemals verifiziert werden.


Aber vielleicht gibt es in der Zukunft doch ein Schlupfloch für den Warpantrieb. Muss er denn zwingend nach den Formeln von Alcubierre funktionieren. Aber das wird wohl vermutlich keiner hier im Forum noch erleben.

Nämlich die relativistische Zeitdilatation. Für dich selbst ist die Beschleunigung immer gleich. Für einen ruhenden Beobachter jedoch geht deine Borduhr immer langsamer, je näher die Geschwindigkeit deines Raumschiffs der Lichtgeschwindigkeit kommt. Folglich wird aus der Sicht dieses Beobachters auch deine Beschleunigung immer kleiner.

Die Zeitdilatation ist mir wohlbekannt. Ich habe sie mal in einem anderen Thread als Mittel für Zeitreisen in die Zukunft eingesetzt. Sollte die Menscheit im nächsten Jahrhundert noch existieren, wären vermutlich Geschwindigkeiten möglich, wo die Zeitdilatation eine gewichtige Rolle spielt. So könnte es einer Raumschiffbesatzung ähnlich ergehen, wie den Darstellern in "Planet der Affen".

Und auch das kann ich gut nachvollziehen, das ein Antriebsimpuls niemals C errreichen kann und demnach das Raumschiff ebenfalls nicht. Egal wie lange die Beschleunigungsphase anhält. Das ist sogar für einen nur Realschüler absolut logisch.

Danke, danke julian apostata,
eigentlich hatte ich mit einfachen Worten keine abstrakten Formeln gemeint. Aber nun weis ich auf jedenfall, das ich nichts weis.
Ich glaube ich nehme es einfach als gegeben hin, das auch mit stetigen beschleunigen das erreichen der Lichtgeswindigkeit unmöglich ist. Und das die Masse bzw. Energie beim theoretischen erreichen von C ins Unendliche steigt.
Das warum ändert ja auch nichts an den Tatsachen.
Gruss,
Richard

[julian apostata]

Danke, danke julian apostata,
eigentlich hatte ich mit einfachen Worten keine abstrakten Formeln gemeint.

Wieso abstrakt? Du brauchst doch nur bis zur 8. oder 9. Klasse gekommen zu sein, um die Mathematik zu verstehen, die dahinter steckt.

Na gut, ich kann’s aber vielleicht noch ein wenig unmathematischer machen.

Ein Zug fahre mit 0,5*c. Wir leuchten mit einer Taschenlampe nach vorn. Sollte der Lichtstrahl im Zug mit c unterwegs sein, so erwartet unsere natürliche Intuition, dass er gegenüber dem Gleis mit 1,5*c unterwegs ist.

Da spielt allerdings unser primitives Affenhirn uns einen gewaltigen Streich. Der Lichtstrahl muss auch relativ zum Gleis mit c unterwegs sein.

Verstehen kann man das nur über Mathematik. Hier hab ich’s mal so unkompliziert wie nur irgendwie möglich versucht darzustellen.

E=mc²

Man stellt also Additionsregeln für Geschwindigkeiten auf, welche dafür sorgen dass c konstant ist.

Diese Additionsregel hat allerdings auch Einfluss auf die Verdoppelung und Halbierung von Geschwindigkeiten. Und da kommt Max Born ins Spiel.

Stoß (Physik) ? Wikipedia



Zwei identische Massen. War die schwarze Masse mit v unterwegs, so hat die Clustermasse v/2, nach klassischer Weltsicht zumindest.

Die Konstanz von c verlangt aber eine relativistische Halbierung!

Ich geb die Funktion einfach mal in den Plotter ein.

x/2 (klassische Halbierung)
x/(1+sqrt(1-x^2)) (relativistische Halbierung)
Funktionsplotter, Funktionenplotter: Funktionsgraphen online berechnen!


Siehst du beispielsweise die vertikale Linie bei x=0,8*c und den Schnittpunkt bei y=0,5*c?

