Einige sagen, dass der Grund, warum Sie nicht schneller als Licht reisen können, darin besteht, dass Ihre Masse zunimmt, wenn sich Ihre Geschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit nähert. Unabhängig davon, wie viel Energie Ihr Sternantrieb erzeugen kann, erreichen Sie einen Punkt, an dem sich keine Energiemenge weiter entwickeln kann Beschleunigen Sie Ihr Raumschiff, weil sich seine Masse unendlich nähert.
Diese Denkweise ist bestenfalls eine unvollständige Beschreibung dessen, was wirklich vor sich geht, und keine besonders effektive Methode, um zu erklären, warum Sie sich nicht schneller als Licht bewegen können (obwohl Sie es wirklich nicht können). Die Geschichte bietet jedoch nützliche Einblicke, warum Masse in Übereinstimmung mit der Beziehung e = mc Energie entspricht2.
Erstens, hier ist der Grund, warum die Geschichte nicht vollständig ist. Obwohl jemand auf der Erde möglicherweise sieht, wie die Masse Ihres Raumfahrzeugs zunimmt, wenn Sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähern, werden Sie als Pilot Ihre Massenänderung überhaupt nicht bemerken. In Ihrem Raumschiff könnten Sie immer noch Treppen steigen, Seil springen - und wenn Sie eine Waage für die Fahrt dabei hätten, würden Sie immer noch genauso wiegen wie auf der Erde (vorausgesetzt, Ihr Schiff ist mit dem ausgestattet neueste Technologie der künstlichen Schwerkraft, die die Bedingungen auf der Erdoberfläche nachahmt).
Die von einem Erdbeobachter wahrgenommene Veränderung ist gerecht relativistisch Masse. Wenn Sie auf die Bremse treten und zu einer konventionelleren Geschwindigkeit zurückkehren, würde die gesamte relativistische Masse verschwinden und ein Erdbeobachter würde nur sehen, dass Sie mit derselben Geschwindigkeit bleiben richtig (oder Ruhe-) Masse, die das Raumschiff und Sie hatten, bevor Sie die Erde verlassen haben.
Der Erdbeobachter wäre korrekter, wenn er Ihre Situation in Bezug auf die Impulsenergie betrachten würde, die ein Produkt Ihrer Masse und Ihrer Geschwindigkeit ist. Wenn Sie also mehr Energie in Ihr Sternantriebssystem pumpen, sieht jemand auf der Erde wirklich, dass Ihr Impuls zunimmt - interpretiert dies jedoch als Massenanstieg, da Ihre Geschwindigkeit nicht viel zuzunehmen scheint, sobald sie um 99% gestiegen ist die Lichtgeschwindigkeit. Wenn Sie dann wieder langsamer werden, obwohl Sie anscheinend an Masse verlieren, entladen Sie tatsächlich Energie - möglicherweise indem Sie Ihre kinetische Bewegungsenergie in Wärme umwandeln (vorausgesetzt, Ihr Raumschiff ist mit der neuesten relativistischen Bremstechnologie ausgestattet).
Aus der Sicht des erdgebundenen Beobachters können Sie formulieren, dass der relativistische Massengewinn, der beobachtet wird, wenn Sie sich in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, die Summe der Ruhemasse / Energie des Raumfahrzeugs plus der kinetischen Energie seiner Bewegung ist - alles geteilt durch c2. Daraus können Sie (um eine mäßig komplexe Mathematik herumgehen) ableiten, dass e = mc2. Dies ist eine nützliche Erkenntnis, hat aber wenig damit zu tun, warum die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten kann.
Das Phänomen der relativistischen Masse folgt einer ähnlichen, wenn auch umgekehrten, asymptotischen Beziehung zu Ihrer Geschwindigkeit. Wenn Sie sich also der Lichtgeschwindigkeit nähern, nähert sich Ihre relativistische Zeit Null (Uhren langsam), Ihre relativistischen räumlichen Dimensionen nähern sich Null (Längen ziehen sich zusammen) - aber Ihre relativistische Masse wächst gegen unendlich.
Aber wie wir bereits besprochen haben, erleben Sie auf dem Raumschiff nicht, dass Ihr Raumschiff an Masse gewinnt (noch scheint es zu schrumpfen oder seine Uhren werden langsamer). Sie müssen also Ihre Zunahme der Impulsenergie als echte Geschwindigkeitssteigerung interpretieren - zumindest im Hinblick auf ein neues Verständnis, das Sie über Geschwindigkeit entwickelt haben.
Wenn Sie sich als Pilot der Lichtgeschwindigkeit nähern und immer mehr Energie in Ihr Antriebssystem pumpen, stellen Sie fest, dass Sie Ihr Ziel immer schneller erreichen - nicht so sehr, weil Sie es sind schneller bewegen, aber weil die Zeit, die Sie geschätzt haben, um die Entfernung von Punkt A zu Punkt B zu überqueren, wahrnehmbar viel geringer wird, wird auch die Entfernung zwischen Punkt A zu Punkt B wahrnehmbar viel geringer. Sie unterbrechen also niemals die Lichtgeschwindigkeit, da sich die zeitlichen Entfernungsparameter Ihrer Geschwindigkeit so ändern, dass Sie dies nicht können.
In jedem Fall ist die Berücksichtigung der relativistischen Masse wahrscheinlich der beste Weg, um die Beziehung e = mc abzuleiten2 da die relativistische Masse ein direktes Ergebnis der kinetischen Bewegungsenergie ist. Die Beziehung fällt nicht leicht aus der Betrachtung (etwa) einer nuklearen Explosion heraus, da ein Großteil der Energie der Explosion aus der Freisetzung der Bindungsenergie stammt, die ein schweres Atom zusammenhält. Bei einer nuklearen Explosion geht es mehr um Energieumwandlung als um die Umwandlung von Materie in Energie, obwohl sie auf Systemebene immer noch eine echte Umwandlung von Masse in Energie darstellt.
In ähnlicher Weise könnten Sie annehmen, dass Ihre Tasse Kaffee massiver ist, wenn sie heiß ist - und messbar weniger massiv wird, wenn sie abkühlt. Materie in Bezug auf Protonen, Neutronen, Elektronen… und Kaffee bleibt während dieses Prozesses weitgehend erhalten. Aber für eine Weile trägt die Wärmeenergie tatsächlich zur Masse des Systems bei - obwohl es sich um eine Masse von m = e / c handelt2Es ist eine sehr kleine Menge an Masse.
