Lichtgeschwindigkeit, ein Raumschiff und ein Staubkorn?
Hallo, mir hat mal der Physik Lehrer aus der Schule gesagt, dass wenn man ein Riesiges Raumschiff oder so hätte und wir mit schnellerer Geschwindigkrit als Lkcht fliegen würden und wir auf ein Staubkorn treffen zu dem Zeitpunkt wo wir eben schneller als Lichtgeschwindigkeit sind, würde dieses Raumschiff in Stücke gerissen werden...
Was haltet ihr von dieser Antwort? Stimmt es oder nicht? Warum?
Danke im Voraus
Hellboy
13 Antworten
Hallo Hellboy03,
vorab, der Physiklehrer hat offenbar eine Wissenslücke, nämlich die Spezielle Relativitätstheorie (SRT), welche die Struktur der Raumzeit beschreibt, die ich in einer anderen Antwort dargelegt habe.
Die SRT beruht im Wesentlichen auf GALILEIs (!) Relativitätsprinzip (RP), das aussagt, dass Du das Raumschiff, das sich z.B. mit (v;0;0) relativ zum Staubkorn bewegt, auch als ruhendes „Target“ und das Staubkorn als einen mit der Geschwindigkeit (−v;0;0) bewegten „Impaktor“ beschreiben kannst.
Es hat nun eine Gesamtenergie
(1) γ∙m∙c² = mc²⁄√{1 − (v⁄c)²},
mit der Ruheenergie m∙c² und der kinetischen Energie
(2) Eₖ = (γ − 1)∙m∙c²,
die bei einem unelastischen Stoß vollständig frei würde (bei einem glatten Durchschlag wäre das freilich nicht der Fall, es würde nur ein Teil der Energie frei).
Bei einem Staubkorn von 1μg und 0,87c ist γ=2, d.h., die bei einem unelastischen Stoß freigesetzte Energie wäre so groß wie die Ruheenergie, nämlich 9×10¹⁰J = 25 MWh ≈ 21kg TNT-Äquivalent. Ein so schnelles Raumschiff muss also eine Kollision selbst mit einem Staubkorn vermeiden, z.B. durch magnetisches Ablenken. Jedenfalls sollte die Energie nicht da freigesetzt werden, wo sie Schaden anrichtet.
Wenn nicht verhindert wird, dass die Energie des Staubkorns am oder gar im Schiff - nachdem es dessen Außenhaut durchschlagen hat - auf einen Schlag freigesetzt wird, wird das Staubkorn zumindest einigen Schaden anrichten.
Um eine interstellare Reise überhaupt antreten zu können, muss das Schiff aber so groß und so robust gebaut sein, dass es das Äquivalent von 21kg TNT vermutlich übersteht.
Danke übrigens für den Stern!
Hallo Hellboy03,
mir hat mal der Physik Lehrer aus der Schule gesagt ... und wir mit schnellerer Geschwindigkrit als Licht fliegen würden...
Ich HOFFE ernsthaft, Ihr habt nicht so schlechte Physiklehrer, die so was sagen.
Kein Objekt mit Masse kann Lichtgeschwindigkeit erreichen.
Das liegt daran, dass bei allen Objekten mit Masse die kinetische Energie (also die "Bewegungsenergie") gegen unendlich geht, wenn sich die Geschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit annähert. Das liegt daran, dass relativ zum ruhenden Beobachter die Masse des bewegten Objektes zunimmt. So beschreiben es die Formeln der Relativitätstheorie und hier speziell der sogenannte Lorentzfaktor.
Hier findest Du das erklärt:
Sehr schnelle, selbst kleine Teilchen tragen also bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit beliebig hohe Mengen an Bewegungsenergie... und können die bei Zusammenstößen entsprechend auch übertragen.
Selbst ein Staubkörnchen durchschlägt bei solchen Relativgeschwindigkeiten also mühelos die Hülle des Raumschiffes. - Das ist übrigens schon bei seeeeeeehr viel kleineren Relativgeschwindigkeiten möglich, weshalb selbst kleiner Weltraumschrott für die ISS ja so gefährlich werden kann.
Im Innern des Raumschiffes haben wir vermutlich eine Atmosphäre unter Normaldruck. Und da verursacht Dein kleines Teilchen dann ungefähr das, was R. Munroe hier einmal durchgerechnet hat: Was passiert, wenn wir einen Baseball auf 90% der Lichtgeschwindigkeit bringen?
Natürlich ist der Baseball schwerer als ein Staubteilchen... aber wenn Du das Staubteilchen etwas schneller machst als 90% der Lichtgeschwindigkeit, wird das wieder ausgeglichen.
Grüße
Im interstellaren oder gar im intergalaktischen Raum gibt es ja quasi nichts was einem "weh" tun könnte, da dort, insbesondere in den Voids, praktisch keine Masse vorhanden ist (Dichte < 1 Teilchen/m²). Ich glaube gehört zu haben, dass bei sehr hohen Geschwindigkeiten vor allem die überall vorhandene kosmische Hintergrundstrahlung zum Hauptproblem wird und diese das Potential hat, ein Raumschiff zu grillen..
Nicht nur die Hintergrundstrahlung, sondern alle elektromagnetischen Wellen in Flugrichtung werden extrems zu kürzeren, energiereicheren Wellenlängen verschoben.
Das ist nicht möglich. Selbst Lichtgeschwindigkeit ist nicht möglich. Würde ein massebehaftetes Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, so zieht sich der Raum um es herum aufgrund der Längenkontraktion so stark zusammen, dass das ganz Universum aus Sicht des Teilchens selbst nicht größer wäre als ein Sandkorn. Aber mal angenommen, das Raumschiff würde "nur" mit 40 % Lichtgeschwindigkeit fliegen, so wäre die Energie, die bei Kontakt mit einem Sandkorn frei wird, natürlich sehr groß. Sie wäre gleichbedeutend mit der Energie, die ein Sandkorn hätte, dass sich mit 120.000 km/s auf einen zubewegt. Das heißt man müsste sich schon gut dagegen abschirmen, was aber, wenn man Antriebe entwickeln kann, die uns auf 40 % Lichtgeschwindigkeit beschleunigen können, nicht unmöglich sein sollte. Außerdem muss man wissen, dass das Universum vor allem eins ist: sehr leer. Gerade im interstellaren Raum "schwebt" nicht einfach so ein Sandkorn herum.
Jedoch ist der "durchschrittene" Raumkörper bei 40% Lichtgeschwindigkeit sehr groß was die Chance auf einen Treffer deutlich erhöht.
Schneller als Lichtgeschwindigkeit geht nicht.
Wir haben allerdings mal die Energie berechnet welche beim Aufprall eines 1mg schweren Objekts mit 90% der Lichtgeschwindigkeit auf ein ruhendes Objekt frei werden würde. Die Energie war irgendwo im Bereich von 2 Atombomben.
... und für die Zerstörung eines handelsüblichen Raumschiffs würde das allemal schon ausreichen ...
Zuerst einmal ist es Objekten die mit einer Masse belastet sind nicht möglich mit Lichtgeschwindigkeit oder gar schneller zu fliegen. Daher hätte er so eine Aussage gar nicht treffen dürfen. Wenn es allerdings wirklich zu dieser Situation kommen sollte würde ich schon sagen dass die Aussage stimmt mit Sicherheit kann ich hierzu allerdings nichts sagen.
Danke für die Antwort ! Also würde theorwrisch das Raumschiff explodieren bzw. zerstört werden falls es das Staubkorn trifft? :) dank