Das heißt. Eine Masse wird von 0,8*c auf 0,5*c abgebremst. Das kann man als erhöhte Impulsmasse interpretieren. Weil klassisch wäre ja eine Clustergeschwindigkeit von 0,4*c zu erwarten (siehe Schnittpunkt mit blauer Linie)

Ist jetzt noch irgendwas unklar?

[Comander1956]

Hallo julian apostata,
danke das ist jetzt schon verständlicher. Und auch ganz besonderen Dank für die
Mühe die du dir gegeben hast.

Mal etwas anderes, habe wieder mal etwas im Netz zum Thema Warpantrieb gesucht. Dabei bin ich unter anderem auf den Namen eines deutschen Physikers gestoßen. Ein gewisser Proffessor Jochem Häuser, der mittels magnetischer Felder einen Raumantrieb für möglich hält.
Hat schon Jemand etwas von ihm gehört?
Gruss,
Richard

[julian apostata]

Denn naiv betrachtet brauche ich nur einen Antrieb, mit dem ich sehr lange und kontunuierlich beschleunige.

Nehmen wir mal an, wir wollen unser Raumschiff so beschleunigen, dass wir unser gewohntes Erdengewicht (g=10m/s²) bei behalten, dann lässt sich die Sache auch supereinfach im Plotter darstellen. Da eine Beschleunigung ja auch nix anderes ist, als eine Folge von relativistischen Geschwindigkeitsadditionen, kommt man halt über c nicht hinaus!



x/347
x/347/sqrt(1+x^2/347^2)
tanh(x/347)
Funktionsplotter, Funktionenplotter: Funktionsgraphen online berechnen!


Klassisch gerechnet (blau) würde man es natürlich locker in 347 Tagen schaffen.

Relativistisch gerechnet in Erdzeit=rot.
Relativistisch gerechnet in Raketenzeit=grün.

Jetzt könnt ihr die x-Achse beliebig erweitern, auf die 1 kommt ihr bei rot und grün nicht!

Ein gewisser Proffessor Jochem Häuser, der mittels magnetischer Felder einen Raumantrieb für möglich hält.
Hat schon Jemand etwas von ihm gehört?

Da hat mal Michio Kaku in einer N24-Doku eine Idee vorgestellt, wie man mit Hilfe von Jupiter’s Magnetfeld ein Raumschiff beschleunigen kann. Wie genau das funktionieren soll, darüber hat er nichts gesagt.

Meine eigene Idee hab ich hier vorgestellt.


Raumschiff in Jupiter's Magnetfeld

Was mich vor allem interessieren würde. Ist mein Gedanke mit der Drehimpulserhaltung korrekt?

[Comander1956]

Hallo julian apostata,

habe mir deine eigene Idee eines Antriebs mittels Jupitermagnetfeld mal angeschaut. Wenn ich richtig gerechnet habe komme ich da auf eine Geschwindigkeit von 114.750km/h. Für einen Sternenflug leider nicht sehr berauschend und auch nur fast doppelt so schnell wie zur Zeit die beiden Voyager Sonden. Wobei die eine sich jetzt wohl auf die Oortsche Wolke zubewegt. Erst wenn sie diese durchflogen hat, befindet sie sich wirklich im interstellaren Raum. Aber das werde ich wohl nicht mehr erleben.

Michio Kaku ist mir ein Begriff. Habe bisher schon 2 Bücher von ihm gelesen. Hier im Forum scheint er ziemlich umstritten zu sein, obwohl er kein Fantast, sondern ein Physiker ist.


Wenn du wirklich mit ihm in Kontakt treten wolltest, könntest du es über seinen Verlag in den USA versuchen.

Was den Proffesor Häuser betrifft, seine Idee des Magnetfeldantriebs stammt vermutlich aus dem Jahr 2006. Da wir nun schon das Jahr 2014 schreiben, gehe ich davon aus das er gescheitert ist.

Ich habe auch eine Idde. Einen Preis von z.B. 100 Milliarden US Dollar auszuschreiben, für Denjenigen oder die Firma , die es schafft ein funktionierendes Modell für einen relativistischen Antrieb, bis Ende dieses Jahrhundersts zu entwickeln.

Gezahlt werden könnte der Preis, von einem Zusammenschluss der raumfahrenden Nationen.

