Jestem fanem zarówno Gwiezdnych Wojen jak i fizyki, ale muszę przyznać, że nie wiem co oznacza „skok w nadprzestrzeń”. W skrócie, jest to sposób dla statków kosmicznych w uniwersum Gwiezdnych Wojen na pokonywanie wielkich odległości w bardzo krótkim czasie. Powinno być jasne, że podróże w hiperprzestrzeni nie odbywają się z prędkością światła. Światło ma prędkość 3 x 108 metrów na sekundę. Oznacza to, że nawet podróż do najbliższej gwiazdy (z Ziemi) zajęłaby kilka lat. Niektóre inne dziwne rzeczy również by się wydarzyły zgodnie z Teorią Szczególnej Względności Einsteina – ale wystarczy powiedzieć, że skok do nadprzestrzeni nie jest tylko kwestią podróżowania z prędkością światła.
Jednym z powszechnych pomysłów na temat nadprzestrzeni jest to, że obejmuje ona dodatkowe wymiary. Być może podróż przez ten dodatkowy wymiar pozwala statkowi kosmicznemu na skrócenie drogi przez przestrzeń, tak że podróż, która trwałaby lata, zajmuje godziny. To tylko taka myśl.
LEARN MORE
The WIRED Guide to Star Wars
Ale co z czymś, co faktycznie możemy zmierzyć? Czy możemy określić przyspieszenie statku, który wykonuje skok w nadprzestrzeń? O, tak – całkowicie możemy, i zrobimy to. Do tej analizy wykorzystam ujęcie Sokoła Millenium podczas skoku w nadprzestrzeń na końcu filmu Imperium Kontratakuje. Aby oszacować przyspieszenie, możemy spojrzeć na rozmiar kątowy tyłu Sokoła, gdy się oddala.
Co rozmiar kątowy ma z tym wspólnego? Nasze oczy (i kamery filmowe) nie widzą wielkości rzeczy. Zamiast tego, widzą rozmiar kątowy obiektów. Jeśli narysujesz wyimaginowaną linię od swojego oka do jednej strony obiektu, a następnie inną linię do drugiej strony obiektu, stworzysz malutki klin. Kąt pomiędzy tymi dwoma liniami to rozmiar kątowy.
To dlatego, gdy rzeczy są coraz dalej, wydają się mniejsze. Ale jeśli znasz rozmiar kątowy (θ) w radianach i rzeczywisty rozmiar (L), możesz znaleźć odległość (r). Och, wiem, co myślisz. Ta relacja działa tylko dla długości łuku okręgu. Tak, to technicznie rzecz biorąc prawda. Jeśli jednak obiekt jest wystarczająco daleko, wtedy różnica między długością łuku a szerokością jest bardzo mała i możemy zignorować to rozróżnienie.
A teraz trochę danych. Wszystko co muszę zrobić to zmierzyć położenie boków Sokoła i użyć tego do obliczenia rozmiaru kątowego w każdej klatce filmu podczas skoku w nadprzestrzeń. Oczywiście jest duży problem. Tak naprawdę nie znam wielkości kątowej na początku skoku. Będę musiał go po prostu oszacować. Załóżmy, że Sokół Millennium ma 25 metrów szerokości i startuje w odległości 100 metrów od kamery. Mając to, mogę ustawić kątowe pole widzenia dla sceny. W ten sposób otrzymamy następujący wykres zależności wielkości kątowej od czasu dla Sokoła podczas ucieczki.
Mając tę wielkość kątową i szerokość Sokoła Millennium, mogę obliczyć odległość od kamery do statku kosmicznego.
Na tym wykresie jest całkiem sporo do rozważenia. Wystarczy spojrzeć na końcową pozycję – około 8000 metrów. Tak więc w ciągu około pół sekundy Sokół Millennium przechodzi z pozycji zaledwie 100 metrów do około 5 mil. Jeśli weźmiesz pod uwagę średnią prędkość (zmiana pozycji w czasie), to będzie to około 29 000 mil na godzinę (dla czytelników Imperium). Bez względu na jednostki, jest to superszybka prędkość.
