Cómo funciona la velocidad warp

Introducción a Cómo Warp Obras velocidad

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Un artista's rendition of what warp speed might look like to a space traveler.
NASA
La interpretación de un artista de lo que la velocidad warp podría parecerse a un viajero del espacio. Ver más exploración espacial fotos.

A bordo de la nave estelar Enterprise, que está saliendo con los miembros de la tripulación, disfrutando de un juego de póker. Estás viajando a la velocidad de impulso durante una exploración del espacio profundo sin prisa, y todo el mundo tiene un poco de tiempo de inactividad. Pero espera - de repente, el barco recibe un mensaje urgente de un almirante de la Federación, informando a la tripulación de un brote de la guerra en la zona neutral. El Enterprise se ordenó presentarse a la situación tan pronto como sea posible. El área en cuestión es de unos 20 años luz (117 billones de kilómetros) de distancia, pero esto no es problema en el universo de "Star Trek". El capitán ajusta motor warp de la nave apropiada, y se acomodan para velocidad de la luz. Viajar más rápido que la velocidad de luz, debe llegar a su destino en tan sólo unos minutos.

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Durante el tiempo que los humanos han mirado hacia el cielo, el espacio nos ha fascinado, y los astrónomos y filósofos por igual han hecho las preguntas más fundamentales mientras que mirando a la estrellas. ¿Qué estamos haciendo aquí? ¿Cómo surgió el universo comienza, y hay otra, universos paralelos que nuestro espejo? ¿Hay vida ahí fuera en otra galaxias, y lo que sería como viajar allí?

Si bien todavía no hemos respondido a estas preguntas, sin embargo, al menos tenemos la ciencia ficción como "Star Trek" para poner a prueba la imaginación humana. Todo, desde HG Wells "La máquina del tiempo" para "Star Trek" de serie "Firefly" de Joss Whedon ha tocado en las posibilidades de viaje en el tiempo, teletransportación y, por supuesto, deformar velocidad. Pero, ¿cómo algo así como toda velocidad se ajusta a la realidad y nuestro universo? Es toda velocidad sólo un dispositivo de ciencia ficción loco, o es teóricamente posible? ¿Cómo funciona en el universo de "Star Trek"? Para todo en la velocidad de deformación, el infinito y más allá, lea las páginas siguientes.

Tercera Ley del Movimiento de Newton


Hulton Archive /Getty Images
"Star Trek" tenía William Shatner como el Capitán James T. Kirk, pero lo que iban a hacer con el viaje espacial intergaláctico?

Cuando los escritores de "Star Trek" se sentaron a planear la serie, se vieron confrontados con algunos problemas. Ellos fueron esencialmente creando una space opera, un subgénero de la ciencia ficción que tiene lugar en el espacio y cubre el lapso de varios galaxias y millones de luz años. Las películas de "Star Wars" son otro ejemplo del subgénero space opera. Como la parte de "ópera" de su nombre indica, un espectáculo como "Star Trek" no está destinado a ser lenta o normal - cuando la gente piensa de la serie, que probablemente piensan de parcelas melodramáticos que implican extranjeros, viajes y lleno de acción-espacio láser peleas.

Así que el creador de la serie, Gene Roddenberry, y los otros escritores tuvieron que encontrar una manera de mover personajes de la serie por el universo en forma oportuna, de manera dramática. Al mismo tiempo, que querían hacer todo lo posible para atenerse a las leyes de la física. El mayor problema es que incluso si una nave podría viajar a la velocidad de la luz, el tiempo para ir de una galaxia a otra aún podría tener cientos, tal vez miles de años. Un viaje desde el Tierra al centro de nuestra galaxia, por ejemplo, llevaría unos 25.000 años, si usted fuera a viajar justo debajo de la velocidad de la luz. Esto, por supuesto, no tendría la televisión muy emocionante.