Ziemlich verrückte Idee. Aber es gibt ja auch schon einen Preis für ein Modell eines möglichen Weltraumaufzugs. Also warum dann nicht mal etwas wirklich Grosses in Betracht ziehen.

Letztendlich könnte so ein Antrieb das Überleben der Menschheit sichern. Der Name dieses möglichen Antriebs dürfte wohl heute schon feststehen. Und vermutlich auch der Name des ersten Raumschiffs, welches dann vielleicht zu den Sternen aufbrechen wird.

Andererseits befürchte ich, das die Raumfahrt aufgrund ihrer immensen Kosten weiter vor sich hindümpelt. Und selbst zu Beginn des 22. Jahrhunderts die Menschen noch in diesem Sonnensystem gefangen sind. Bis vielleicht auf ein paar Sonden, die zu den nächsgelegenen Sternen gesendet werden.
Gruss,
Richard

[Agent Scullie]

Wenn das stimmt macht dies den Warpantrieb noch Unmöglicher, als er es schon ist. Denn Nichts ausser dem Licht kann sich mit C oder gar darüber bewegen. Es gibt zwar ein Experiment eines Schweizer Physikers, der Elektronen über die Donau hinweg getunnelt haben will. Die sich dann angeblich mit Überlichtgeschwindigkeit bwegt haben sollen.

Radio Eriwan würde jetzt antworten: Im Prinzip ja. Aber es war kein Schweizer, sondern ein Österreicher (Prof. Anton Zeilinger von der Uni Wien). Und es waren keine Elektronen, sondern Photonen. Und sie wurden nicht getunnelt, sondern "gebeamt". Genauer gesagt quanten-teleportiert: da war ein Photon auf der einen Seite der Donau und eines auf der anderen Seite, und die Eigenschaften des einen wurden auf das andere Photon übertragen.

Bei Zeilingers Experiment hast du drei Photonen: Photon 1 und 2 am linken Donauufer, Photon 3 am rechten. Photon 2 und 3 befinden sich in einem verschränkten Zustand. Jetzt misst Herr Zeilinger an Photon 1 und 2, ob die beiden sich in einem verschränkten Zustand befinden. Wenn die Messung ergibt, dass sie es tun, dann werden die drei Photonen dadurch in einen Zustand überführt, bei dem Photon 1 und 2 verschränkt sind, Photon 2 und 3 jedoch nicht mehr, d.h. die vorherige Verschränkung von Photon 2 und 3 wird zerstört. Und es kommt außerdem heraus, dass Photon 3 nun alle Eigenschaften hat, die Photon 1 zuvor hatte. Zeilinger beschreibt das nun so, dass Photon 1 auf Photon 3 "gebeamt" worden sei.

Ob dabei eine überlichtschnelle Informationsübertragung von Photon 1 zu Photon 3 stattfindet, ist umstritten. Eine entsprechende Argumentation findest du z.B. hier:

Bezug zum EPR-Paradoxon und Interpretation

"Alice" bezeichnet da den Beobachter am linken Donauufer, bei Photon 1 und 2, "Bob" den am rechten Donauuffer, bei Photon 3. Das Argument dafür, dass keine überlichtschnelle Informationsübertragung vorliegt, gründet sich im wesentlichen auf zwei Aspekte:

1. Photon 2 und 3 wurden vorher an einem gemeinsamen Ort (z.B. unter der Donau) miteinander verschränkt und bewegten sich danach erst mit Lichtgeschwindigkeit an die beiden Donauufer. Jede durch die Verschränkung bedingte Korrelation beider Photonen stand zum Zeitpunkt der Aussendung beider Photonen schon fest.
2. Durch bloße Messung der Eigenschaften von Photon 3 am rechten Donauufer (bei "Bob") kann man nicht wissen, ob es sich um die Eigenschaften von Photon 1 handelt. Denn durch diese Messung weiß man nicht, ob die Messung am linken Donauufer (bei "Alice"), ob Photon 1 und 2 verschränkt sind, zu einem positiven Ergebnis führte, und nur dann trägt Photon 3 die Eigenschaften von Photon 1. Wollte man das Experiment also zur Informationsübertragung von Photon 1 auf Photon 3 nutzen, müsste man erst einmal überprüfen, ob tatsächlich die Information von Photon 1 auf Photon 3 übertragen wurde - und das kann man nur, wenn man auf konventionellem, maximal lichtschnellem Weg die Zusatzinformation überträgt, ob die Messung am linken Donauufer, ob Photon 1 und 2 verschränkt sind, ein positives Ergebnis brachte.

