¿La teoría de la relatividad de Einstein implica que el viaje espacial interestelar es imposible?

Lo contrario. Hace posible el viaje interestelar, o al menos posible dentro de las vidas humanas.

La razón es la aceleración. Los humanos son criaturas bastante endebles, y no podemos soportar mucha aceleración. Imponga mucho más que [matemáticas] 1 \ text {g} [/ matemáticas] de aceleración en un ser humano durante un período prolongado de tiempo, y experimentaremos todo tipo de problemas de salud. (Imponga más [matemáticas] 10 \ text {g} [/ matemáticas] y estos problemas de salud incluirán la inconsciencia inmediata y una muerte rápida)

Y para viajar a cualquier lugar significativo, necesitamos acelerar hasta su velocidad de viaje y luego desacelerar nuevamente en el otro extremo. Si estamos limitados a, digamos, [matemáticas] 1.5 \ text {g} [/ matemáticas] por períodos prolongados, entonces, en un mundo newtoniano no relativista, esto nos da un gran problema. Todos morirán antes de que lleguemos allí. La única forma de reducir el tiempo es aplicar aceleraciones más fuertes, por lo que debemos enviar robots, o al menos algo mucho más resistente que las delicadas bolsas de agua en su mayoría.

Pero la relatividad ayuda mucho. Tan pronto como nos acercamos a la velocidad de la luz, el tiempo local en la nave espacial se dilata, y podemos llegar a lugares en mucho menos tiempo (nave espacial) de lo que tomaría en un universo newtoniano. (O, mirándolo desde el punto de vista de alguien en la nave espacial: verán que las distancias se contraen a medida que aceleran hasta casi la velocidad de la luz; el efecto es el mismo, llegarán más rápido).

Aquí hay una tabla rápida que reuní bajo el supuesto de que no podemos acelerar más rápido que [math] 1.5 \ text {g} [/ math]. Aceleramos a esa velocidad durante la mitad del viaje, y desaceleramos a la misma velocidad en la segunda mitad para parar justo al lado de donde sea que estemos visitando.

Puede ver que para llegar a destinos a más de 50 años luz de distancia, estamos recibiendo enormes ventajas de la relatividad. Y más allá de los 1,000 años luz es solo gracias a los efectos relativistas que estamos logrando allí dentro de la vida humana.

De hecho, si continuamos con la tabla, descubriremos que podemos atravesar todo el universo visible (47 mil millones de años luz más o menos) dentro de una vida humana (28 años más o menos) explotando los efectos relativistas.

Entonces, al usar la relatividad, ¡parece que podemos llegar a donde queramos!

Bien…. no exactamente.

Dos problemas

Primero, el efecto solo está disponible para los viajeros . Los tiempos de la tierra serán mucho más largos. (Regla aproximada para obtener el tiempo terrestre para un viaje de regreso, duplicar el número de años luz en la tabla y agregar 0.25 para obtener el tiempo en años). Entonces, si regresan, encontrarán que han pasado muchos miles de años en la tierra: sus familias vivirán y morirán sin ellos. Entonces, incluso si enviamos exploradores, nosotros en la tierra nunca descubriríamos lo que habían descubierto. Aunque quizás para algunos exploradores, incluso esto sería positivo: “¡Haga un viaje a Betelgeuse! Por solo 18 años de ida y vuelta, obtienes una aventura interestelar y un bono: ¡viaje en el tiempo a 1300 años en el futuro de la tierra! ”

En segundo lugar, un problema más inmediato y práctico. La cantidad de energía que se necesita para acelerar algo hasta las velocidades relativistas que estamos usando aquí es, literalmente, astronómica. Tomando el viaje a la Nebulosa del Cangrejo como ejemplo, necesitaríamos proporcionar aproximadamente [matemática] 7 \ veces 10 ^ {20} \ text {J} [/ matemática] de energía cinética por kilogramo de nave espacial para llegar al velocidad máxima que estamos usando.

Eso es mucho Pero está disponible: el Sol emite [matemática] 3 [/ matemática] [matemática] \ veces 10 ^ {26} \ text {W} [/ matemática], por lo que, en teoría, solo necesitaría unos segundos de Solar salida (más una Esfera Dyson) para recolectar suficiente energía para obtener una nave de tamaño razonable hasta esa velocidad. Esto también supone que puede transferir esta energía a la nave sin aumentar su masa: por ejemplo, a través de un láser anclado a un gran planeta o estrella; Si nuestro barco necesita transportar su combustible químico o materia / antimateria y acelerarlo también, entonces te topas con la “tiranía de la ecuación del cohete” y estamos perdidos. Se necesitarán muchos pedidos de magnitud más combustible.

Pero voy a tratar todo eso como un problema de ingeniería (aunque mucho más que cualquier cosa que podamos atacar con la tecnología actualmente imaginable). Suponiendo que podamos elevar nuestras naves espaciales a esas velocidades, podemos ver cómo la relatividad ayuda al viaje interestelar. Contra-intuitivo, pero cierto.

Aquí está la cosa sobre la relatividad.

Puede, al menos desde su propio marco de referencia en la nave espacial, “viajar más rápido que la velocidad de la luz”. No es que tu velocidad realmente cruce c. Lo que sucede es que cuando presiona el acelerador, la distancia en la dirección de su viaje se reduce. Eso permite que su tiempo dedicado a llegar allí sea más pequeño sin aumentar su velocidad más allá de c.

Pero si tomó la distancia que midió en la Tierra y la dividió por el tiempo que midió en la nave espacial, puede encontrar que excedió por completo la velocidad de la luz.