La invención de la velocidad de la luz resuelve la parte de la ópera del problema, ya que permitió a la empresa para ir mucho más rápido que la velocidad de la luz. Pero ¿cuál fue la explicación? ¿Cómo podrían explicar un objeto que viaja más rápido que la velocidad de la luz, algo Einstein resultó imposible en su Teoría Especial de la Relatividad?

Cuando este servicio de transporte se abre paso en órbita, que viajará a cerca de 17.000 millas por hora.
Eliot J. Schechter /Getty Images
Cuando este servicio de transporte se abre paso en órbita, que viajará a cerca de 17.000 millas por hora. Los seres humanos pueden soportar esta velocidad en este tipo de transporte, pero si el servicio de transporte, incluso trató de acercarse a la velocidad de la luz, el efecto sería fatal para astron

El primer obstáculo que los escritores tenían que enfrentar es mucho más simple de lo que parece. Una de las cosas más importantes que usted necesita saber antes de comprender toda velocidad es en realidad uno de los trucos más antiguos en el libro de física, Tercera Ley del Movimiento de Newton. Usted probablemente ha escuchado antes - esta ley establece que para cada acción hay una reacción igual y opuesta. Simplemente significa que por cada interacción entre dos objetos, un par de fuerzas está trabajando en dos. Por ejemplo, si sacas un solo de billar bola directamente a otro que está en reposo, que será tanto ejercer una fuerza igual el uno del otro. La pelota en movimiento será golpear la bola en reposo y empujar a la basura, pero también será retrasado por este último.

Te sientes esta ley entra en juego cada vez que se acelera en un coche o volar en un avión. A medida que el vehículo se acelera y se mueve hacia adelante, se siente presión en su asiento. El asiento está empujando en usted, pero usted también está ejerciendo una fuerza contra el asiento.

Entonces, ¿qué tiene esto que ver con "Star Trek" y la Empresa? Incluso si fuera posible acelerar a algo así como la mitad de la velocidad de la luz, como la aceleración intensa mataría a una persona por él rompiendo contra su asiento. A pesar de que él estaría empujando hacia atrás con una fuerza igual y opuesta, su masa en comparación con el nave es demasiado pequeño - el mismo tipo de cosa que sucede cuando un mosquito golpea el parabrisas y las salpicaduras. Entonces, ¿cómo puede la empresa posiblemente ir más rápido que la velocidad de la luz sin matar a los miembros a bordo?

En la siguiente sección, veremos cómo los creadores de "Star Trek" comenzaron a moverse por el problema del envío de la materia a través del espacio a velocidades superlumínicas.

Einstein, Relatividad y el continuo espacio-tiempo

Con el fin de eludir la cuestión de la Tercera Ley del Movimiento de Newton y la imposibilidad de la materia que viaja más rápido que la velocidad de luz, podemos mirar a Einstein y la relación entre el espacio y hora. En conjunto, el espacio, que consta de tres dimensiones (arriba-abajo, izquierda, derecha y adelante-atrás) y el tiempo son parte de lo que se llama la continuo espacio-tiempo.

Es importante entender el trabajo de Einstein en el continuo espacio-tiempo y cómo se relaciona con la Empresa de viajar a través del espacio. En su Teoría Especial de la Relatividad, Einstein establece dos postulados:

  1. La velocidad de la luz (unos 300 millones de metros por segundo) es la misma para todos los observadores, si o no se están moviendo.
  2. Cualquier persona que se mueve a una velocidad constante debe observar las mismas leyes físicas.

Poner estas dos ideas juntas, Einstein se dio cuenta de que el espacio y el tiempo son relativos - un objeto en movimiento en realidad experimenta el tiempo a un ritmo más lento que uno en reposo. Aunque esto puede parecer absurdo para nosotros, vamos de viaje increíblemente lento en comparación con la velocidad de la luz, por lo que no nos damos cuenta de las manos en nuestros relojes marcando más lento cuando se nos acaba o viajar en un avión. Los científicos han demostrado realmente este fenómeno mediante el envío relojes atómicos con alta velocidad cohete buques. Volvieron a Tierra ligeramente por detrás de los relojes en el suelo.