Aber ich glaube das Experiment konnte niemals verifiziert werden.

oh doch, das konnte es. Es ist halt nur nicht zur überlichtschnellen Informationsübertragung nutzbar.

Aber vielleicht gibt es in der Zukunft doch ein Schlupfloch für den Warpantrieb. Muss er denn zwingend nach den Formeln von Alcubierre funktionieren.

ein solches Schlupfloch könnte z.B. eine neue Physik sein, die andere Gleichungen als die ART liefert, bzw. eine Verallgemeinerung der ART-Gleichungen.

Aber das wird wohl vermutlich keiner hier im Forum noch erleben.

oh, ein Beispiel für eine solche neue Physik kannst du ganz einfach erleben, indem du den in diesem Posting angehängten Artikel liest:

http://www.scifi-forum.de/science-fiction/scifi-allgemein/46155-sammel-thread-f-r-ftl-antriebe-verschiedenen-scifi-universen-8.html#post2055785

[julian apostata]

Ich habe auch eine Idde. Einen Preis von z.B. 100 Milliarden US Dollar auszuschreiben, für Denjenigen oder die Firma , die es schafft ein funktionierendes Modell für einen relativistischen Antrieb, bis Ende dieses Jahrhundersts zu entwickeln.

Zumindest die mathematische Seite ist hier wieder unverschämt einfach.

Diskussion:Raketengrundgleichung ? Wikipedia

Im folgenden Plot steht der Parameter a für die Geschwindigkeit des Treibstoffs.

Also einfach bei der Kurvenschar 0.1 bis 1 eingeben (Schrittweite 0.1)

Man sieht also. Bei der perfekten Photonenrakete (Startmasse/Leermasse=10) werden 98% Lichtgeschwindigkeit erreicht.

tanh(a*ln(x))
Funktionsplotter, Funktionenplotter: Funktionsgraphen online berechnen!

[Comander1956]

julian apostata schrieb:

Man sieht also. Bei der perfekten Photonenrakete (Startmasse/Leermasse=10) werden 98% Lichtgeschwindigkeit erreicht.

98% von C, das ist ganz schön heftig. Denn ich gehe mal davon aus, das man nur bemannte Sternenmissionen zu erdähnlichen Planeten in der habitalen Zone senden wird. Weiter würde ich für einen Planeten der M Klasse (wie es immer so schön bei Star Trek heist) einen Radius von maximal ca. 50 Lichtjahren setzen. Was darüber hinaus geht, wäre sinnvoll nur noch mittels Warpantrieb oder einem Wurmloch erreichbar.

Und bei so hohen Geschwindigkeiten, die du einen Photonenraumschiff zubilligst, kommt das Problem der Zeitdilation ordentlich zum tragen. Einerseits verkürtzt sie die Reise für die Besatzung erheblich. Andererseits werden die Astronauten bei ihrer Rückkehr ihre Angehörigen nur noch auf dem Friedhof antreffen. Sowie die eigenen Kinder dann im Altersheim.
Gruss,
Richard

[Hades]

Und bei so hohen Geschwindigkeiten, die du einen Photonenraumschiff zubilligst, kommt das Problem der Zeitdilation ordentlich zum tragen. Einerseits verkürtzt sie die Reise für die Besatzung erheblich. Andererseits werden die Astronauten bei ihrer Rückkehr ihre Angehörigen nur noch auf dem Friedhof antreffen. Sowie die eigenen Kinder dann im Altersheim.
Gruss,
Richard

Ohne die Dilatation/dilatistischen Geschwindigkeiten würde die Astronauten von einem 50LJ weit entfernten Stern kaum lebend zurück kehren.