Teóricamente, puedes viajar a cualquier lugar que desees en un período de tiempo razonable (medido en la nave espacial), pero la única razón por la que es “imposible” es que la gente en la Tierra tendrá que esperar varios miles, si no millones, de años para que puedas Enviar cualquier mensaje de vuelta. Por lo tanto, no hay una forma efectiva de visitar otros sistemas estelares y enviar algo de vuelta.

Además de las respuestas ya dadas, hay una útil calculadora en línea para los cálculos de naves espaciales relativistas que le permitirá variar los parámetros relevantes y calcular los resultados (aceleración, tiempo transcurrido de viaje, tiempo transcurrido de la Tierra, etc.):

Calculadora de naves espaciales relativistas.

Años luz de diversión …

La relatividad describe la forma en que se ven las cosas desde varios “marcos intertiales”. Si miras mi nave espacial, por ejemplo, me ves luchando por verter más vapor a medida que me acerco a la velocidad de la luz; No importa lo que haga, parece que no puedo alcanzar la velocidad de la luz. Este hecho desalentador hace que el viaje intergaláctico sea una propuesta difícil.

Aunque no lo es. Aquí se explica cómo evitar esta limitación.

A medida que aumenta la velocidad, el espacio se contrae. Por lo tanto, si vas lo suficientemente rápido, puedes alcanzar galaxias distantes. Esto puede ser una forma práctica de evitar las aparentes limitaciones de la velocidad de la luz.

Desafortunadamente, actualmente no hay forma de acercarse a la velocidad de la luz. Quién sabe si alguna vez habrá. Pero no deje que la velocidad de la luz se interponga en su camino, concéntrese en los obstáculos prácticos para viajar más rápido.

Ciertamente parece que otras estrellas y galaxias están efectivamente fuera del alcance, pero el límite puede estar más impuesto por nuestra comprensión actual de la física que por la velocidad de la luz misma. Varias teorías extravagantes presentan posibles formas de evitar este límite de velocidad cósmica. Incluyen agujeros de gusano (atajos a ubicaciones distantes en el espacio-tiempo); variaciones en “unidad de urdimbre”; y haciendo la transición a un régimen donde la velocidad de la luz es el límite inferior. Quizás encontremos una solución práctica en algún momento.

La relatividad no implica que el viaje interestallar sea imposible, solo que la mente es extremadamente difícil.

Las excelentes respuestas ya dadas cubren la física.

Una estrategia para la exploración, con miras a una diáspora humana pan-galáctica (inicialmente), implicaría el envío de enjambres de dispositivos Von Neumann (IA auto reproductivos) prescindibles en todas las direcciones posibles, lo más cerca posible de c.

Transmitirían solo mensajes críticos a la Tierra, como ‘peligro catastrófico total en esta dirección’; cualquier otro mensaje sería inútil porque los arcos de seguimiento con biota seguirían y la Tierra podría haberse vuelto inhabitable.

Las IA también podrían transmitir hallazgos totalmente inesperados a los siguientes arcas (los cerdos voladores de Beetlejuice, etc.) y noticias de bienvenida, como los exoplanetas similares a la Tierra.

Con cierta advertencia, los arcos podrían lograr una desviación suficiente para esquivar el peligro, con suerte, o reducir la velocidad a tiempo para colonizar planetas prometedores.

El viaje, para ti, puede ser tan corto como quieras. Por supuesto, hay problemas de ingeniería al ir tan rápido, como que la radiación de fondo te freiría, y cualquier partícula te golpearía como una tonelada de ladrillos.

Simplemente no puede regresar y esperar ver a su familia y amigos.

Todas estas respuestas son correctas. [matemática] Teóricamente [/ matemática] la relatividad permite viajar a cualquier lugar en una vida a velocidades ridículamente cercanas a la velocidad de la luz. Lamentablemente, la teoría no es la realidad.

Además de alcanzar esas velocidades, existe el aterrador problema causado por el efecto de “faro”. La radiación de todas partes entrará a través de su ventana frontal hacia arriba, desplazada a niveles de energía de los cuales ningún escudo conocido lo protegerá. Incluso si intenta protegerlo, eso solo agrava los problemas de aceleración que ya son desalentadores.

(Estoy poniendo mis esperanzas en los experimentos de la NASA con el Alcubierre como una unidad de distorsión para un viaje más rápido que la luz. Usando eso, podría llegar a casa a tiempo para la cena

(Puede haber problemas con el efecto Unruth también, pero eso aún no se ha establecido positivamente y debería ser insignificante a bajas aceleraciones de todos modos. También puede haber problemas imprevistos con la congelación a altas velocidades debido al enfriamiento Jeroncic, pero eso también tiene no establecido)

Si pudieras arrastrar una nave espacial completa a un estado coherente como un solo objeto cuántico, e inducirlo a hacer un túnel a una distancia significativa, el viaje en o cerca de C podría ser posible sin el horrendo cambio en el impulso necesario de lo contrario. Y como se señaló, en C, la nave espacial y todo el interior no envejecerá en absoluto.

Respuesta: No. La teoría de la relatividad no dice nada acerca de cuánto tiempo es “demasiado largo”. Por ejemplo, si descubrimos la tecnología de extensión de la vida que permite a las personas vivir hasta los 1000 años, incluso a velocidades relativamente bajas (por ejemplo, 0.1c) las personas podrían viajar a otras estrellas. O si somos capaces de descargar nuestras personalidades a sistemas computacionales, o inventar verdadera inteligencia artificial, o …

El punto es que cualquiera de estos podría hacer posible el viaje interestelar y ninguno de ellos tiene nada que ver con la teoría de la relatividad.