home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ ftp.pasteur.org/FAQ/ / ftp-pasteur-org-FAQ.zip / FAQ / Star-Trek / relativity_FTL / intro next >
Encoding:
Internet Message Format  |  2004-05-15  |  13.6 KB

  1. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!news2.wam.umd.edu!nntp.abs.net!newsfeed2.telusplanet.net!newsfeed.telus.net!bigfeed.bellsouth.net!news.bellsouth.net!peer01.cox.net!cox.net!p02!lakeread01.POSTED!not-for-mail
  2. From: Jason W. Hinson <jason@physicsguy.com>
  3. Newsgroups: rec.arts.startrek.tech,rec.answers,news.answers
  4. Subject: Relativity and FTL Travel--Introduction
  5. User-Agent: Newspost/2.1.1 (http://newspost.unixcab.org/)
  6. Followup-To: rec.arts.startrek.tech
  7. Organization: physicsguy.com
  8. Summary: An Introduction to the FAQ
  9. Approved: news-answers-request@MIT.EDU
  10. Lines: 257
  11. Message-ID: <pw1pc.148083$f_5.29913@lakeread01>
  12. Date: Fri, 14 May 2004 10:51:01 GMT
  13. NNTP-Posting-Host: 68.227.220.12
  14. X-Complaints-To: abuse@cox.net
  15. X-Trace: lakeread01 1084531861 68.227.220.12 (Fri, 14 May 2004 06:51:01 EDT)
  16. NNTP-Posting-Date: Fri, 14 May 2004 06:51:01 EDT
  17. Xref: senator-bedfellow.mit.edu rec.arts.startrek.tech:171408 rec.answers:87005 news.answers:271271
  18.  
  19. Archive-name: star-trek/relativity_FTL/intro
  20. Posting-Frequency: bimonthly for r.a.s.tech, monthly for news.answers
  21.  
  22. =============================================================================
  23.                           Relativity and FTL Travel
  24.                                  
  25.                by Jason W. Hinson (hinson@physics.purdue.edu)
  26. -----------------------------------------------------------------------------
  27.                                  
  28.                       Part 0: Introduction to the FAQ
  29.                                  
  30. =============================================================================
  31. Edition: 5.1
  32. Last Modified: April 8, 2003
  33. URL: http://www.physicsguy.com/ftl/
  34. FTP (text version): ftp://ftp.cc.umanitoba.ca/startrek/relativity/
  35.  
  36.  
  37.  
  38.  
  39.      ------------------------------------------------------------------
  40.           Copyright(C) 1995, Jason W. Hinson. This document, including
  41.      all of its parts, is not in the public domain. Permission to
  42.      distribute this document in its entirety (unedited and including
  43.      this copyright notice) is granted, provided no fees are charged
  44.      for the distribution beyond charges for downloading and/or
  45.      connection time from a commercial information service. Permission
  46.      to distribute a partial version of this document containing only
  47.      this introduction along with parts I and IV is also granted under
  48.      the same restrictions. Publication of any part of this document in
  49.      a magazine or journal (in any media format) must be approved by
  50.      the author.
  51.           Star Trek(R) , Star Trek: The Next Generation(R) , and Star
  52.      Trek: Deep Space Nine(R) are trademarks of Paramount Pictures
  53.      registered in the United States Patent and Trademark Office. Star
  54.      Trek: Voyager(TM) is a trademark of Paramount Pictures.
  55.      ------------------------------------------------------------------
  56.  
  57.  
  58.  
  59. Contents of this Introduction:
  60. 0.1 What is this FAQ About, and Who Should Read It
  61. 0.2 Edition Information
  62. 0.3 The Versions
  63.  
  64. A contents of the FAQ is also given below.
  65.  
  66.  
  67.  
  68. 0.1 What is this FAQ About, and Who Should Read It
  69.  
  70.      The primary purpose of this FAQ is to discuss (in straight-forward,
  71. simple terms) the relationship between relativity and faster than light
  72. (FTL) travel. Part I introduces the information about special relativity
  73. which one needs to understand the discussion of FTL travel. One of its
  74. sections involves an introduction to space-time diagrams, which are used to
  75. make some significant points in the FTL travel discussion. Therefore, if you
  76. are not familiar with these diagrams, then this will be a very important
  77. section for you to read.
  78.      Parts II and III are what I call "optional reading" parts. If you do
  79. not want to read them, you can still understand the FTL travel discussion.
  80. Part II gives more information about special relativity and explains two
  81. "solvable paradoxes" which are associated with the theory, while Part III
  82. introduces and explores some of the major concepts in general relativity,
  83. and does so at considerable length.
  84.      Part IV is the part which discusses the question of FTL travel. There
  85. are two basic problems which are discussed, and while most ideas for FTL
  86. travel in science fiction address the first problem (the light speed
  87. barrier), many simply ignore the second (producing unsolvable paradoxes).