¿Qué significa esto para el capitán Kirk y su equipo? El objeto más se acerca a la velocidad de la luz, ese objeto realmente experimenta el tiempo a un ritmo significativamente más lento. Si la empresa viajaban con seguridad a cerca de la velocidad de la luz al centro de nuestra galaxia desde la Tierra, se necesitarían 25.000 años de tiempo de la Tierra. Para la tripulación, sin embargo, el viaje sería probablemente sólo tomar 10 años.

Aunque ese plazo podría ser posible para las personas a bordo, se nos presenta otro problema - la Federación de intentar ejecutar una civilización intergaláctica podría encontrarse con algunos problemas si se llevó 50.000 años para que una nave para golpear el centro de nuestra galaxia y Vuelve.

Así que la empresa tiene para evitar la velocidad de la luz con el fin de mantener a los pasajeros a bordo en sincronía con el tiempo Federación. Al mismo tiempo, también debe alcanzar velocidades más rápido que la de la luz con el fin de moverse por el universo de una manera eficiente. Por desgracia, como Einstein afirma en su Teoría Especial de la Relatividad, no hay nada más rápido que la velocidad de la luz. Por lo tanto, los viajes espaciales sería imposible si estamos viendo la relatividad especial.

Según Einstein's General Theory of Relativity, matter bends the fabric of space and time.
De acuerdo con la Teoría General de la Relatividad de Einstein, se inclina importa el tejido del espacio y el tiempo. La distorsión del continuo espacio-tiempo, incluso afecta al comportamiento de la luz.

Es por eso que tenemos que mirar a la teoría de Einstein más tarde, el Teoría General de la Relatividad, que describe cómo la gravedad afecta a la forma del espacio y el flujo del tiempo. Imagine una hoja estirada. Si se coloca una bola de boliche en el centro de la hoja, la hoja se tuerza como el peso de la pelota empuja hacia abajo en él. Si coloca una pelota de béisbol en la misma hoja, rodará hacia la bola de boliche. Este es un diseño simple, y el espacio no actúa como una sábana de dos dimensiones, pero se puede aplicar a algo así como nuestro sistema solar - los objetos más masivos como el nuestro sol puede deformar el espacio y afectar las órbitas de los planetas circundantes. Los planetas no se encuentran en el sol, por supuesto, debido a las altas velocidades a las que viajan.

En la página siguiente, vamos a ver cómo llega esta en juego en el Enterprise.

El Warp Drive

La capacidad de manipular el espacio es el concepto más importante en lo que se refiere a la velocidad de la luz. Si la empresa podría deformar el continuo espacio-tiempo mediante la ampliación de la zona de detrás de ella y la contratación de la zona en frente, la tripulación pudo evitar ir la velocidad de luz. Mientras crea su propio campo gravitatorio, la nave podría viajar localmente a velocidades muy lentas, por lo tanto, evitar las trampas de la Tercera Ley del Movimiento de Newton y mantener los relojes sincronizados con su lugar de lanzamiento y de destino. La nave no es realmente viajando a una "velocidad", per se - es más como si estuviera tirando de su destino hacia ella mientras empuja su punto de partida hacia atrás.

Una burbuja warp rodea una nave espacial, que protege a los miembros de la tripulación del buque y como espacio y tiempo se distorsiona.
Una burbuja warp rodea una nave espacial, que protege a los miembros de la tripulación del buque y como espacio y tiempo se distorsiona.

Porque las ideas detrás de la Teoría General de la Relatividad de Einstein son complejas y todavía abierto a la interpretación, esto deja a las posibilidades abiertas para los escritores de ciencia ficción. Puede que no sepamos cómo doblar el espacio y el tiempo con nuestra tecnología actual, pero una civilización de ficción ambientada en el futuro puede ser completamente capaz de inventar un dispositivo de este tipo con la imaginación derecha.