OK, ale co z przyspieszeniem? Mogę dopasować funkcję kwadratową do danych (jak widać na wykresie). Jest to przydatne, ponieważ obiekt poruszający się ze stałym przyspieszeniem również będzie miał kwadratowe równanie ruchu. Ponieważ ruch obiektu ze stałym przyspieszeniem pojawia się dość często na kursach fizyki, nadaliśmy temu równaniu specjalną nazwę – równanie kinematyczne. Podaje ono położenie obiektu w różnych momentach czasu na podstawie przyspieszenia (oraz początkowego położenia i prędkości). Oto równanie dopasowania wraz z równaniem kinematycznym dla stałego przyspieszenia.
Tutaj widać, że liczba dopasowania przed członem t2 powinna być równa połowie przyspieszenia. To daje przyspieszenie Sokoła na poziomie 33,922 metrów na sekundę podniesione do kwadratu. Ummmm … to jest bardzo duże przyspieszenie. Jeśli upuścisz obiekt na powierzchnię Ziemi, będzie on miał przyspieszenie 9,8 m/s2. Jeśli katapultujesz się z samolotu myśliwskiego, będziesz miał bolesne przyspieszenie czegoś w rodzaju 60 m/s2. Ten statek kosmiczny skaczący w nadprzestrzeń przyspiesza trochę bardziej niż to.
Co z siłą g? OK, wyjaśnijmy sobie tutaj dwie kwestie. Po pierwsze, na pewno Sokół Millennium ma jakiś rodzaj „tłumika inercyjnego”, który pozwala ludziom wewnątrz statku przyspieszać bez umierania. Po drugie, Gwiezdne Wojny to nie jest prawdziwe życie, więc to nie ma znaczenia (ale nadal jest to zabawne do analizowania). A teraz, co do siły g. To jest fałszywa siła. Jest to sposób na sprawienie, że przyspieszający układ odniesienia zachowuje się jak nie przyspieszający układ odniesienia. W tym przypadku, fałszywa siła jest w zasadzie tylko miarą przyspieszenia wnętrza Sokoła Millennium.
Miarą tej fałszywej siły jest siła grawitacji na Ziemi – to przyspieszenie w g. Jeśli statek przyspieszałby z prędkością 9,8 m/s2, byłaby to fałszywa siła o wartości 1 g. Wewnątrz statku poczulibyśmy się jak dodatkowy ciężar grawitacyjny naciskający na nas w kierunku przeciwnym do tego, w którym statek przyspiesza. Tak więc przyspieszenie podczas skoku w nadprzestrzeń byłoby siłą g równą 3,461 g. To wystarczająco duże przyspieszenie. To wystarczająco duże przyspieszenie, by z łatwością zgnieść człowieka, jeśli nie masz czegoś takiego jak tłumik bezwładnościowy.
Ale czekaj! Mamy też pojęcie o siłach g wewnątrz Sokoła Millenium podczas tego skoku. Po pierwsze, widać jak Leia w kokpicie zostaje wrzucona z powrotem na swoje miejsce. Po drugie, R2-D2 przewraca się do tyłu i wpada na panel dostępowy. O dziwo, jest wystarczająco dużo danych, by zmierzyć przyspieszenie R2 wewnątrz statku. Here is a plot of his position as a function of time along with a quadratic fit.
From this, it seems that there is an internal fake force of 2.73 m/s2 or 0.28 g’s. Yes, this is much less than the acceleration as seen from outside the ship. Obviously the inertial dampers are still mostly working.
More Great WIRED Stories
- It’s the World Slime Convention! Let’s goo!
- Ferrari’s latest sports car packs 986 HP—and it’s a hybrid
- How the EU’s far right will boost Big Tech
- A harrowing trek up one of the world’s highest mountains
- Moondust could cloud our lunar ambitions
- ✨ Optimize your home life with our Gear team’s best picks, from robot vacuums to affordable mattresses to smart speakers.
- 📩 Want more? Sign up for our daily newsletter and never miss our latest and greatest stories