  88. Part IV also discusses various conceptual forms of FTL travel (each of which
  89. get around the "first problem"), and it introduces special provisions for
  90. getting around the "second problem". Finally, because this FAQ is meant for
  91. the rec.arts.startrek.tech newsgroup, I will apply the FTL discussion to
  92. explain how warp (as it is depicted in Trek) can allow FTL travel while
  93. getting around both of the problems mentioned above. As far as I can tell,
  94. it presents the best way of explaining everything the series has shown us.
  95.      I should also note that various diagrams are used throughout this FAQ,
  96. and so the HTML versions provide links to the diagrams when they are
  97. mentioned throughout the FAQ for convenience. However, if you are reading
  98. the LaTeX or text versions, it may be helpful for you to make a hard copy of
  99. the parts you are reading so that you can view the diagrams easily as you
  100. read various sections of the FAQ.
  101.      I hope you can learn a little something from reading this, or at least
  102. strengthen your understanding of that which you already know. Your comments
  103. and criticisms are welcome, especially if they indicate improvements that I
  104. can make for future posts. If any or all parts of this post do not show up
  105. at your site, or if any or all are cut short, let me know and I can e-mail
  106. you the parts you want.
  107.  
  108.  
  109.  
  110. 0.2 Edition Information
  111.  
  112.      This is edition 5.1 of this FAQ. A couple of subsections have been
  113. added to the discussion of relativistic energy and momentum, and a few other
  114. minor corrections were made over the previous edition.
  115.      As usual, (although I'm no longer calling this edition a "beta"
  116. edition) I am sure it still contains mistakes here and there I have yet to
  117. catch. Therefore, as always, if you see any mistakes or if you think that
  118. any changes should be made, please let me know.
  119.      Edition 5.1 was completed on September 6, 1999. Any later modifications
  120. involve smaller changes and/or corrections.
  121.  
  122.      Here is some information about previous editions: No detailed
  123. information was kept concerning changes in editions 1 through 3, but they
  124. were all single-part documents concerned mainly with giving the reader a
  125. quick introduction special relativity and explaining how FTL travel seemed
  126. impossible because of it. They also included only one "special provision"
  127. for getting around all the problems of relativity (that provision being the
  128. use of a special frame of reference).
  129.      In edition 4.0b, the FAQ was split into five parts (an introduction and
  130. four parts to the FAQ itself). In addition to one part which introduced
  131. special relativity and another part which discussed FTL travel, two
  132. completely new parts were added (one which looked further into special
  133. relativity and one which introduced general relativity). In this edition,
  134. the FAQ was also made available in an HTML version (though all diagrams and
  135. equations were still in ASCII).
  136.      In edition 4.1b (completed September 8, 1995) I added another "special
  137. prevision" in the FTL section.
  138.      As of edition 5.0b1 of this FAQ (completed on July 11, 1997), in
  139. addition to a text version and an HTML version with only ASCII graphics, it
  140. was also made available in a gif-graphics-rich HTML version and a LaTeX
  141. version! (See Section 0.3: The Versions to learn more about these versions.)
  142. In 5.0b1, I also made changes in various chapters (expanding some material
  143. and moving some into new sections) to help improve explanations and
  144. readability. In general, the basic information included has not changed, but
  145. the FAQ was hopefully made even more understandable to its readers.
  146.  
  147.  
  148.  
  149. 0.3 The Versions
  150.  
  151.      As of edition 5.0b1, this FAQ was made available in the following
  152. versions: A plain text version allows for reading the FAQ on a simple ASCII
  153. screen, or the reader can print out the FAQ quite easily. All the graphics
  154. and equations are in simple ASCII. This is the version of the FAQ which is a
  155. regular posting on the rec.arts.startrek.tech newsgroup. It is also
  156. available to download via FTP from the site listed at the top of each part
  157. to this FAQ.
  158.      A non-gif HTML version of the FAQ is also available that includes links
  159. used throughout the FAQ which make studying the FAQ easier. All the graphics
  160. and equations in this version are in ASCII, which allows for faster
  161. download, but which may not be as readable as the gif graphics included in
  162. other versions. This version can be accessed from the URL listed at the top
  163. of each part of this FAQ.
  164.      A new HTML version including gif graphics for diagrams and equations is
  165. now available as well. While the parts of this version take longer to
  166. download, you will likely find the graphics easier to understand and more
  167. informative. This version is also accessible from the URL listed at the top
  168. of each FAQ part.
  169.      Finally, the FAQ has been converted to a LaTeX version as well. LaTeX
  170. is a package used with TeX which in turn is a high-quality typesetting
  171. program used to produce various scientific and technical documents.
  172. Documents written in LaTeX use a type of scripting language which includes
  173. various commands to tell the LaTeX program how to typeset the document. The
  174. final product of a LaTeX work is often a postscript file which contains the
  175. typeset document and is ready for printing. For more information on LaTeX, I
  176. would probably recommend looking at the "Hypertext Help with LaTeX" page
  177. (URL=http://molscat.giss.nasa.gov/LaTeX/).
  178.      If you are interested, the LaTeX version can be downloaded as a file
  179. ready for processing, or you can download the final postscript file which is
  180. ready for printing. Either of these files can be downloaded from the URL
  181. listed at the top of each part of this FAQ.