La realidad de Warp Drive
Cómo lejos estamos de trabajar unidades de urdimbre? Mira esto Entrevista Discovery.com con el Dr. Richard Obousy sobre la posibilidad de unidades de urdimbre real.

En el universo de "Star Trek", la velocidad warp se logra mediante el uso de un motor warp. El motor warp es impulsado por materia-antimateria reacciones, que se rigen por una sustancia llamada dilithium. Esta reacción crea altamente energético plasma conocido como electro-plasma, un tipo de asunto con su propio campo magnético, que reacciona con la nave de bobinas de urdimbre. Las bobinas de la deformación son normalmente encerrados en lo que los escritores de "Star Trek" llaman un nacelle urdimbre. Todo el paquete crea un "campo warp" o "burbuja" en torno a la Empresa, que el buque y su tripulación a permanecer a salvo mientras manipula el espacio que les rodea.

En algún momento entre la primera serie de televisión ("Star Trek: La Serie Original") y el segundo ("Star Trek: The Next Generation"), los escritores decidieron asignar un límite a la urdimbre de velocidad - con ayuda de una escala de Warp-1 a Warp-10, la empresa no se le permitió viajar en cualquier lugar en cualquier momento, ya que eso haría que el trazado demasiado fácil. En el show, Warp-10 se convirtió en una velocidad máxima imposible, un infinito en el que la nave sería en todos los puntos del universo a la vez. Warp-9.6, de acuerdo con el manual técnico "Next Generation", es la velocidad más alto posible permitido - se ha fijado en 1.909 veces la velocidad de la luz. Aunque hay algunas inconsistencias, la siguiente lista las diferentes velocidades en el universo de "Star Trek":

Factor Warp
Número de veces que la velocidad de la luz
1 1
2 10
3 39
4 102
5 215
6 392
7 656
8 1024
9 1 516
9.6 1909
10 Infinito

En la siguiente sección, vamos a echar un vistazo a algunos de los problemas que el concepto de encuentros velocidad warp.

Problemas con la velocidad de la

Un artista's rendition of a spaceship traveling at warp speed.
Les Bossinas /NASA
La interpretación de un artista de una nave espacial que viaja a toda velocidad.

Así que Einstein ayudó a los escritores "Star Trek" manipulan el espacio en un universo de ficción científica, pero ¿es realmente posible para construir una nave espacial que podría impulsar a la gente a través de vastas galaxias en un período relativamente corto de tiempo?

El físico Miguel Alcubierre ha sugerido el uso de la llamada "materia exótica", un tipo teórico de la materia con la energía negativa. Si se ha encontrado o creado, la materia exótica haría el trabajo de repeler el espacio y el tiempo y creando el campo gravitatorio.

Por desgracia, eso es en lo que va de posibles fuentes de combustible - hay más problemas que soluciones en lo que respecta al concepto de suministrar energía a una velocidad vertiginosa. Incluso si la empresa tuviera que viajar a velocidades subluz, conocidos como unidad de impulso para los fans de "Star Trek", la cantidad de combustible y la energía necesaria para viajar rápidamente a través del espacio sería demasiado para una sola nave. La unidad de impulso de la Empresa es impulsado por la fusión nuclear, el mismo tipo de reacción que ilumina el sol y crea enormes explosiones de cierta bombas nucleares. Según el Dr. Lawrence Krauss, un físico teórico y autor de "La física de Star Trek," si el capitán Kirk quería viajar a la mitad de la velocidad de la luz (150.000 kilómetros por segundo), la nave tendría que quemar 81 veces su masa en el hidrógeno, el combustible utilizado para la fusión nuclear. El manual técnico para "Star Trek: The Next Generation" enumera la empresa ya que más de 4 millones de toneladas métricas de peso, por lo que la nave necesitaría más de 300 millones de toneladas de hidrógeno sólo para seguir adelante. Por supuesto, para reducir la velocidad hasta detenerse, la nave necesitaría aún otros 300 millones de toneladas métricas de combustible, y un viaje de potencial a través de galaxias necesitaría 6.642 veces la masa de la "Empresa".

