Antriebs-Techniken

[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,
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]

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]

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]

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

[Agent Scullie]

Hallo,
du solltest dasThema noch mal nachlesen. Nicht das Raumschiff bewegt sich über C, sondern der Raum wird so gekrümmt

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. Für den Raum hat das lediglich den Effekt, dass er expandiert (hinter dem Raumschiff) bzw. sich zusammenzieht (vor dem Raumschiff), gekrümmt wird er dabei aber nicht (ganz anders als etwa bei einem Wurmloch).

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 Alcubierre-Metrik erzeugt, lokal mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen. Das liegt daran, dass sich die Materieverteilung nicht wie das Raumschiff im Inneren der Warpblase befinden könnte, sondern auf die Blasenwände lokalisiert sein müsste.

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

so wie es die Frage bereits impliziert: so, dass bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit die Masse des Raumschiffs immer weiter ansteigt und gegen unendlich geht.

Allerdings ist das eine veraltete Vorstellung. Nach der modernen relativistischen Terminologie bleibt die Masse des Raumschiffes unverändert (so wie die Ruhmasse in der alten Terminologie), wenn es sich der Lichtgeschwindigkeit annähert, lediglich seine Energie wird immer größer. Die Beziehung E=mc^2 gilt dann nur noch für die Ruhenergie, also die Energie, die Raumschiff in Ruhe, d.h. bei Geschwindigkeit null, hat. Sobald es sich bewegt, gilt die allgemeinere Formel

E^2 = (mc^2)^2 + (pc)^2

wobei p der Impuls ist. In der nichtrelativistischen Newtonschen Mechanik galt für die kinetische Energie des Raumschiffes

E_kin = 1/2 mv^2

was ziemlich problemlos erlaubte, dass v > c werden kann (es muss nur genügend Energie aufgewandt werden, nämlich 1/2 mc^2). In der relativistischen Mechanik gilt für die kinetische Energie

E_kin = E - E_0

= E - mc^2

= mc^2 / sqrt(1 - v^2/c^2) - mc^2

= mc^2 (1/sqrt(1 - v^2/c^2) - 1)

wobei E_0 = mc^2 die Ruhenergie ist. Für v << c führt das zum gleichen Ergebnis wie die Newtonsche Formel, für v -> c hingegen, d.h. wenn sich v an c annähert, geht die kinetische Energie gegen unendlich, weil der Ausdruck unter dem Bruchstrich gegen null geht.

Denn naiv betrachtet brauche ich nur einen Antrieb, mit dem ich sehr lange und kontunuierlich beschleunige. Und ausser die Gravitation von Planeten und Sterne, gäbe es nichts was die Beschleunigung abbremst.

doch. 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.

Man kann es auch ganz allein aus der Sicht des ruhenden Beobachters betrachten, ohne den Gang deiner Borduhr hinzuziehen: das Triebwerk erzeugt eine konstante Schubkraft F, diese erhöht pro Zeitintervall dt den Impuls des Raumschiffs um den Betrag dp = F dt. Anders als bei Newton aber ist der Impuls nicht einfach m v, sondern

m v / sqrt(1 - v^2/c^2)

Bei hohen Geschwindigkeiten bedeutet eine gegebene Zunahme des Impulses folglich nur noch eine sehr geringe Zunahme der Geschwindigkeit. Jeder endliche Impuls entspricht stets einer Geschwindigkeit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit.

[Comander1956]

Hallo,
du solltest dasThema noch mal nachlesen. Nicht das Raumschiff bewegt sich über C, sondern der Raum wird so gekrümmt, das eine scheinbare Überlichtgeschwindigkeit daraus erfolgt.

Aber das wird wohl noch sehr, sehr lange Science Fiction bleiben. Es gibt soviele (vielleicht auch nie lösbaren) Hindernisse, wobei die benötigte negative Energie nur ein Teil von ist.

Aber mal etwas anderes. Wie erklärt man mit einfachen Worten, das mit immer zunehmender Geschwindigkeit auch die Masse des Raumschiffs ansteigt?
Denn naiv betrachtet brauche ich nur einen Antrieb, mit dem ich sehr lange und kontunuierlich beschleunige. Und ausser die Gravitation von Planeten und Sterne, gäbe es nichts was die Beschleunigung abbremst.
So müsste ich theoretisch doch dabei irgendwann mal C erreichen. Was aber laut Einstein unmöglich ist.
Gruss,
Richard

[horstfx]

Nach der Vorstellung eines Designkonzepts für ein Alcubierre Warp Drive Schiff hatte ich mir nochmal einiges an Theorie zu der ganzen Thematik durchgelesen.

Einige Physiker widersprechen der Ansicht, dass sich ein derartiges Raumschiff mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen kann, auch wenn ich die Begründung nicht ganz verstanden habe (angeblich müsste sich für den Flug Masse mit ÜLG bewegen, was wieder unmöglich wäre).
Würde man das Problem mit der negativen Energiedichte lösen können, aber trotzdem nicht ÜLG erreichen, müsste es nicht zumindest möglich sein mit einem solchen Antrieb mit annähernd Lichtgeschwindigkeit (> 90 % von c) zu fliegen?
Mit einer solchen Geschwindigkeit wäre es zumindest möglich das gesamte Sonnensystem und unsere nächsten Nachbarsterne aus der Nähe zu erkunden.