  182.      I also want to give a special note of thanks to Ricardo Aler Mur
  183. <aler@inf.uc3m.es> for his help in converting the original text into a LaTeX
  184. version. He provided a great starting point for the final LaTeX version, and
  185. without him I may have never gone through all the trouble.
  186.  
  187.      Well, I hope the reader will find at least one of these formats to his
  188. or her liking.
  189.   ------------------------------------------------------------------------
  190.  
  191.  CONTENTS OF THE FAQ:
  192.  
  193.  
  194. Part I: Special Relativity
  195. Chapter 1: An Introduction to Special Relativity
  196.      1.1 Relativity Terminology
  197.      1.2 Reasoning for its Existence
  198.      1.3 Time Dilation and Length Contraction Effects
  199.      1.4 Introducing Gamma
  200.      1.5 Energy and Momentum Considerations
  201.           1.5.1 Rest Mass versus "Observed Mass"
  202.           1.5.2 The Energy and Momentum of a Photon (Where m = 0)
  203.      1.6 Experimental Support for the Theory
  204. Chapter 2: Space-Time Diagrams
  205.      2.1 What are Space-Time Diagrams?
  206.      2.2 Time as Another Dimension
  207.      2.3 Basic Information About the Diagrams we will Construct
  208.      2.4 Constructing One for a "Stationary" Observer
  209.      2.5 Constructing One for a "Moving" Observer
  210.      2.6 A Quick Comparison of the two Observers
  211.      2.7 Interchanging "Stationary" and "Moving"
  212.      2.8 "Future", "Past", and the Light Cone
  213.  
  214.  
  215. Part II: More on Special Relativity
  216. Chapter 3: Completing the Space-Time Diagram Discussion
  217.      3.1 Comparing Time for O and O'
  218.      3.2 Comparing Space for O and O'
  219.      3.3 Once Again: The Light Cone
  220. Chapter 4: Paradoxes and Solutions
  221.      4.1 The "Twin Paradox"
  222.           4.1.1 Viewing it with a Space-Time Diagram
  223.           4.1.2 Explaining the "First Part"
  224.           4.1.3 Explaining the "Second Part"
  225.           4.1.4 Some Additional Notes
  226.      4.2 The "Car and Barn Paradox"
  227.           4.2.1 Viewing it with a Space-Time Diagram
  228.           4.2.2 The explanation
  229.  
  230.  
  231. Part III: A Bit About General Relativity
  232. Chapter 5: Introduction to General Relativity
  233.      5.1 Reasoning for its Existence
  234.      5.2 The "New Inertial Frame"
  235.      5.3 The Global Break-Down of Special Relativity
  236.      5.4 Manifolds, Geodesics, Curvature, and Local Flatness
  237.      5.5 The Invariant Interval
  238.      5.6 A Bit About Tensors
  239.      5.7 The Metric Tensor and the Stress-Energy Tensor
  240.      5.8 Applying these Concepts to Gravity
  241.           5.8.1 The Basic Idea
  242.           5.8.2 Some Notes on the Physics and the Math
  243.           5.8.3 First Example: Back to SR
  244.           5.8.4 Second Example: Stars and Black Holes
  245.      5.9 Experimental Support for GR
  246.  
  247.  
  248. Part IV: Faster Than Light Travel--Concepts and Their "Problems"
  249. Chapter 6: Introduction to the FTL Discussion
  250.      6.1 A Few Notes On The Meaning of FTL Travel
  251. Chapter 7: The First Problem: The Light Speed Barrier
  252.      7.1 Effects as One Approaches the Speed of Light
  253. Chapter 8: The Second Problem: FTL, Causality, and Unsolvable Paradoxes
  254.      8.1 What is Meant Here by Causality and Unsolvable Paradoxes
  255.      8.2 How FTL Travel Implies Violation of Causality
  256.      8.3 How We Get Unsolvable Paradoxes
  257. Chapter 9: FTL Concepts with these Problems in Mind
  258.      9.1 Tachyons (Without Special Provisions)
  259.      9.2 Using a Special Field/Space/etc. (W/o Special Provisions)
  260.      9.3 "Folding" Space (Without Special Provisions)
  261.      9.4 Space-Time Manipulation (Without Special Provisions)
  262.      9.5 Special Provisions
  263.           9.5.1 Parallel Universes
  264.           9.5.2 Consistency Protection
  265.           9.5.3 "Producing" Restricted Space-Time Areas
  266.           9.5.4 A Special Frame of Reference for the purpose of FTL Travel
  267. Chapter 10: Some Comments on FTL Travel in Star Trek
  268.      10.1 Which Provision is Best for Explaining Warp Travel
  269.      10.2 Subspace as a Special Frame of Reference
  270.      10.3 The "Picture" this Gives Us of Warp Travel
  271.      10.4 Some Notes on Non-Warp FTL Travel and Time Travel in Trek
  272.      10.5 To sum up...
  273. Chapter 11: Conclusion
  274.  
  275.  
  276.