Fotoniraketeista ja relativistisista kaapeleista

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Rupesin tuossa miettimään valoa avaruusaluksen työntövoimana. En nyt tarkoita mitään laser- tai aurinkopurjetta vaan isoa tuikkua raketin persuuksissa - riippumattomuutta liikkumisensa suhteen ulkoisesta avusta. Perinteisissä raketeissahan ongelmana on saada "pakokaasuille" mahdollisimman suuri lähtönopeus alukseen nähden. Mietinkin että valollahan piisaa tuota lähtönopeutta ja siitä se ajatus sitten lähti!
Koska valolla on liikemäärä, on sillä oltava myös liike-energiaa. Valolla on myös oltava taajuutensa - ja siten aallonpituutensa määräämä "värähdysenergia". Olenko oikeassa? Voidaanko valon energian ajatella koostuvan näin kahdesta komponentista?
Jos valon energia voidaan jakaa näin komponentteihin, voitaneen olettaa että riippuen valon taajuudesta sen värähdysenergian ja liike-energian suhde vaihtelee kokonaisenergian ollessa vakio. Jos siis tuotetaankin huikean matalataajuisia fotoneja, niin suurin osa energiasta menee liike-energiaksi. Ja näin ollen niiden liikemäärä on optimaalinen.
Ei nyt pohdita (ainakaan ihan heti ensimmäiseksi) sitä miten mielekäs tälläinen säteilijä olisi toteuttaa - nykyinen teknologia, hinta, koko/massa, hyötysuhde. Keskitytään ensiksi miettimään voiko teoriassa sähkömagneettista säteilyä näin manipuloida liikemäärätehokkaaksi? Oletetaan siis että osattaisiin tehdä valtavan intensiteetin omaava matalataajuussäteilijä. We a have a rocket or not?

PS. Jos joku viisas osaa suoralta kädeltä tyrmätä arvaukseni valon energian luonteesta, pistämpä toisen tappelunaiheen:
Avaruudessa on valtavan pitkä teräskaapeli. Se ulottuu havaittavan maailmankaikkeuden halki laajenevan avaruuden havaintohorisontin yli kumpaankin suuntaan. Sen keskipiste on pisteessä 0. En tiedä miten se on sinne saatu mutta kysymys kuuluu: Koska avaruus kaapelin varrella pisteessä A loittonee laajentuessaan yli kaksinkertaista valon nopeutta toisesta sijainnista piste -A kaapelin varrella, kulkeeko kaapeli pisteissä A ja -A yli valon nopeutta lokaalin sijaintinsa suhteen?
Senhän tulisi olla levossa pisteen 0 suhteen, jossa sen keskipiste on, avaruuden laajenemisen maagisten voimien vaikuttaessa yhtä suuresti sen molemmin puolin. Matkustavatko nämä kaapelin eri puoliskot ajassa? Repiikö maailmankaikkeuden laajeneminen kaapelin hajalle? "Kasvattavatko" virtuaalihiukkaset kaapelia materialisoitumalla sen atomien väleihin ja näin laajentavat sitä muun avaruuden mukana?

PPS. Jälkimmäinen kysymys vähän paisui aiottua isommaksi kokonaisuudeksi, mutta molemmat kysymykset ovat hyvin hypoteettisiä ja modernia fysiikkaa sivuavia, että pidän nämä yhdessä. Kiitos ja anteeksi.

Kommentit (1)

Vierailija
Petenez
Koska valolla on liikemäärä, on sillä oltava myös liike-energiaa. Valolla on myös oltava taajuutensa - ja siten aallonpituutensa määräämä "värähdysenergia". Olenko oikeassa? Voidaanko valon energian ajatella koostuvan näin kahdesta komponentista?



No eipä oikeastaan voida. Fotonilla on energiaa ja liikemäärää, muttei erikseen liike- ja värähtelyenergiaa.

Petenez
Jos valon energia voidaan jakaa näin komponentteihin, voitaneen olettaa että riippuen valon taajuudesta sen värähdysenergian ja liike-energian suhde vaihtelee kokonaisenergian ollessa vakio. Jos siis tuotetaankin huikean matalataajuisia fotoneja, niin suurin osa energiasta menee liike-energiaksi. Ja näin ollen niiden liikemäärä on optimaalinen.



Fotonin energia on suoraan verrannollinen sen taajuuteen eli mitä matalampi taajuus, sen pienempi energia.

Petenez
Ei nyt pohdita (ainakaan ihan heti ensimmäiseksi) sitä miten mielekäs tälläinen säteilijä olisi toteuttaa - nykyinen teknologia, hinta, koko/massa, hyötysuhde.



Kyllä tämä taitaa kuitenkin olla se kaikista oleellisin kysymys aiheeseen liittyen. Ei sitä energiaa kuitenkaan tyhjästä nyhjäistä.

Petenez
Keskitytään ensiksi miettimään voiko teoriassa sähkömagneettista säteilyä näin manipuloida liikemäärätehokkaaksi? Oletetaan siis että osattaisiin tehdä valtavan intensiteetin omaava matalataajuussäteilijä. We a have a rocket or not?



Teoriassa kyllä, käytännössä ei. Esimerkkinä fysiikan peruskurssilla laskettiin joskus aikoinaan, kauanko 10 tonnisen fotoniraketin kiihtyminen nopeuteen 11 km/s kestää vapaassa avaruudessa, kun raketin ydinreaktorikäyttöisen laserin suunnatun fotonisuihkun teho on 1 MW. Vastaus on 1046 vuotta, eli ei nämä fotoniraketit nyt ihan heti ole perinteisiä raketteja korvaamassa. Ehkä sitten joskus tuhansien vuosien päästä, jos antimateriaa pystytään valmistamaan edullisesti ja hallitsemaan kuten normaalia polttoainetta (materian ja antimaterian annihiloituessa ne muuttuvat fotoneiksi 100% hyötysuhteella). Tällä hetkellä antimateriaa kaiketi valmistetaan joitakin nanogrammoja vuodessa, eli onhan siinä vähän haastetta jos pitäisi kilokaupalla saada antimatskua aikaiseksi.

Uusimmat

Suosituimmat