[Spocky]

Ein Beispiel wäre der "diametrische" Antrieb.

Dazu hab ich was interessantes gefunden, nämlich einen optischen diametrischen Antrieb mit effektiver Masse:
Scientists have made light appear to break Newton?s third law | I Fucking Love Science

[xanrof]

Eine alternative zu Kohlenstoffnanoröhrchen wäre syntetische Spinnenseide.

Ob Nanostrukturen oder kuenstliche Spinnenseide... Ich denke, dass wir da wirklich noch viele ueberraschende und spektakulaere Dinge (bzgl der Materialeigenschaften) erwarten koennen. Natuerliche Stoffe mit atomarer Aufloesung zu analysieren ist heute kein Problem mehr, da Nachbauen von Substanzen mit komplexen Strukturen meist schon (noch). Aber der Weg duerfte sich lohnen, da sind grosse Ueberaschungen zu erwarten.

[RTW112]

Star Trek: Wie funktioniert Impuls- und Warpantrieb? erklärt von Professor Harald Lesch

[kosmoaffe]

Grundsätzlich sind wir in der Lage so ein Material herzustellen,wir haben nur noch nicht das Know-how es in grossen Maße industriell fertigen zu lassen,also auf die benötigte Länge zu kommen.

Eine alternative zu Kohlenstoffnanoröhrchen wäre syntetische Spinnenseide.Spinnenseide hat beachtenswerte Fähigkeiten und Wisschenschaftler sind schon sehr lange dran ein Verfahren zu entwickeln,diese zu synthetizieren,was aber leider noch nicht gelungen ist.

[xanrof]

Ob es dann auch noch möglich ist, das Seil, wie bei Konstruktionen üblich, mit einem entsprechenden Sicherheitsfaktor (das Seil kann wesentlich mehr aushalten, als es aushalten muss) zu bauen bezweifle ich bei diesen Diemensionen.

Hm, wenn man DAS nicht kann, sollte man erst gaaar nicht anfangen.
Aber wahrscheinlich wuerde da schon die Versicherung darauf bestehen

[bozano]

@bozano
Naja, aber das ist doch der Punkt, speziell hier im Forum, bzw. auch allg in SciFi Foren.
Zuerst muss man sich mal darueber im Klaren sein, ob man froehlich und phantastisch ueber SciFi fabuliert oder einigermaßen ernsthaft ueber zukuenftige Techniken/Moeglichkeiten nachdenkt. In letzterem Falle kann man natuerlich nur von heutigen Erkenntnissen ausgehen, das ist klar; und alles andere ist Spekulation. Aber gerade dann macht es Sinn, nur in kleinen Schritten voranzugehen.
Dazu kommt, daß die Leute sehr unterschiedliche Vorkenntnisse von Physik/Technik haben. Da ist es schon ok, wenn man die einzelnen Punkte der Leute ausdiskuttiert - auch, wenn manches auf Spekulation hinauslaeuft.

Stimmt was du schreibst und daher stimme ich dir zu. Vielleicht hätte ich mehr schreiben sollen.

Das Problem bzw. die Probleme mit dem Aufstiegsmechanismus halte ich persönlich für lösbar, obwohl nach dem Versuch den Mechanismus zu realisieren sich das Gegenteil zeigen könnte. Das Problem mit den Fehlern, die im Seil entstehen, könnte ein nicht lösbares Problem sein. Wenn man dann über so große Strecken ein Seil hat, kann man auf den Laborergebnissen aufbauend nur einen statistischen Wert liefern, wie viel Zugfestigkeit das fertige Seil hätte. So weit ist zwar alles in Ordnung, aber das Problem liegt in der mangelnden Erfahrung mit solchen Seilen. Das reale Seil könnte die im Labor erbrachten Werte möglicherweise in der Praxis nicht aushalten. Ob es dann auch noch möglich ist, das Seil, wie bei Konstruktionen üblich, mit einem entsprechenden Sicherheitsfaktor (das Seil kann wesentlich mehr aushalten, als es aushalten muss) zu bauen bezweifle ich bei diesen Diemensionen.

[xanrof]

@bozano
Naja, aber das ist doch der Punkt, speziell hier im Forum, bzw. auch allg in SciFi Foren.
Zuerst muss man sich mal darueber im Klaren sein, ob man froehlich und phantastisch ueber SciFi fabuliert oder einigermaßen ernsthaft ueber zukuenftige Techniken/Moeglichkeiten nachdenkt. In letzterem Falle kann man natuerlich nur von heutigen Erkenntnissen ausgehen, das ist klar; und alles andere ist Spekulation. Aber gerade dann macht es Sinn, nur in kleinen Schritten voranzugehen.
Dazu kommt, daß die Leute sehr unterschiedliche Vorkenntnisse von Physik/Technik haben. Da ist es schon ok, wenn man die einzelnen Punkte der Leute ausdiskuttiert - auch, wenn manches auf Spekulation hinauslaeuft.