Algunas personas han propuesto un sistema en el que un dispositivo reúne hidrógeno como la nave viaja, renunciando a la necesidad de almacenar grandes cantidades de combustible, pero Krauss sugiere este dispositivo tendría que ser cerca de 25 millas de ancho para capturar cualquier cosa vale la pena utilizar. A pesar de que el hidrógeno es el elemento más abundante en la galaxia, sólo hay alrededor de un átomo de hidrógeno por cada pulgada cuadrada cúbico.

Haciendo el motor warp trabajo sería otra cosa. El motor warp en "Star Trek" obtiene su energía por reacción con la materia antimateria -- el resultado es la aniquilación completa y la liberación de energía pura. Desde la antimateria no es muy común en todo nuestro universo, la Federación tendría que producirlo, algo que podemos hacer hoy en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) en Illinois. Una vez más, el problema resulta ser un tema de la cantidad de combustible necesario para alimentar un motor warp. Kruass señala que Fermilab es capaz de producir 50 millones de antiprotones sobre una hora - lo suficiente para producir 1/1000 de vatio. Usted necesitaría 100.000 Fermilabs para alimentar un solo bombilla. Producir suficientes antiprotones para doblar el continuo espacio-tiempo parece casi imposible por lo que nuestra tecnología actual va.

Aunque hay pocas posibilidades durante este siglo de los seres humanos el desarrollo de una nave espacial que podría doblar el espacio y viajar a galaxias distantes más rápido que la velocidad de la luz, esto no ha impedido que los científicos y los fans de la serie por igual a pensar en el potencial. Tan reciente como noviembre de 2007, la Sociedad Interplanetaria Británica reunió a varios físicos para una conferencia llamada "Más rápido que la luz: Rompiendo el Interestelar Distancia Barrier" [fuente: guardián].

La ciencia de "Star Trek"
Por lo que la ciencia ficción se va, "Star Trek" es bien considerado por itsfans para pegarse a la física relativamente plausible. Aunque ningún one'scome con una nave espacial que viajaría a toda velocidad, sin one'sdisproved la posibilidad de tal hazaña. "Star Trek" también ha lookedat otros grandes conceptos a lo largo de la serie, incluyendo la noción de viaje en el tiempo mediante agujeros negroso agujeros de gusano. Los escritores también tienen varios detalles nitpicky corregir, como el hecho de que no hay sonido en el espacio. Mientras disparos láser George Lucasincludes y explosiones a lo largo de su "Guerra de las Galaxias" orden seriesin para mantener las cosas dramáticas, "Star Trek" mantuvo un poco más cerca toreality al no incluir efectos de sonido en el espacio.
Para mucha más información sobre el espacio y los viajes intergalácticos, consulte la siguiente página.

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Fuentes

  • Coen, Chad. "La ciencia de Star Trek." National Geographic. 13 de diciembre de 2002. http://news.nationalgeographic.com/news/
    2.002 / 12 / 1213_021213_tvstartrek.html
  • Krauss, Lawrence. "La física de Star Trek." Nueva York: Basic Books, 2007.
  • Okuda, Michael y Rick Sternbach. "Star Trek:. The Next Generation - Manual Técnico de Nueva York: Pocket Books, 1991.
  • Randerson, James. "Los investigadores siguen la Empresa y miran a toda velocidad." El guardián. 12 de noviembre de 2007. http://guardian.co.uk/science/2007/nov/12/
    sciencenews.spaceexploration
  • Whitehouse, David. "Motor warp posible." BBC News. 10 de junio de 1999. http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/364496.stm
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