[Bynaus]

Bei v = 0.98c ist Gamma ca. 0.2. Das heisst, eine Reise über 50 Lichtjahre würde immer noch 10 Bordjahre dauern.

Natürlich sollte man nicht vergessen, dass die "perfekte Photonenrakete" heillos optimistisch gerechnet ist (natürlich absichtlich, um den Bereich des physikalisch möglichen abzustecken). Eine "realistische Photonenrakete" würde wohl kaum so hohe Geschwindigkeiten erreichen.

[Agent Scullie]

Natürlich sollte man nicht vergessen, dass die "perfekte Photonenrakete" heillos optimistisch gerechnet ist (natürlich absichtlich, um den Bereich des physikalisch möglichen abzustecken). Eine "realistische Photonenrakete" würde wohl kaum so hohe Geschwindigkeiten erreichen.

du meinst wegen der Reibung an interstellarem Gas und Staub o.ä.? Denn wenn man das vernachlässigt, kommt aus der relativistischen Raketengleichung bei einer Austrittsgeschwindigkeit von c und einen Massenverhältnis von 10:1 tatsächlich 0,98 c als Endgeschwindigkeit heraus.

[Bynaus]

@Agent Scullie: Du nimmst bei der perfekten Photonenrakete an, dass sich die Masse ohne Verluste in perfekt nach hinten abgestrahlte Photonen umwandeln lässt. Du wirst aber mit Sicherheit strahlungs- und materialbedingte Verluste haben.

[Comander1956]

Hallo,
selbst wenn die erzielbare Geschwindigkeit noch deutlich unter C liegt, wäre damit eine stellare Raumfahrt möglich.
Und wenn man bedenkt, das heute das schnellste von.Menschen geschaffene Objekt (Voyager Sonde) sich gerade mal mit lächerlichen 60.000 km/h bewegt.

Wie realistisch ist der Bau einer Photonenrakete?
Wenn man dabei bedenkt, dass die bemannte Marsmission noch mit einem chemischen Antrieb geplant wird.

Eigentlich wird es längst Zeit sich ernsthaft mit dem Schritt zu den Sternen zu befassen. Wir wissen nicht mal wieviel Zeit der Menschheit bleibt eine zweite Erde zu finden.

Da in den nächsten Jahren neue Teleskope im All und auf der Erde installiert werden, rechne ich noch zu meinen Lebzeiten mit einem oder mehreren erdähnlichen Planeten.

Überhaupt sollte dies das vorrangiste Ziel der Raumfahrt sein.
Deshalb brauchen wir auch neuere und vor allem effektivere Raumantriebe.

Bis zum Ende dieses Jahrhunderts sollte wenigstens die 0,10 C Marke geknackt werden. Wenn auch dies noch immer viel zu langsam ist.
Gruss,
Richard

[Liopleurodon]

du meinst wegen der Reibung an interstellarem Gas und Staub o.ä.? Denn wenn man das vernachlässigt, kommt aus der relativistischen Raketengleichung bei einer Austrittsgeschwindigkeit von c und einen Massenverhältnis von 10:1 tatsächlich 0,98 c als Endgeschwindigkeit heraus.

Eine Photonenrakete wird bei hohen Leistungen sehr ineffizient, weil sich die Maschine stark aufheizt und (Wärme)Abstrahlung auch in ungünstige Richtungen abgibt und so Schubleistung einbüßt.

Bis zum Ende dieses Jahrhunderts sollte wenigstens die 0,10 C Marke geknackt werden.

So weit ich gelesen habe, könnte man mittels kernfusionsbasierten Antrieben wohl 0,2 c erreichen, wenn man die Technologie bis zum äußersten ausreizt. Leider existiert noch nicht einmal der Prototyp eines stabil laufenden Fusionsreaktors. Für ein Raumschiff bräuchte man allerdings ein auch über Jahre hinweg ununterbrochen zuverlässig arbeitendes Modell und dieses müsste man in ein ausreichend groß dimensioniertes Gefährt einbauen, um überhaupt 0,1 c erreichen zu können. Bis 2100 ist das wohl eher nicht zu schaffen.